Experincia em aplicao de PMU Unidade de Monitoramento

Experiência em aplicação de PMU (Unidade de Monitoramento Fasorial) para monitoração de oscilações sub-síncronas no Sistema Elétrico de Potência da Escócia Ministrante: Carlos Eduardo Ferreira Pimentel Reason an Alstom Company

AGENDA • Resumo do caso apresentado. . . ; • Características do Sistema Elétrico de Potência Escocês; • Soluções para transferência de potência na fronteira B 6; • Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada; • VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha; • RPV 311: solução Reason para PMU no projeto VISOR; • Considerações Finais.

Resumo do caso apresentado. . . • Transferência de potência entre Escócia e Inglaterra sofre de limitações causadas por corredores congestionados e dificuldades de controle pela crescente participação de geração eólica ao norte da Escócia; • Soluções para transferência de potência incluem inserção de capacitores série e links HVDC, o que aumenta a complexidade do sistema; • Uso de medição fasorial sincronizada melhorará nitidez em relação aos limites operativos dos corredores congestionados, além de permitir uma compreensão mais abrangente do comportamento do sistema como um todo.

Resumo do caso apresentado. . . • Em conjunto com o uso de medição fasorial sincronizada foi desenvolvida a função WMU, que permite que oscilações sub-síncronas sejam detectadas e diagnosticadas antes da ocorrência de desligamentos • Projeto VISOR: ação conjunta dos agentes de transmissão da Grã-Bretanha para implantação de medição fasorial sincronizada em toda a ilha, além de medição sincronizada e acompanhamento de oscilações sub-síncronas do sistema • Reason e Psymetrix trabalharam em conjunto para fornecimento de unidades de medição fasorial e software de análise dos dados fasoriais; • Próximos passos: acompanhamento dos resultados e uso em outros sistemas de potência.

Características do Sistema Elétrico de Potência Escocês • Sistema de potência com geração majoritariamente renovável: Hidrelétricas, Eólicas e alguns Painéis Solares; • Crescimento significativo da geração Eólica previsto para os próximos anos (10 GW instalados atualmente, ~30 GW previstos para 2020); • Crescimento de geração basicamente no norte da Escócia e em plantas eólicas offshore; • Sistema com características exportadoras: excedente de produção é exportada para a Inglaterra; • Novas plantas de geração necessitam permissão de conexão com o sistema atual, permissão limitada a reforços no sistema (“beyond 2018”).

Características do Sistema Elétrico de Potência Escocês Grã-Bretanha: fluxos de potência 200 8 201 6 [1]

Características do Sistema Elétrico de Potência Escocês Escócia: fluxo de potência previsto para 2016 > 4. 000 MW!!! adaptado de [1]

Características do Sistema Elétrico de Potência Escocês Transferência de potência da Escócia para Inglaterra • Transferência ocorre por terra pela fronteira entre Escócia e Inglaterra (Cheviot Boundary – fronteira B 6); • Sistemas interligados basicamente por 2 linhas em 400 k. V em circuito duplo; • Transferência máxima atual de 2. 200 MW; • Fronteira B 6 com restrições na ordem de 50% do tempo; • Reforços no sistema estão sendo realizados. • • Construção de novas linhas; recapacitação de linhas; Capacitores série na fronteira B 6; Construção de links HVDC.

Soluções para transferência de potência na fronteira B 6 Reforços no sistema para aliviar carga na fronteira B 6 Novas linhas HVDC Fronteira B 6 2 x 400 k. V Capacitores Série [1]

Soluções para transferência de potência na fronteira B 6 Fronteira B 6: Novos desafios • Uso de capacitores série e HVDC adicionam complexidades no controle do despacho • Capacitores séries introduzem riscos de ressonância sub-síncrona (SSR) no sistema; • Parques eólicos conectados ao sistema introduzem riscos de interação de controle subsíncrona (SSCI); • Restrições operativas atuais melhoradas, porém sistema continuará com margens conservadores de segurança para operação, com fluxo de potência limitado; • Sistemas de monitoramento atuais não sincronizados no tempo e limitados a faixa de frequência até 10 Hz; • Uso de medição fasorial sincronizada para visualização em tempo real das condições do sistema; • Uso de medição sincronizada de forma de onda sub-síncrona para diagnóstico precoce de oscilações.

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada • O módulo do fasor é igual ao valor Sincrofasores – conceitos básicos eficaz do sinal e o ângulo de fase é a fase do sinal para t=0 (IEEE Std C 37. 118); • Sincrofasores podem ser definidos como fasores calculados em instalações distintas, geograficamente distantes, usando -se a mesma referência de tempo; • Sincronismo temporal possibilita análise sistêmica (ângulos das barras do sistema possuem única referência).

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada Phasor Measurement Unit (PMU) • Equipamento que disponibiliza dados fasoriais em frames de acordo com os critérios da IEEE Std. C 37. 118; • Resolução dos dados maior que sistemas SCADA convencionais, com taxas de transmissão de até 60 fasores por ciclo para sistemas em 60 Hz.

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada Phasor Data Concentrator (PDC) • Equipamento que concentra os dados fasoriais recebidos das PMUs; • Correlaciona etiqueta de tempo dos frames de dados recebidos; • Disponibilização dos dados fasoriais para análises; • Operação contínua, em tempo real.

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada • Wide Conjunto PMUs e PDCs que formam o sistema de monitoramento do sistema. Areade. Monitoring System (WAMS) PDC PMU PMU PDC LAN PMU LAN PDC PMU

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada SPMS versus SCADA [2]

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada Aplicações em tempo real • Monitoração de estabilidade de frequência; • Oscilações de potência; • Monitoração e tendências de tensão; • Alarmes e ajuste de limites de operação do sistema; • Estimação de estados; • Gerenciamento de congestionamento de linhas; • Auxílio na restauração do sistema em caso de interrupções; • Etc. . .

Conceitos fundamentais de medição fasorial sincronizada Aplicações offline • Análise de eventos; • Análise histórica de performance do sistema; • Calibração de validação de modelos do sistema; • Validação de modelos de usinas; • Caracterização de cargas; • Esquemas de proteção especial e ilhamentos; • Etc. . .

VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha VISOR: Visualisation of Real Time System Dynamics using Enhanced Monitoring • Ação conjunta dos três agentes transmissores da Grã-Bretanha: Scottish Power Transmission (SPTL), Scottish Hydro Electric Transmission (SHETL) e National Grid Electricity Transmission (National Grid); • Aplicação de medições fasoriais convencionais e inovadoras para melhor compreensão e análise em tempo real do comportamento dinâmico do sistema de transmissão; • Sistema WAMS, onde cada agende terá um PDC coletando informações de seu sistema e enviará para um outro PDC dados para que todos os fasores sejam analisados de forma conjunta, permitindo análise sistêmica;

VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha VISOR: Visualisation of Real Time System Dynamics using Enhanced Monitoring • Solução ALSTOM, onde equipamentos de medição foram fornecidos pela Reason e software de análise de dados pela Psymetrix; • RT 430 em conjunto com RPV 311 + RA 33 x; • Phasor. Point software.

VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha VISOR: Visualisation of Real Time System Dynamics using Enhanced Monitoring • PMU Convencional: • • • Comportamento dinâmico do sistema; Validação e ajuste dos modelos de simulação; Compreensão dos estados do sistema; Análise de blackouts e ocorrências; Expansão dos limites seguros de operação; Operação em tempo real.

VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha VISOR: Visualisation of Real Time System Dynamics using Enhanced Monitoring • Funções adicionais não-convencionais: • • • Análise do comportamento dinâmico na faixa 5 Hz a 45 Hz; Forma de onda das oscilações sub-síncronas; Transformada dq 0 do sinal trifásico medido; Detecção e alarme de quando o sistema entra em condições inseguras; Evitar trip, uma vez que são detectadas tendências do sistema entrar em regiões instáveis de operação.

VISOR Project: uso de WAMS na Grã-Bretanha Arquitetura [3]

RPV 311: solução Reason para PMU no projeto VISOR • RPV 311 Funções –decaracterísticas Registrador Digitalgerais de Perturbações • • Gravação de forma de onda (transitórios e faltas no sistema); Gravação de valores eficazes (distúrbios de sistema de baixa frequência); Canais digitais físicos ou por mensagens GOOSE; Configuração e monitoramento por interface Web. • Localização de faltas por ondas viajantes; • Medição de até 64 canais analógicos; • Taxa de aquisição de até 256 pontos-por-ciclo; • Sincronismo temporal através de sinais IRIG-B demodulados; • Medição e difusão de sincrofasores de acordo com a IEEE C 37. 118.

RPV 311: solução Reason para PMU no projeto VISOR Diferenciais para uso no VISOR • Função WMU inserida ao firmware do equipamento segundo requisitos do projeto VISOR; • Função PMU tradicional e função Waveform Measurement Unit (WMU) em um mesmo equipamento; • Filtro passa-faixa na aquisição de sinais que contempla todo o espectro desejado (de 5 Hz a 45 Hz); • Função WMU única no mercado; • Função PMU recomendada pelo National Institute of Standards and Technology (NIST).

RPV 311: solução Reason para PMU no projeto VISOR RPV 311 – IRIG-B 000 PMU e WMU C 37. 118 stream V Sinais de campo Fasores de tensão e corrente 50 frames-per-second WMU Filtro downsam ple I Sistema de aquisição PMU RPV 311 C 37. 118 stream dq 0 Forma de onda dq 0 200 frames-per-second Sinais de saída

RPV 311: solução Reason para PMU no projeto VISOR Equipamentos Reason no projeto Adaptado de [3]

Considerações finais • Uso de Medição Fasorial Sincronizada melhora a visibilidade das condições operativas do sistema de potência, além de permitir melhor compreensão do comportamento dinâmico; • Caso da Escócia: problemas de transferência de potência em corredores congestionados serão compreendidos e fluxo de potência será otimizado; • Novos investimentos em reforços do sistema serão otimizados com a melhor compreensão do comportamento da interligação na fronteira B 6; • Alstom possui solução completa em sistemas de monitoramento WAMS, com uso de PMUs Reason e software Psymetrix; • Uso de dados C 37. 118 inovador, que pode ser replicado em outros sistemas.

Referências [1] A Guide to Transmission and Distribution in Scotland. Disponível em: < http: //www. hi-energy. org. uk/Downloads/General%20 Documents/Xero-Energy -Grid-Guide-May%202010. pdf> [2] Experience and applications of phasor measurement to the Brazilian interconnected power system. Ildemar C. Decker et al. European Transaction on Electrical Power, 2011; 21: 1557 -1573. [3] Electricity Network Innovation Competition Full Submission Pro-forma. Project Title: Visualisation of Real Time System Dynamics using Enhanced Monitoring (VISOR). Disponível em: < http: //www. spenergynetworks. co. uk/userfiles/file/20140430_VISOR_Project_ submission_document. pdf>

Obrigado! Ministrante: Carlos Eduardo Ferreira Pimentel Reason an Alstom Company