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Controle de emergência garante estabilidade do sistema elétrico no país da Geórgia

Bom exemplo: projeto desenvolvido no país da Geórgia evita blecautes ao equilibrar geração e carga de forma ágil durante eventos

Uma experiência prática de criação de um sistema de controle de emergência (emergency control system – ECS) foi executada no país da Geórgia, no leste europeu. Com o projeto, desenvolvido pela SEL em parceria com concessionária de energia Georgian State Electrosystem, conseguiu-se minimizar a ocorrência de blecautes no sistema de potência do país, inclusive no verão em que o consumo aumentava, aumentando também o risco de blecautes.

Embora, comparado à Geórgia, o Brasil tenha dimensões continentais e transmissão de energia dividida entre diversos agentes, o projeto é um exemplo que pode ser seguido também por concessionárias brasileiras.

Na Geórgia, o sistema de potência já contava com um sistema de controle de emergência para descarte de cargas não prioritárias, mas por ser baseado em esquemas de subfrequência tradicionais era muito lento para garantir que o sistema se manteria estável. No verão de 2010, por exemplo, uma grande parte do sistema de potência sofreu blecautes causados por instabilidade nas linhas de transmissão. Durante esses eventos, levou-se mais de uma hora, em média, para que o sistema pudesse se restabelecer.

Responsável pela transmissão de energia elétrica para todo o território da Geórgia, a Georgian State Electrosystem responde pelas operações, gerenciamento e despacho no sistema de potência georgiano, composto por 3 mil quilômetros de linhas de transmissão. O sistema conta com linhas de 500 kV, 220 kV, 110 kV e 35 kV, com 89 subestações distribuídas pelo País. Como as linhas são integradas, a perda de qualquer uma das linhas de 500 kV poderia levar à instabilidade no sistema como um todo. E além dos dissabores causados às cidades, em situações como essa as concessionárias ficam suscetíveis à penalidades impostas por órgãos reguladores. Ocorrências de instabilidade e longos tempos de recuperação após os blecautes não são aceitáveis nos sistemas de potência modernos.

O desafio foi criar um sistema que cobrisse o país inteiro, com uma rede de mensagens que não estivesse confinada a uma subestação. Com a possibilidade de utilizar fibra óptica para longas distâncias, a concessionária pôde realizar o projeto de ECS com uma integração via rede Ethernet, tendo como padrão as mensagens IEC 61850 GOOSE para troca de informações entre os IEDs (Intelligent Eletronic Devices) situados em diversas subestações. Modernos controladores de automação em tempo real, nomeados de Processadores ECS, foram utilizados para processamento das lógicas e tomada de decisão. Isso facilitou a implementação, e o projeto pôde ser desenhado e implementado em menos de quatro meses.

Baseando-se nas considerações e estudos de estabilidade, o ECS tem que operar, rejeitando um montante apropriado de cargas e geração, em menos de 100 milissegundos, excluindo o tempo de operação dos disjuntores. O alívio de carga e geração precisa considerar o fluxo de potência no instante da perda da linha de 500 kV, comparando-o com três valores limites predeterminados relacionados ao montante de carga e geração a ser rejeitado. Localizados nas subestações de 500 kV, os processadores representam os “cérebros” do ECS e seus principais objetivos consistem em medir o fluxo de potência, determinar os níveis de severidade baseados no fluxo de potência, detectar a perda das linhas de 500 kV e fornecer registros das sequências de eventos, oscilografia e indicações.

Para garantir a confiabilidade e velocidade na entrega dos sinais de rejeição, as mensagens IEC 61850 GOOSE foram escolhidas por serem multicast, ou seja, podem ser publicadas ao mesmo tempo em múltiplos dispositivos e têm alta prioridade na rede. Os métodos de prioridade da mensagem e segregação da rede do padrão IEEE 802.1 são usados para permitir que mensagens IEC 61850 GOOSE sejam transmitidas de forma eficiente, com um comportamento mais determinístico.

Nas subestações, os IEDs ainda analisam a qualidade das mensagens (bit Message Quality) antes de utilizá-las para desligar as cargas pré-definidas. O indicador de qualidade da mensagem GOOSE é usado para supervisionar todas as lógicas que dependem de informações de status recebidos via rede Ethernet.

A rejeição de cargas ocorre segundo o sinal do nível de severidade da sobrecarga da rede e uma lista de prioridades para alívio de carga, já configurada através da Interface Homem-Máquina (IHM) do ECS.

Por fim, para assegurar a qualidade do projeto, a concessionária de energia realizou o comissionamento e o teste de blecaute simulado; a correta operação do sistema foi confirmada ainda pelos registros oscilográficos dos processadores ECS e IEDs das subestações. Por ter escalabilidade, o sistema também pode comportar mudanças e ampliações do sistema de potência do país: acrescentam-se cargas adicionais às subestações utilizando o mínimo esforço da área de engenharia.

Testes e Comissionamento

Os testes no ambiente de laboratório forneceram a primeira verificação da velocidade do sistema. Os requisitos foram totalmente atendidos com ampla margem, quando comparados ao requisito do tempo de operação de 100 milissegundos original. Os resultados foram utilizados como validação da proposta e concepção do projeto. A experiência de laboratório provou ser valiosa na implantação do esquema, economizando no tempo de implementação ao expor algumas ineficiências nas operações iniciais das lógicas para que pudessem ser rapidamente identificadas e melhoradas.

A concessionária Georgian State Electrosystem decidiu testar o sistema e os tempos de resposta através de um teste efetuando uma simulação em condições de serviço. O teste foi executado às 01h41, e consistiu efetivamente na simulação de um blecaute em todo país, provando ser bem sucedido porque o sistema operou como esperado, muito rapidamente, e atenuou um blecaute total. Embora não seja sempre possível, os testes de simulação de blecaute reais no sistema de potência validam o sistema e fornecem um nível de confiança significativo para o usuário.

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Testes de laboratório forneceram a primeira verificação da velocidade do sistema.

Benefícios

O ECS foi comissionado no início do verão de 2011 e entre os benefícios que o sistema de potência da Geórgia conquistou com o desenvolvimento do projeto estão a rápida resposta a distúrbios. Em menos de 15 milissegundos, os processadores ECS são capazes de identificar a necessidade de equilibrar uma carga, calcular a quantidade perdida e enviar a informação aos IEDs que fazem o alívio ou rejeição de cargas. O ECS desliga os alimentadores de distribuição das áreas não prioritárias, garantindo que não haja blecaute no sistema todo, e que os locais onde é essencial que se mantenha a distribuição sigam com energia elétrica.