Natalia C. Fernandes (UFF), Yona Lopes (UFF), Flávio G. Calhau (Petrobrás/UNIFACS), Carlos A....
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Smart Grid para o Sistema Elétrico – Motivação, Implantação e Desafios em TI, Redes e Telecomunicações Natalia C. Fernandes (UFF), Yona Lopes (UFF), Flávio G. Calhau (Petrobrás/UNIFACS), Carlos A. Malcher (UFF) e Joberto S. B. Martins (UNIFACS) 17/10/2013 Apresentação: Natalia Fernandes e Yona Lopes IEEE Smart Grid Workshop
Natalia C. Fernandes (UFF), Yona Lopes (UFF), Flávio G. Calhau (Petrobrás/UNIFACS), Carlos A. Malcher (UFF) e Joberto S. B. Martins (UNIFACS) 17/10/2013
Natalia C. Fernandes (UFF), Yona Lopes (UFF), Flvio G. Calhau
(Petrobrs/UNIFACS), Carlos A. Malcher (UFF) e Joberto S. B. Martins
(UNIFACS) 17/10/2013 Apresentao: Natalia Fernandes e Yona Lopes
IEEE Smart Grid Workshop
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Agenda Geral Sistema Eltrico de Potncia Smart Grids A norma IEC
61850 Concluso 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Introduo 17/10/2013 Qual o objetivo do Sistema Eltrico de
Potncia? Atender ns consumidores entregando energia com eficincia e
confiabilidade durante o maior tempo possvel! Como gerada a energia
que chega nossa casa? Como essa energia chega nossa casa? IEEE
Smart Grid Workshop
Slide 4
Introduo 17/10/2013 Conjunto de usinas, subestaes, linhas de
transmisso e outros equipamentos que possibilitam a gerao,
transmisso e distribuio de energia eltrica GERAO TRANSMISSO
DISTRUIBUIO IEEE Smart Grid Workshop
Slide 5
Qual a estrutura bsica desse sistema? Como funciona? 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
Rede Brasileira SIN- Sistema Interligado Nacional ONS Operador
Nacional do Sistema eltrico Coordenao e controle da operao das
instalaes de gerao e transmisso de energia eltrica no SIN ANEEL
Agncia Nacional de Energia Eltrica 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Rede Brasileira Grande e complexo sistema de subestaes e linhas
de transmisso 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 9
Qualidade do servio eltrico Medidas de qualidade da ANEEL: DEC-
Durao Equivalente de interrupo por unidade Consumidora Indica o
nmero mdio de horas que um consumidor fica sem energia eltrica
durante um perodo, geralmente mensal. FEC Frequncia Equivalente de
Interrupo por Unidade Consumidora Indica a frequncia mdia de
interrupes. 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 10
DEC - Durao Equivalente de interrupo por unidade Consumidora
17/10/2013 Exigncia da ANEEL Fonte: ANEEL IEEE Smart Grid
Workshop
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Falhas graves no Brasil Apages Janeiro de 2005 RJ e ES (3M de
pessoas atingidas) Setembro de 2007 RJ e ES Problemas em FURNAS
Novembro de 2009 18 estados afetados Problemas em Itaipu Fevereiro
de 2011 8 estados do nordeste afetados Falha na subestao Luiz
Gonzaga 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Apago de nov. de 2009 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop 20%
da produo nacional 60% da energia consumida em SP 17.000 MW foram
cortados, sendo 14.000 MW de Itaipu Fonte:
http://noticias.uol.com.br/cotidiano/2009/11/11/ult5772u6082.jhtm
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Perda de energia 17/10/2013 causa perda de dinheiro!!! IEEE
Smart Grid Workshop
Slide 14
Falhas graves no mundo EUA e Canad- 2003 8 estados afetados nos
EUA 45 milhes de pessoas 10 milhes de pessoas em Ontrio, Canad
17/10/2013 Perdas stimadas em $6 bilhes IEEE Smart Grid
Workshop
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Porque isso acontece? Esse vasto sistema est exposto a condies
adversas e imprevisveis, que podem levar m operao ou situaes de
falha... 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 16
Falta Acidentes em fios de alta tenso; quebra de postes,
suportes, isoladores, equipamentos; descargas atmosfricas e
umidade, etc Falta 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 17
Falta Todo fluxo anormal da corrente eltrica. Ex: curto
circuito A situao do sistema deve ser conhecida! A falha deve ser
isolada e o sistema protegido 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Como proteger esse sistema? 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Proteo Isolar a falta, abrindo os terminais mais prximos desta,
no menor tempo possvel para que a falta no se propague 17/10/2013
Falta Deteco Ao Anlise IEEE Smart Grid Workshop
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Sistemas de proteo Deteco de anomalias Elevao da corrente
Elevao e reduo da tenso Inverso do sentido da corrente Alterao da
impedncia Comparao do mdulo e da fase do sinal na entrada e na sada
do sistema Ao Desconexo de parte do sistema eltrico quando existem
anomalias Anlise Fornecimento de informaes para simplificar a
identificao e a reparao de problemas 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Requisitos do sistemas de proteo Seletividade Elemento(s) mais
prximo(s) ao defeito (so) operado(s). Desconecta apenas a parte
defeituosa Velocidade Reagir /intervir o mais rpido possvel
Sensibilidade Reconhecer com preciso a faixa de operao dos
equipamentos Confiabilidade Cumprir tarefas com segurana e exatido
mesmo quando exposto a condies que foram pr-definidas para sua
atuao 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Quais equipamentos esto envolvidos nesse sistema? 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
Slide 23
Principais Equipamentos de Proteo Rels Disjuntores e
Seccionadoras Transformadores de Instrumentos Transformador de
Corrente (TC) Transformador de Potencial(TP) 17/10/2013 IEEE Smart
Grid Workshop
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Rels Tem o objetivo de normalizar variaes, seja nas condies
normais do prprio equipamento ou do circuito que est ligado.
Elementos detetores-comparadores e analisadores Promovem a retirada
rpida de um elemento do sistema Indicam a localizao e do tipo de
defeito. Pode ter uma ou mais funes Identifica a falta localiza a
falta compara informaes recebidas com ajustes pr-estabelecidos
envia comando de abertura de disjuntores e chaves seccionadoras
alarma e informa o defeito 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 25
Rels Eletromecnicos Induo eletromagntica Atrao Estticos No
contm partes mveis, compostos por dispositivos eletrnicos Digitais
Automatizados Gerenciados por microprocessadores Mais rpido
Controlados por software 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 26
Intelligent Electronic Devices - IED Qualquer dispositivo
eletrnico que possui algum tipo de inteligncia e capacidade de
comunicao Controladores baseados em microprocessadores de
equipamentos do sistema de potncia Funes do IED Proteo Controle
Medio e monitoramento Comunicao 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Intelligent Electronic Devices - IED Funcionamento Recebem
dados de sensores e equipamentos de potncia Enviam comandos como
abrir ou fechar um disjuntor, aumentar ou diminuir a voltagem, etc.
Com base nos dados monitorados de voltagem, corrente e frequncia
Exemplos de IEDs Rels digitais de proteo Controlador de comutador
de carga Controlador de disjuntor Regulador de voltagem Etc.
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Disjuntores e Seccionadoras Equipamento de manobra, comandado
para desconectar a rea defeituosa, pelo operador ou pelo rel
17/10/2013 Subestao ItaipuSubestao CEMIG IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 29
Transformadores de Instrumento Utilizados na proteo do sistema
eltrico. Transformadores de Corrente (TC) Transformadores de
Potencial (TP) Convertem uma corrente/tenso elevada para uma menor
para o instrumento de medio. 17/10/2013 TC TP IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 30
Subestaes Instalao eltrica de alta potncia Conjunto de
equipamentos de manobra ou transformao de tenso Transmisso,
distribuio, proteo e controle de energia eltrica Funes Dirigir o
fluxo de energia em sistemas de potncia Melhorar a qualidade de
energia Detectar e isolar falhas utilizando o sistema de proteo
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Subestaes Cabos de Controle 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Como todo esse sistema controlado e supervisionado? 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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Centro de Operao e Controle 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Painel de controle convencional 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Sistemas supervisrio e de proteo Amplamente favorecidos pelas
redes de telecomunicaes Essenciais para o provimento de servio com
qualidade 17/10/2013 Superviso Proteo IEEE Smart Grid Workshop
Slide 36
Sistema Supervisrio Funcionalidades Medies e alarmes Status dos
equipamentos Controle de tenso Corte seletivo de carga (Load
Shedding) Sincronizao de linhas Interface homem-mquina (para a
operao) Gerenciamento da manuteno Comunicao de dados para outros
centros Elaborao de relatrios Etc. 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 37
Sistema Supervisrio Informaes necessrias para vrios tipos de
usurios Operador da subestao Operador do sistema no centro de
operaes Engenheiros de manuteno rgos governamentais (ONS, ANEEL,
CCEE) 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 38
Sistema Supervisrio SCADA - Supervisory Control and Data
Acquisition system Parte do sistema de superviso e de proteo
Superviso, controle, otimizao e gerenciamento de sistemas de gerao
e transmisso de energia eltrica Benefcios Anlise de consumo e
demanda, Anlise da carga dos consumidores Verificao de falhas
Anlise de carga nos transformadores Etc.; 17/10/2013 IEEE Smart
Grid Workshop
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17/10/2013 Quais so os principais problemas? IEEE Smart Grid
Workshop
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Baixa integrao no sistema Medio de consumo manual Dados pouco
detalhados sobre o consumo de energia Dificuldade para integrao de
fontes de energia de pequeno e mdio porte Dificuldade de integrao
de novas demandas Veculo eltrico 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 41
Problemas do sistema eltrico Sistema eltrico com pouca inovao
Falta de peas de sobressalentes, o que indica defasagem tecnolgica;
Alto custo de manuteno; Manuteno corretiva demorada e baixa
confiabilidade devido as muitas falhas nos equipamentos 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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Impacto ambiental do sistema eltrico Uso de energia no renovvel
Termoeltricas Usinas atmicas Consequncias Poluio Aquecimento global
Desmatamentos 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Evoluo ltimos 110 anos sem mudanas revolucionrias na rede de
energia eltrica Rede do sculo 20 no se adapta mais as necessidades
do sculo 21 Evoluo Industria de Energia Eltrica passando por uma
grande mudana Uso de tecnologias para atender aos desafios de hoje
e do Futuro Smart Grids 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Quais problemas/caractersticas temos na rede atual? 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
Slide 45
Estrutura Rede Eltrica Atual Sistema eltrico No uma nica
entidade Conjunto de diversas redes, vrias empresas de gerao,
transmisso e distribuio Vrios operadores aplicando diversos nveis
de comunicao e coordenao Em sua maioria, controlados manualmente
17/10/2013 Rede Complexa! IEEE Smart Grid Workshop
Slide 46
Estrutura Rede Eltrica Atual Projetado para o horrio de pico
Tempo Ocioso Energia cara 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 47
Consumidores No participam do sistema Desinformados Apenas
consomem S sabem o quanto gastam no final do ms Sistema
Unidirecional Comunicao e fluxo de energia Medio e corte de energia
manual 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 48
Gerao Dominada pela produo centralizada 17/10/2013
Slide 49
Foco Concentra-se em falhas 17/10/2013
Slide 50
Tratamento de quedas de energia em residncias Cliente liga para
concessionria. Inovao: cliente manda um sms, para concessionria
saber da queda 17/10/2013
Slide 51
Proteo Foco na proteo aps a falha. Vulnervel a vndalos e a
desastres naturais. 17/10/2013
Slide 52
Superviso/Monitoramento Superviso da gerao e transmisso de
energia eltrica. Componentes falhas Aquisio de dados
17/10/2013
Slide 53
Armazenamento Energia gerada e utilizada. O que no for
utilizado se perde. No conta com armazenamento da energia que foi
gerada a mais 17/10/2013
Slide 54
Mercado Mesmo sistema a dcadas Baixo grau de inovao
17/10/2013
Slide 55
Mudanas no Sistema Eltrico de Potncia (SEP) No mundo como um
todo, o SEP est passando por profundas mudanas por diversos
motivos: Necessidade de se atender demandas ambientais Necessidade
de aumento da eficincia operacional da rede Necessidade de melhorar
a qualidade para o consumidor. 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 56
O que Smart Grid? 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 57
Smart Grid Visa uma maior eficincia, confiabilidade e segurana,
acoplada integrao de novas fontes de energia renovveis, atravs de
um controle automatizado e fazendo uso de tecnologias avanadas de
telecomunicaes. 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 58
Novo Modelo de Rede Eltrica Viso geral Elementos das smart
grids 17/10/2013 Energia elica Painis solares Geradores de energia
particulares Medidores inteligentes Tecnologia de casas
inteligentes Sistemas inteligentes de controle Carros eltricos IEEE
Smart Grid Workshop
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Mas como tornar a rede eltrica mais inteligente? 17/10/2013
Comunicao + automao = rede inteligente Software IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 60
Pilares da smart grid 17/10/2013 Ativos Eltricos Sistemas de
Telecom TI Smart grid Automao IEEE Smart Grid Workshop
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Premissas Sistema de comunicao Similar internet (uma rede
dinmica), a smart grid ser interativa infraestrutura de comunicao
de alta velocidade e bidirecional Backbone confivel, resistente,
seguro, gerencivel 17/10/2013 SUCESSO Sistema de Comunicao
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Quais as consequncias das Smart Grids? 17/10/2013 IEEE Smart
Grid Workshop
Slide 63
Consumidores No participam do sistema. Desinformados Apenas
consomem S sabem o quanto gastam no final do ms Sistema
Unidirecional Conscientizao dos Usurios Medidores de qualidade de
energia e de consumo de energia em tempo real Conectados
logicamente as concessionrias interagindo em tempo real Informaes
de preo disponveis em tempo real, opes de compra. Deteco de
fraudes. 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 64
Gerao Dominada pela produo centralizada. Gerao Distribuda Gerao
tambm pelo consumidor. Fontes de energia alternativas Recursos
energticos plug and play 17/10/2013
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Foco Concentra-se em falhas Concentra-se qualidade da energia (
prioridade, com uma variedade de opes de preo de acordo com as
necessidades do cliente.) 17/10/2013
Slide 66
Tratamento de quedas de energia em residncias Cliente liga para
concessionria. Inovao: cliente manda um sms, para concessionria
saber da queda 17/10/2013 Totalmente automatizado Roteamento de
energia (receber a energia de outro ponto)
Slide 67
Proteo Foco na proteo aps a falha. Vulnervel a vndalos e a
desastres naturais. Inteligente - Detecta, evita interrupes,
minimiza/atenua o impacto e se recupera rpida e eficientemente aps
falhas: Muda o caminho por onde circula a energia quando tiver um
apago) 17/10/2013
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Superviso/Monitoramento Superviso da gerao e transmisso de
energia eltrica. Componentes falhas Aquisio de dados Monitoramento
de consumo automtico Disponibilidade de dados online para usurios
Sistema totalmente interligado e supervisionado 17/10/2013
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Armazenamento Energia gerada e utilizada. O que no for
utilizado se perde. No conta com armazenamento da energia que foi
gerada a mais 17/10/2013 Armazenamento inteligente de energia.
Baterias Ultracapacitores Etc Ex: Casa com painel solar e conjunto
de baterias. Veiculos Eltricos
Slide 70
Mercado limitado e no integrado Mesmo sistema decadas
17/10/2013 Expanso do mercado Maior competio Novas Oportunidades
para fabricantes Aumento da procura de mo de obra
especializada
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reas Chaves das Smart Grids Comunicao integrada Fontes de
energia alternativa Microgrids Sensoriamento da rede e medidores
inteligentes Veculos Eltricos 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 72
Comunicao Integrada Medio e coleta de dados Atuao rpida contra
falhas Conexo dos clientes finais Controle dos gastos Realimentao
do servio com relao demanda e qualidade 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 73
Fontes de Energia alternativa Sustentabilidade Reduo de custos
Aumento da tolerncia a falhas Novo modelo econmico Usurio como
consumidor e produtor 17/10/2013 Virtual Power Plant IEEE Smart
Grid Workshop
Slide 74
Microgrids Verses modernas, em pequena escala do sistema
eltrico centralizado Objetivo: atingir objetivos especficos locais
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 75
Medio Medio inteligente (smart metering) Substituio de
medidores analgicos Comunicao direta com a empresa distribuidora
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 76
Medio Infraestrutura de medio automtica (Automatic Metering
Infrastructure) Fluxo bidirecional de energia entre o sistema e os
clientes 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Medio Segurana Ataques rede de telecomunicaes Privacidade
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 78
Veculos Eltricos (EV) Carros com bateria Hbridos Sem uso de
combustveis fsseis Menor poluio Autonomia suficiente para o consumo
de um dia Carga lenta 6 a 8 hs Carga rpida 30 minutos Veculos e a
smart grid Provimento de energia nos horrios de pico para a rede
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Veculos Eltricos (EV) 17/10/2013 As previses apontam para a
substituio dos carros a combustvel fssil por carros eltricos Carros
eltricos j so uma realidade em locais como Europa e Japo Porque
ainda no est em produo no Brasil? Porque ainda no est em produo no
Brasil? IEEE Smart Grid Workshop
Slide 80
Veculos Eltricos (EV) Falta de incentivos fiscais Situao em
discusso pelo governo Necessidade de instalao da infraestrutura das
smart grids Locais para reabastecimento dos carros Estrutura para
cobrana usando as redes de telecomunicaes 17/10/2013 Porque ainda
no est em produo no Brasil? Porque ainda no est em produo no
Brasil? IEEE Smart Grid Workshop
Slide 81
Novo Modelo de Rede Eltrica 17/10/2013 Caractersticas das smart
grids Equipamentos digitais Comunicao bidirecional Gerao distribuda
Organizao do sistema em rede Forte sensoriamento Autonomia para
monitorao e recuperao Tratamento de falhas com controle adaptativo
e ilhamento Verificao e testes remotos Mais escolhas para o
consumidor Forte utilizao das telecomunicaes! IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 82
Benefcios das Smart Grids Autorrecuperao e adaptabilidade
Interao com os consumidores Melhoria da Qualidade de Energia
Integrao de fontes de energia distribudas Abertura de novos
mercados Aumento da visibilidade de rede Gerenciamento otimizado de
ativos 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 83
Implantao Pode ser implantada em fases. Iniciativas Smart Grid
so, tipicamente, de mdio e longo prazo Diferentes operadoras com
possivelmente diferentes estilos de adoo e implantao. 17/10/2013
Cada caso um caso IEEE Smart Grid Workshop
Slide 84
Redes & Telecom numa Soluo Smart Grid 17/10/2013 Quando no
existe uma comunicao direta entre o medidor e o sistema central
Comunicao direta entre o medidor e o sistema central Usado para
instalao e configurao Comunicao entre a central de medio e os
medidores IEEE Smart Grid Workshop
Slide 85
Sistema de Comunicao Redes e Telecomunicaes Soluo integrada com
maior eficincia para o controle, medio e monitorao Interagindo de
forma interopervel 17/10/2013 LAN - Rede Local da Subestao WAN -
Rede de Longa Distncia Suporte a Monitorao e Coleta de Dados
Integrao Usurios Finais HAN - Rede domstica Coordenao da gerao
distribuda Dentre outros... IEEE Smart Grid Workshop
Slide 86
Smart Grids Componentes de Redes & Telecom Redes Backbone
(WANs e MANs): Escopo longa distncia e metropolitano Suporta
principalmente a rea de TI e a integrao dos segmentos Smart Grid
(gerao, transmisso, distribuio e usurio) Redes de aplicao local
(LANs): Escopo maior na rea de controle e operao (subestaes,
escritrios, outros) Redes de aplicao local focadas no usurio: HAN
Home Area Networks Foco total no usurio, na automao domstica e na
integrao de veculos 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 87
Aspectos Tcnicos Fundamentais 17/10/2013 Comunicao Bidirecional
Requisitos de Operao (atraso, perdas...) Alta disponibilidade
Monitorar dados remotos Volumes de dados gerados Segurana e
privacidade Semntica dos dados IEEE Smart Grid Workshop
Slide 88
Smart Grids Alguns dos Requisitos de Rede Capacidade - Volume
de Dados: Monitoramento, sensores, medidores domsticos, elementos
de atuao, outros Parmetros de Qualidade da Comunicao (QoS: Quality
of Service; QoE: Quality of Experience): Atrasos, perdas, variao no
atraso (jitter) Necessidades coleta de dados e controle de operao
em tempo real, sincronizao, outras Comunicao bidirecional
Necessidade da integrao funcional num estilo smart grid, poder
atuar junto ao usurio, outras Segurana Disponibilidade e Recuperao
de Falhas: Alta disponibilidade, resilincia, outros 17/10/2013 IEEE
Smart Grid Workshop
Slide 89
Smart Grid Aspectos Tcnicos - Resumo Redes & Telecom Alguns
dos aspectos arquiteturais e tcnicos de Redes/Telecom inerentes
soluo Smart Grid: Arquitetura de Rede: TCP/IP atende? Devemos
utilizar outras arquiteturas especficas (field-bus, redes IEC
61850, redes de sensores,...? Redes pticas so uma possvel soluo?
SDN (Software Defined Networking) pode ser interessante?
Tecnologias de Rede: Quais? Tecnologias distintas por cenrio de
aplicao do Smart Grid? Aplicaes: Qual o foco do negcio Smart Grid e
quais aplicaes so relevantes? Segurana: Como garantir uma operao
segura num contexto distribudo de rede e telecomunicaes Comunicao:
Que tipo de modelo de comunicao necessrio ao Smart Grid?
Bidirecional? Qual o nvel de interatividade? Quo aberto deve ser?
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 90
Smart Grids Redes & Telecom 17/10/2013
ComandoControleMonitoramento MedioAutomaoGerao distribuda Integrao
da Informao Infraestrutura de Telecomunicao + TI IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 91
Tecnologias Wireless & HAN para o Smart Grid 17/10/2013
TecnologiaEspectroBandaAlcanceAplicaesLimitaes GSM900-1800 MhzAt
170 Kbps1-10 KmAMI, Resposta a Demanda (DR), HAN Baixa Largura de
Banda 4G2.5 GhzAt 200 Mbps1-50 KmAMI, DR, HANEspectro WiFi IEEE
802.11 2.4-5.8 GhzAt 155 Mbps1-300 mAMI, HANCurto alcance WiMax
IEEE 802.16 2.5 Ghz 3.5 Ghz 5.8 Ghz At 75 Mbps1-5 Km 10-50 Km AMI,
DRPoucas implementaes PLC3-500 Mhz 1.8-30 Mhz 1-3 Mbps At 200 Mbps
1-3 KmAMI, Deteco de fraudes Rudos em redes ZigBee2.4 Ghz 868-915
Mhz At 250 Kbps30-90 mAMI, HANCurto alcance e baixa largura de
banda Bluetooth2.4-2.4835 MhzAt 721 Kbps1-10 mHANCurto alcance e
alto consumo de energia IEEE Smart Grid Workshop
Slide 92
Smart Grid e Redes Elementos do Projeto Vrios aspectos devem
ser considerados num projeto de uma soluo Smart Grid para o sistema
eltrico Arquitetura da(s) Rede(s): Inclui a integrao de tecnologias
para os diversos tipos de rede envolvidos na soluo Smart Grid
Dados: Inclui toda uma sistemtica de aquisio, formatao,
armazenamento, recuperao, distribuio e processamento de informaes
entre os sistemas e aplicaes da soluo Smart Grid Diversos padres
envolvidos Aplicaes e interfaces (APIs Application Programming
Interfaces): Estruturadas por setor Um aspecto fundamental a
representao e semntica dos dados propiciando (suportando) a
integrao da diferentes aplicaes: Ex.: como os dados de
monitoramento no cliente (consumo) podem ser usados visando uma
previso de demanda? 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
Slide 93
Outros Padres para o Smart Grid 17/10/2013 Tipo /
PadroDetalhesAplicao IEC 61968 e IEC 61970 Prover um Modelo de
Informao Comum (CIM) relacionado troca de informaes entre os
centros de controle. O primeiro relacionado ao domnio de transmisso
e o segundo ao domnio de Distribuio EMS (Aplicaes do centro de
controle). IEC 60870-6 / TASE2 Troca de dados entre o centro de
controle da utility e o centro de controle regional. Centro de
Comunicao Intercontrole IEC 62351Definio de segurana para
protocolos de comunicao. Sistemas de Segurana da Informao IEEE
P2030Diretrizes de interoperabilidade, terminologia,
caractersticas, critrios funcionais, de desempenho e de avaliao.
Aplicaes do lado cliente Padronizao um elemento importante para a
soluo Smart Grid Diversas aes em curso: ITU-T, IEC, IEEE, outros
IEEE Smart Grid Workshop
Slide 94
Outros Padres para o Smart Grid 17/10/2013 Tipo /
PadroDetalhesAplicao IEEE P1901Comunicaes de alta velocidade em
linhas de fora (BPLC Broadband over Power Line Communications)
Aplicaes smart grid e residenciais ITU-T G.9955 e G.9956
Especificaes de camada fsica e de camada de enlace, Respectivamente
(NB-PLC : Narrow Band PLC) Automao da Distribuio, AMI ANSI
C12.22Descreve a comunicao de tabelas C12.19 sobre redes quaisquer.
AMI ANSI C12.18Estrutura de dados para comunicao bidirecional com o
medidor. AMI ANSI C12.19Define tabelas de estruturas de dados a
serem transferidas do medidor para o mdulo de comunicao. AMI IEEE
Smart Grid Workshop
Slide 95
Outros Padres para o Smart Grid 17/10/2013 Tipo /
PadroDetalhesAplicao IEC 61850Flexvel, a prova de futuro, padro
aberto, comunicao entre dispositivos de transmisso, distribuio e
sistemas de automao de subestao. SAS (Automao de Subestao) Redes e
sistemas de comunicao para automao das concessionrias de energia
IEC 61850 uma componente bastante importante e relevante no
contexto do Smart Grid na medida em que procura estabelecer padres
de comunicao com um foco maior na automao, mas podendo ser aplicado
em outros segmentos do sistema eltrico IEEE Smart Grid
Workshop
Slide 96
Como modelar todo esse sistema? Como integrar? Como garantir
interoperabilidade? Como atender a rede do sculo 21 e suas novas
necessidades ? 17/10/2013 Norma IEC 61850 Smart Grids IEEE Smart
Grid Workshop
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IEC 61850 - Introduo ltimos 110 anos sem mudanas revolucionrias
na rede de energia eltrica Rede do sculo 20 no se adapta mais as
necessidades do sculo 21 Evoluo Industria de Energia Eltrica
passando por uma grande mudana Uso de tecnologias para atender aos
desafios de hoje e do Futuro Smart Grids 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Histrico Dispositivos Eletrnicos Inteligentes para Controle e
Proteo (IEDs) Quais as consequncias? 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Histrico Com as consequncias da evoluo do Sistema Eltrico de
Potncia Diversos protocolos proprietrios e padres. Cada fabricante
desenvolveu seu prprio protocolo de comunicao 17/10/2013 MODBUS DNP
IEC 60870-5-101 IEC 60870-5-104 FIELDBUS Outros... IEEE Smart Grid
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Histrico Necessidade de padronizao. Surgiu da necessidade de
uma arquitetura nica entre todos os dispositivos independente de
seu fabricante ou da funo que exera na subestao 17/10/2013
Atualmente visa a modelagem dos sistemas e redes de comunicao para
a automao do sistema eltrico! IEEE Smart Grid Workshop
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Histrico Principal objetivo da norma IEC 61850: Garantir
interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes
Suportar a evoluo de tecnologias Possibilitar a comunicao com alta
velocidade e elevada confiabilidade 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Histrico 1994 EPRI IEEE, USI 1996 IEC TC57 UCA (Utility
Communications Architecture): IEEE + EPRI (Electric Power Research
Institute) com o objetivo de desenvolver uma estrutura de comunicao
em tempo real que fosse comum a todas as empresas. Projeto apesar
de bem sucedido, ainda no atendia a todas as necessidades de
modelagem para as subestaes 3 Grupos de Trabalho do Comit Tcnico
(TC57) da IEC, 10,11 e 12 com o objetivo de preparar um padro de
comunicao de sistemas em subestao Fonte: D. Proudfoot, UCA and
61850 for dummies, em Distri- buTECH 2002, p. 47 51, fevereiro de
2002 2002 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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IEC 61850 - Introduo 17/10/2013 Qual a mudana no cenrio Atual O
que o IEC 61850 propem? IEEE Smart Grid Workshop
IEC 61850 - Introduo No um protocolo! O IEC 61850 no define
mquina de estados, mas um modelo de informao. um modelo que
padroniza a comunicao e o sistema de automao de energia (e no se
limita a modelagem na subestao!) Parte 90-1 modela a comunicao
entre subestaes. Revised - Draft IEC TR 61850-90-8, IEC 61850
object models for electric mobility (veculos eltricos) 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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IEC 61850 O que esse modelo de Informao prope? Modelagem dos
dispositivos de automao da subestao Orientao a objetos Modelagem
dos mecanismos de comunicao Troca de mensagens Linguagem de
configurao padronizada (SCL) 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Como modelar
um Disjuntor? 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop Registrar e
controlar operaes. O que faz o disjuntor? Abre e Fecha! Mas faz
mais que isso... O que faz o disjuntor? Abre e Fecha! Mas faz mais
que isso... Vida til do disjuntor Registrar fundamental! O
disjuntor pode estar bloqueado para abrir ou fechar, em manual ou
telecomando. Todas as informaes devem se coletadas e armazenadas. O
disjuntor pode estar bloqueado para abrir ou fechar, em manual ou
telecomando. Todas as informaes devem se coletadas e
armazenadas.
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao IEC 61850
Inteligncia est distribuda nos dispositivos Disjuntores
Transformadores O Rel de proteo pela sua caracterstica micro-
processada foi o primeiro. 17/10/2013 Com CPUs e Placas de Rede!
IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao 17/10/2013
Qual o melhor modelo? O que mais se aproxima da Realidade! IEEE
Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao 17/10/2013
Disjuntor N Lgico XCBR (Circuit BReaker) IEEE Smart Grid
Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao 17/10/2013
Seccionadora N Lgico XSWI (switch) IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop TC N Lgico TCTR (Current TRansformer) TP N
Lgico TVTR (Voltage TRansformer )
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Agrupados de
acordo com sua rea de aplicao mais comum Ex: TXXX - Transformadores
e Sensores TCTR - Transformador de Corrente (Current TRansformer)
TVTR - Transformador de Potencial (Voltage TRansformer ) XXXX -
Interface com chaves de processo(ex: disjuntores) XCBR - Chave
disjuntor (Circuit BReaker) XSWI - Chave Seccionadora (switch) Sua
funcionalidade textualmente descrita Fonte: IEC 61850-7-1:
Communication Network and Systems for Power Utility Automation.
Basic Communication Structure Compatible Logical Node Classes and
Data Object, 2010 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Norma IEC 61850 -Grupos de Ns Lgicos A norma padroniza um
conjunto de 26 grupos de ns lgicos agrupando funes de proteo e
controle Outros Exemplos: PXXX - Funes de Proteo PTOC Proteo de
Sobrecorrente (Time OverCurrent) PDIS - Proteo de distncia
(Distance) CXXX - Controle CSWI - Controlador de chaveamento SXXX -
Superviso e Monitoramento AXXX - Funes Automticas de controle MXXX
- Medies YXXX - Processos de transformadores de potencia I XXX -
Interface de arquivamento GXXX - Funes genricas Fonte: IEC
61850-7-1: Communication Network and Systems for Power Utility
Automation. Basic Communication Structure Compatible Logical Node
Classes and Data Object, 2010 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Norma IEC 61850 Exemplo comando de um Disjuntor 17/10/2013 IHMI
Interface Homem Mquina XCBR Disjuntor TCTR Transformador de
Corrente TVTR Transformador de Potencial CSWI Controlador de
chaveamento Disjuntor TC TP TVTR IHMI IARC MMTR PIOC CSWI TCTR XCBR
MMXU IARC Interface de Arquivamento PIOC Proteo de Sobrecorrente
Instantnea MMTR Contador MMXUMedio Operativa e indicativa Comando
Fechar dj Fechar disjuntor IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Como feita a
modelagem dos dispositivos? Exemplo: O que desejamos: Estado (Posio
aberta ou fechada do disjuntor) Disjuntor 5 Disjuntor Objeto de
dados (atributo) EX: cor da pele, altura, peso... Objeto Concreto
(uma instncia) Ex : Juliana Paes, Gloria Pires Classe abstrao -
descreve um conjunto de objetos, com os mesmos atributos, operaes.
Exemplo : Atrizes 17/10/2013 Orientao a objetos
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Dispositivo Fsico (endereo de rede) Norma IEC 61850 Estrutura e
Nome de Objeto 17/10/2013 Dispositivo Lgico 1 MyLD
DispositivoLgico/NLgico.Objeto.Atributos StVal (0,1,2 ou 3) =
Intermedirio Aberto Fechado Falha XCBR2. MyLD/ Pos. StVal. Valor de
status da posio do disjuntor IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Concepo de
Links e Ns Lgicos Fonte: IEC 61850-5: Communication Network and
Systems in Substations. Communication requirements for functions
and device models, 2003 NL 4 NL 3 NL 1 NL 2 NL 5 NL 6 NL 0
17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Funes dos IEDs O que uma funo em uma subestao? Operaes no
sistema em alto nvel Ex: Funo de Proteo Abertura de um disjuntor
para desenergizar uma linha com sobrecarga Funo de Controle
Comandos Verificar Alarmes e Eventos pela IHM Funo de Automao
(automticas) Funes de Monitoramento Fornece dados para analisar
falhas Funes de Superviso Gerenciamento de eventos em tempo real
(mudana de estado ) 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Norma IEC 61850 IED Multifuncional 17/10/2013 IHMI Interface
Homem Mquina IARC Interface de Arquivamento CSWI Controlador de
chaveamento PIOC Proteo de Sobrecorrente Instantnea MMTR Contador
MMXUMedio Operativa e indicativa TVTR Transformador de potencial
TCTR Transformador de corrente XCBR Disjuntor Disjuntor
Transformador de Corrente Transformador de Potencial TVTR IHMI IARC
MMTR PIOC CSWI TCTR XCBR MMXU Funo: Gerenciamento de Eventos Funo:
Proteo IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Nomenclatura
dos dados - Consequncia : Dispositivos de diferentes fabricantes
podem ser utilizados em conjunto Custos de Migrao so reduzidos
Trabalho de reconfigurao minimizado em caso de troca Modelo se
aproxima da realidade 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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IEC 61850 O que esse modelo de Informao prope? Modelagem dos
dispositivos de automao da subestao Orientao a objetos Modelagem
dos mecanismos de comunicao Troca de mensagens Linguagem de
configurao padronizada (SCL) 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Modelagem dos mecanismos de comunicao Que mensagem tenho na
rede? Alarme prioridade alta sinais de disparo, bloqueio,
intertravamento etc. Monitoramento e Controle prioridade mdia
estado de equipamentos e controle (Informaes operacionais)
Transferncias de arquivos prioridade baixa oscilogramas, relatrios
de falta etc. 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos mecanismos de comunicao Mecanismos de comunicao
Mensagens com grade restrio temporal (Ex: 3,10,20ms): GOOSE
(Generic Object Oriented Substation Event) SV (Sampled Values)
Mensagens que no tem grande restrio temporal (ex:100,500, 1000ms):
MMS (Manufacturing Message Specification ) Time Sync (SNTP) Devido
as suas funcionalidade a GOOSE e MMS merecem destaque. 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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GOOSE Requisitos Rgidos de Tempo: Mensagens rpidas (trips) -
3ms Comandos, mensagens simples - (20ms) Mapeada diretamente na
camada de enlace Trafegam apenas dentro da LAN Possuem apenas
endereos MAC No possuem IP no so roteveis. 17/10/2013 IEEE Smart
Grid Workshop
Sampled Values(SV) Requisitos Rgidos de Tempo: Valores
Amostrados - 3ms Mapeada diretamente na camada de enlace Transmisso
de Valores Amostrados conceito de Merging Unit (ainda sendo
disponibilizado comercialmente pelos fabricantes) 17/10/2013 IEEE
Smart Grid Workshop
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MMS Restrio temporal menos crtica Mensagens de Superviso e
Controle Mdia velocidade (100ms) Informaes de Estado e Valores de
Medidas Baixa velocidade Alteraes de configuraes ou Parmetros
(500ms) Transmisso de registro de eventos(500ms) Comandos da estao
HMI (500ms) Arquivos grandes (1000ms) 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
Modelagem dos mecanismos de comunicao- Pilha de Protocolos
17/10/2013 SVGOOSE Time Sync (SNTP) MMS Protocol Suite Camada 2 -
Enlace Demais camadas IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos mecanismos de comunicao- Pilha de Protocolos
17/10/2013 Rede SVGOOSE Time Sync (SNTP) MMS Protocol Suite Enlace
Transporte IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos mecanismos de comunicao TipoClasseExemplos Tipo
de mensagens e limites temporais 1A 1B Mensagens Rpidas - trip
Mensagens rpidas -outras Trips Comandos, Mensagens Simples GOOSE
(3ms e 10ms) GOOSE (20ms e 100ms) 2Mdia VelocidadeValores de
MedidasMMS (100ms) 3Baixa velocidadeParmetrosMMS (500ms) 4Rajada de
Dados -Raw (dados brutos) Sada de dados dos instrumentos
(transformadores) SV (3ms e 10ms) 5Transferncia de arquivosArquivos
grandesMMS (1000ms) 6A 6B Sincronizao de tempo a Sincronizao de
tempo b Sinc. tempo (station bus) Sinc. tempo (Process bus) Time
Sync (+/- 1 ms) Time Sync (entre +/- 4 s e 1 s e +/- 25 s)
7Mensagens de comandosComandos da estao HMIMMS (500ms) 17/10/2013
desvio temporal Tipos de mensagens suportadas pela norma IEC 61850
IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos mecanismos de comunicao 17/10/2013 Requisitos de
Telecomunicaes IEEE Smart Grid Workshop
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IEC 61850 O que esse modelo de Informao prope? Modelagem dos
dispositivos de automao da subestao Orientao a objetos Modelagem
dos mecanismos de comunicao Troca de mensagens Linguagem de
configurao padronizada (SCL) 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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Linguagem de configurao Padronizada - SCL Linguagem de
Configurao de Subestao(Substation Configuration Language SCL)
Linguagem de configurao Padronizada Orientada a objetos Baseada em
XML (eXtensible Markup Language - XML) Simples e Flexvel 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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Linguagem de configurao Padronizada - Arquivos de Configurao
Funcionalidades e capacidade do IED - arquivo ICD (IED Capability
Description) Especificao da subestao - arquivo SSD (Substation
Specification Description) ICD+SSD= arquivo SCD (System
Configuration Description). O arquivo de cada IED, depois de
configurado para um projeto especfico, passa a ser denominado
arquivo CID (Configured IED Description) daquele IED. 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Consequncias 17/10/2013 Modelagem dos dispositivos de automao
da subestao Modelagem dos mecanismos de comunicao Linguagem de
configurao padronizada (SCL) IEEE Smart Grid Workshop
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Linguagem de configurao Padronizada - SCL Consequncia:
Dispositivos no necessitam de configurao manual exceto em casos
especficos 17/10/2013 Reduo de Custos! Reduo de erros Humanos!
Simplicidade e Flexibilidade!
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Modelagem dos mecanismos de comunicao Consequncia: Comunicao
Digital, mais confivel e rpida. Simplicidade Informao Disponvel
quando necessrio 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Consequncia:
Substituio dos cabos de cobre (cabos de controle) por uma rede de
Fibras ticas Algumas fibras no lugar de uma quantidade imensa de
cabos 17/10/2013 Reduo de Custos! IEEE Smart Grid Workshop
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Modelagem dos Dispositivos de Automao da subestao Consequncia:
Painis de controle automatizados 17/10/2013 Reduo de Custos! Painel
de controle Convencional Painel de controle com IED IEEE Smart Grid
Workshop
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Benefcios do IEC 61850 Reduo de Custos Instalao e Construo
Cablagem Com configuraes, dentre outros Comunicao digital-
c0nfiveis e rpidas Simplicidade Disponibilidade de Informao
Linguagem de configurao padronizada SCL baseada em XML Modelagem de
todo os sistema prova de Futuro 17/10/2013 IEEE Smart Grid
Workshop
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17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop
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Smart Grid Desafios Redes & Telecom Segurana da rede de
telecomunicaes Controle de Redes Eltricas Medio e faturamento
Gerenciamento Interoperabilidade Migrao de tecnologias 17/10/2013
IEEE Smart Grid Workshop
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Smart Grid Desafios Redes & Telecom Comunicao segura
(segurana dos dados: disponibilidade, integridade, autenticidade,
confidencialidade,...) Comunicao confivel Confiabilidade da rede
Falhas : Previso, deteco, recuperao, resilincia, outros aspectos
Rede: Dinamicidade da rede (flexibilidade visando novos circuitos
ou novas configuraes) Volume de dados Requisitos de tempo Garantias
de atraso Padronizao Regulao e aspectos econmicos 17/10/2013 IEEE
Smart Grid Workshop
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Concluso 17/10/2013 Smart grids Grande desafio Inmeras reas de
pesquisa Interao entre diversas reas do conhecimento Engenharia
eltrica Engenharia de telecomunicaes Cincia da computao Eficincia,
escalabilidade, previsibilidade, etc. IEEE Smart Grid Workshop
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Concluso 17/10/2013 Principais temas de pesquisa Infraestrutura
de comunicao para medio e monitoramento Infraestrutura de comunicao
para dar suporte ao roteamento energtico Redes de controle e
superviso Interoperabilidade Requisitos de tempo real Integrao de
sistemas Comunicao dentro de subestaes Comunicao entre subestaes
Integrao dos clientes IEEE Smart Grid Workshop
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Concluso 17/10/2013 Casas inteligentes Novas aplicaes Redes
domsticas Confiabilidade/confiana de dados Privacidade e segurana
Tcnicas de virtualizao para controle e superviso Redes
compartilhadas entre operadoras Confiabilidade e reputao Segurana
Controle de acesso IEEE Smart Grid Workshop
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Concluso 17/10/2013 Autonomia Deteco automtica Auto-recuperao
Ilhamento eficiente Gerenciamento de fontes energticas Analogia
entre temas de telecomunicaes e sistemas eltricos Roteamento
Balanceamento de carga Gerncia de redes Sistemas distribudos Etc.
IEEE Smart Grid Workshop
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Concluso 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop IEC 61850 Novo
modelo de informao Suporte para sistemas com alta complexidade de
gerenciamento Sistema eltrico est em processo revolucionrio Alta
integrao dos sistemas Aumento da complexidade da rede Aumento da
demanda por banda na rede Aumento do nmero de entidades atuando na
rede
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Concluso 17/10/2013 IEEE Smart Grid Workshop Oportunidades de
pesquisa Aplicao da norma para fora da subestao Mapeamento dos
protocolos existentes de acordo com a estrutura da norma Integrao
de veculos eltricos, medidores inteligentes e casas inteligentes
Evoluo da norma Novos mecanismos Integrao com inovaes na rea de
rede