* R. Padre Valdivino, 150. Fortaleza-CE. 85-3453-4148 : eudes@coelce.com.br.

* R. Eusébio de Queiroz, 100. Eusébio-CE. 85-9955-8055 : valentim@synapsisbrasil.com.br.

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5(6802�O aumento de complexidade no gerenciamento e operação dos sistemas elétricos e a maior exigência de órgãos reguladores por melhorias na qualidade do produto e de serviços têm demandado das empresas de energia elétrica ferramentas de suporte à operação. Os profissionais da operação em tempo real freqüentemente estão submetidos a condições de estresse e orientados a restaurar o sistema, mediante ocorrências na rede, no menor tempo possível sem prejudicar os índices de desempenho da companhia e nem comprometer a segurança de usuários e equipes de trabalho. Recentemente várias técnicas têm sido empregadas para tentar mitigar esses efeitos. A proposta aqui apresentada trata de um Sistema de Diagnóstico de Faltas (SDF), baseado em Redes de Petri Coloridas, capaz de emitir diagnóstico conciso, preciso e com a rapidez necessária ao exercício da operação de sistemas. O objetivo deste trabalho é apresentar a integração do SDF ao Sistema de Supervisão e Controle (SCADA) do Centro de Controle do Sistema da Coelce (CCS). Para execução do SDF são necessárias diversas informações como abertura de disjuntores, disparos de proteções, mudanças de estado de equipamentos e similares. A integração do SDF ao SCADA da concessionária trata da padronização das informações disponibilizadas pela ferramenta SDF utilizando a plataforma integradora SAC (Sistema de Ajuda à Condução).

3$/$95$6�&+$9(�Integração de Sistemas, SCADA, DMS, Diagnóstico de Faltas, Modelo CIM.

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��� ,QWURGXomR�As crescentes exigências impostas às concessionárias tanto por seus clientes quanto

pelos órgãos reguladores, relacionados com a apuração dos indicadores de continuidade de fornecimento, motivaram a estas empresas a investirem em ferramentas de suporte à operação. A COELCE, empresa do grupo espanhol ENDESA, concessionária de distribuição de energia elétrica cearense, com 2,5 milhões de clientes, distribuídos em uma área de concessão de 146.817 km2 em 184 municípios, não foi exceção a esta inovação tecnológica.

Os profissionais da operação em tempo real frequentemente estão submetidos a condições de estresse e orientados a restaurar o sistema, mediante ocorrências na rede, no menor tempo possível sem prejudicar os índices de desempenho da companhia e nem comprometer a segurança de usuários e equipes de trabalho. Recentemente várias técnicas têm sido empregadas para tentar mitigar esses efeitos. A proposta aqui apresentada trata de um Sistema de Diagnóstico de Faltas (SDF) [1], baseado em Redes de Petri Coloridas [2] e [3], capaz de emitir diagnóstico conciso, preciso e com a rapidez necessária ao exercício da operação de sistemas. O objetivo deste trabalho é apresentar a integração do SDF ao SCADA – Supervisory Control and Data Adquisition - do Centro de Controle do Sistema da Coelce. Para execução do SDF são necessárias, basicamente, informações como abertura de disjuntores, disparos de proteções, mudanças de estado de equipamentos e similares. A integração do SDF ao SAC-MT trata da padronização das informações disponibilizadas pelo SAC-MT à ferramenta SDF.

Durante a realização do projeto, a experiência obtida no processo de integração incluiu superar algumas dificuldades tais como padronização na codificação das proteções, definição da janela de tempo que caracteriza um evento, simulação de ocorrências de grande porte entre outras.

��� 2�6LVWHPD�GH�'LDJQyVWLFR�GH�)DOWDV�O Sistema de Diagnóstico de Falta (SDF), desenvolvido em projeto de P&D entre COELCE, Synapsis e UFC, é um programa computacional que visa automatizar o processo de diagnóstico de faltas em sistemas elétricos de potência. A ferramenta é capaz de emitir um diagnóstico rápido, sucinto e preciso com localização e identificação de falta. Usualmente os operadores dos sistemas de potência realizam o diagnóstico de falta em um sistema desconectado dos sistemas de telecontrole e a partir das informações reportadas pelos sistemas SCADA. A forma de apresentação dos alarmes que chegam ao CCS está apresentada na figura 1.

Antes do SDF a precisão dos resultados e a velocidade do processo de diagnóstico dependiam largamente da quantidade de informações disponibilizadas, da experiência do operador e de seu estado emocional. A precisão e rapidez na obtenção do diagnóstico são condições básicas e essenciais para uma restauração segura e rápida do sistema elétrico. O grande volume de informações disponibilizado aos operadores dos sistemas elétricos de potência pelos sistemas supervisórios demanda que empresas do setor elétrico utilizem cada vez mais programas computacionais integrados aos sistemas SCADA para auxílio à operação do sistema. Na Figura 1 é apresentada uma das telas de uma ocorrência da atuação do segundo estágio do Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC). Destas telas é que o operador de sistema tem que definir o diagnóstico e apresentar soluções para o problema.

O SDF é uma função avançada baseada nas informações disponibilizadas pelo SCADA, voltado à seleção de informação, análise, identificação, e localização da falta disponibilizando ao profissional da operação respostas objetivas que dão suporte à tomada de decisão.

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Na Figura 2 é apresentada a tela do resultado do diagnóstico feito pelo SDF da ocorrência apresentada na Figura 1 quando ocorreu a atuação do segundo estágio do ERAC. Apenas uma tela com o diagnóstico em substituição a várias telas com informações as mais diversas

Figura 1 – Tela de alarmes apresentada ao CCS provenientes do SCADA

advindas do SCADA em que o operador elabora tem a responsabilidade de interpretar e dar o seu diagnóstico.

Figura 2 – Tela de apresentação do diagnóstico proveniente do SDF

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��� 2�6LVWHPD�7pFQLFR�&RUSRUDWLYR�O Sistema Técnico de Distribuição de Energia instalado na COELCE é o Sistema de Distribuição das Américas – SDA, o qual se baseia em uma estrutura desenvolvida e em uso em outras empresas do grupo ENDESA. O SDA tem como finalidade permitir uma gestão integral da distribuição de energia elétrica, englobando os processos de planejamento até a manutenção das redes de transmissão e distribuição, incluindo operação, telecontrole, telesupervisão com expressivas condições técnico-econômicas de qualidade e custos operacionais. O SDA está organizado em módulos funcionais, caracterizando-se por dispor de uma organização mínima e procedimentos simples, que permitem fazer frente às circunstâncias mais usuais. Além disto, seu elevado poder de síntese permite aplicar sinergia na gestão de negócios e otimização de processos, permitindo também a utilização de ferramentas de consultas geográficas, entre outras funcionalidades.

Os módulos do sistema estão orientados às áreas de Atendimento ao Cliente, Planejamento de Redes, Operação do Sistema Elétrico, Obras, Manutenção e Qualidade do Fornecimento. Através do SDA, foi possível a integração dos sistemas técnicos com Sistemas de Informação existentes nas áreas Comercial e Administrativa. A estrutura dos módulos do SDA e sua interação com o SAC é mostrada na Figura 3.

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Figura 3 - Estrutura de integração do Sistema de Distribuição das Américas

Um aspecto relevante no SDA está na utilização de uma base de dados unificada, a qual possibilitou avanços significativos no cadastro da rede elétrica e dos clientes assim como a implantação da filosofia de gestão da informação através de incrementos aplicados pelos Centros de Supervisão e Controle. O SDA também cumpriu com os requisitos legais do órgão regulador para o cálculo de indicadores de continuidade individuais.

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��� 3ODWDIRUPD�,QWHJUDGRUD��6$&��A plataforma integradora (SAC – Sistema de Ajuda a Condução) é um sistema que abrange praticamente a totalidade dos processos do negócio da distribuição elétrica. O foco principal do SAC é a operação da rede elétrica com seus requisitos de operação em tempo real. Com o sistema SAC é possível identificar o estado de fornecimento em um determinado momento através da visualização de manobras e chaveamentos, garantindo informações necessárias para o atendimento ao cliente, realizado no FDOO� FHQWHU no momento de ocorrências intempestivas ou programadas.

Um valor agregado importante proporcionado pelo SAC são as funcionalidades de Gestão de Desligamentos (Trabalhos Programados) e Gestão de Ocorrências (Trabalhos Imprevistos), colaborando de forma importante com a melhoria da qualidade de serviço e das normas de segurança da operação da rede. O principal objetivo do sistema SAC é proporcionar aos operadores do centro de controle uma visão única dos sistemas necessários para a operação da rede elétrica (interface única). Para isso, o SAC se comporta como um agente integrador de sistemas, sendo sua arquitetura projetada especialmente para conseguir esta meta. O sistema SAC foi desenvolvido para aproveitar as funcionalidades dos sistemas existentes na organização e integrá-las em seu ambiente, mostrando ao usuário como se fossem suas. O SAC é fortemente integrado ao SDA de forma que permite aos demais usuários consultarem em tempo real as Ocorrências ativas em qualquer momento, o que dá suporte as decisões da operação. Na Figura 4 é ilustrada a condição acima descrita.

Figura 4 - Arquitetura tecnológica do projeto de integração

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O modelo do sistema SAC foi projetado utilizando uma arquitetura cliente/servidor. O sistema é estruturado em serviços e consumidores (clientes) onde os clientes basicamente implementam a Interface Humano Máquina (IHM) das consoles de operação e apresentam as solicitações realizadas pelo operador nas quais são processadas pelos serviços. Todo o volume de processamento fica localizado nos servidores. A localização do serviço é transparente para o cliente. Um serviço pode estar em um ou mais clusters (conjunto de servidores) assim como um cluster pode conter todos os serviços existentes do sistema. Na Figura 4 é mostrada a disposição tecnológica do sistema.

A arquitetura cliente/servidor utilizada pelo sistema SAC é baseada no modelo de três camadas (3-tier). Sobre esta arquitetura as consoles de operação acessam indiretamente aos dados, na qual estabelecem uma conexão através do servidor de aplicações. Desta maneira, o acesso aos dados fica centralizado e otimizado ao mesmo tempo em que se oferece um nível adicional de segurança.

O sistema SAC está implementado utilizando servidores com sistema operacional UNIX (TRU64, AIX) ou Linux, e os clientes sobre sistema operacional Windows XP. A base de dados implementada no sistema SAC é suportada pelo Oracle 9i adequadamente parametrizada e com um modelo de dados projetado para Tempo Real e Alta Disponibilidade. A utilização do Oracle 9i, um dos Sistemas Gerenciadores de Bases de Dados Relacionais com maior participação no mercado, fornece muitas vantagens, dentre as quais recursos de ferramentas visuais padrões de mercado para o acesso à Base de Dados por parte do usuário, fácil integração com outras Bases de Dados comerciais existentes, fácil integração com ferramentas de administração e backups de mercado. Com arquitetura baseada em componentes de mercado, o sistema SAC somente utiliza componentes proprietários para as funcionalidades próprias do sistema. Além disso, a arquitetura modular independente aceita que sejam incorporadas funcionalidades disponibilizadas por componentes de terceiros. O SAC é um sistema aberto que aposta na flexibilidade e na agilidade do mercado, evitando as arquiteturas proprietárias.

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Um dos aspectos técnicos mais valiosos que o SAC oferece é a disponibilidade e facilidade de acesso à informação de tempo real do sistema através de um enlace ICCP com os sistemas SCADA. O sistema SAC oferece a possibilidade de publicar a informação de tempo real requisitadas na rede corporativa de forma totalmente desacoplada do Centro de Controle, ou seja, todo o acesso à informação publicada a partir da rede corporativa não terá nenhuma influência no ambiente de operação do sistema.

Com ênfase na integração com o sistema de supervisão e controle (SCADA), foi definida no SDF uma completa interface padronizada (API-SAC), composta de um conjunto de primitivas a partir das quais os sistemas externos poderão estabelecer comunicação com o sistema SAC. Esta informação pode ser acessada de duas formas: Acesso à Base de Dados de Tempo Real e acesso ao Barramento de Informação SAC Corporativo (2II�OLQH), apresentada na Figura 5.

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Figura 5. Arquitetura de integração com o Sistema de Supervisão e Controle (SCADA)

Para a interface de integração do sistema SDF ao sistema SCADA, foram definidos métodos de consulta à topologia, recepção de eventos, integridade de estados e registro de ocorrências.

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Figura 6. Arquitetura de Alto Nível da Interface

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Na Figura 6 é apresentado o diagrama de arquitetura de alto nível onde é possível destacar os sistemas envolvidos, os principais métodos da interface e o acesso às bases de dados.

��� 0HWRGRORJLD�GH�,QWHJUDomR�O projeto incluiu as atividades necessárias para integrar o protótipo de Sistema SDF ao sistema de telecontrole da Coelce (SACMT – Sistema de Ajuda à Condução de Média Tensão e SCADA Sherpa da Empresa Eliop), incluindo a atualização da topologia da rede elétrica, estados e alarmes dos equipamentos automatizados.

Para a validação do SDF integrado foi desenvolvido um simulador, que é uma réplica do SAC-MT existente na Coelce. Na Figura 7 é apresentado o simulador com parte dos eventos de uma ocorrência atuação do segundo estágio do Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC).

As várias UTRs do sistema Coelce, enviando alarmes ao CCS. Estes alarmes podem ser de atuação da proteção e de abertura de disjuntores.

Nesta ferramenta pode-se gerar vários panoramas de ocorrências, simulando cada um dos eventos e imprimindo-lhes o atraso desejado, após a inclusão de todos os alarmes manda-se simular e este panorama também pode ser salvo (botão salvar como).

Outra funcionalidade do simulador é importar casos presentes na base histórica do SAC de produção dando, portanto, a possibilidade de reproduzir uma ocorrência com os mesmos alarmes que chegaram ao CCS no momento real da ocorrência.

Figura 7– Simulador SAC-MT

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Em um segundo momento foram resgatadas ocorrências no período de um ano no eixo em estudo (eixo Cariré). Estas ocorrências foram simuladas repetindo todos os alarmes que chegaram ao CCS quando da ocorrência real do evento, alarmes estes relevantes ou não para o diagnóstico. O SDF também é responsável pela seleção dos alarmes relevantes à composição do diagnóstico.

Atualmente, o SDF está totalmente integrado ao SAC-MT (no tempo real), em uma máquina dedicada, fora do centro de controle, para uma avaliação da sua performance. Após um período de testes de 180 dias será mais uma ferramenta acessível aos operadores.

Algumas dificuldades foram enfrentadas nesta experiência inicial de integração, como problemas na codificação das proteções que chegam ao CCS uma vez que diferentes fabricantes podem adotar codificações distintas. Outra dificuldade foi a definição da janela de tempo que caracteriza um evento. Equipamentos com ciclo de religamento precisam de um intervalo de tempo superior aos equipamentos que não têm religamento. Uma solução simples seria unificar o tempo para o diagnóstico. Caso fosse definido um intervalo pequeno, o diagnóstico poderia ser apresentado antes do fim do ciclo de religamento, estando portanto errado. Caso fosse definido um intervalo maior, capaz de absorver todo o ciclo de religamento, poderíamos ter caso onde a resposta do operador seria mais rápida que a do SDF. Assim optamos por uma janela variável, para equipamentos com ciclo de religamento o tempo para o SDF apresentar um diagnóstico é maior do que para um evento que não envolve equipamentos com religamento.

��� 5HVXOWDGRV�2EWLGRV�H�(VSHUDGRV�A integração entre o SDF e o SAC-MT está em fase de desenvolvimento. Porém, o SDF é uma ferramenta que está sendo desenvolvida desde 2003 através de projetos de P&D e já apresenta a maturidade suficiente para ser integrada a um sistema real. Na fase de desenvolvimento do SDF foram utilizados emuladores de eventos do sistema elétrico para validação e testes off-line.

A integração entre o SDF e o SAC-MT está em fase de teste.

O eixo Cariré /Sobral da COELCE foi adotado para implantação desta ferramenta de maneira integrada ao SAC-MT, sendo esperada a apresentação de diagnósticos precisos e sucintos para o operador, informando os equipamentos envolvidos e a classificação de suas atuações, tais como: “atuou corretamente”, “falhou”, “não atuou” e similares.

��� &RQFOXVmR�A principal dificuldade na integração com o SAC-MT está na disponibilização dos eventos para o SDF corretamente, de forma que não haja perda de informação, seqüência de eventos e/ou perda de integridade. Outro fator crítico está relacionado à interface com o usuário de maneira que seja direta e de simples compreensão para o operador.

O artigo Process and Equipment Reliability de PAUL Barringer (2004) mostra uma estatística de erros humanos devidos à forma de trabalho onde se necessita velocidade nas tomadas de decisões, em que se chega à conclusão que a probabilidade de erro por decisões tomadas em até um minuto, em salas de controle, é de aproximadamente cem por cento.

O dilema posto é como tomar decisões rápidas sem afetar a qualidade dos resultados

Estes fatos reforçam a importância de existir ferramentas avançadas para diagnóstico de falta integrada ao sistema SCADA para análise dos dados em tempo real e apresentação de resultados de diagnósticos de faltas para auxiliar aos operadores nas tomadas de decisões.

O projeto está na primeira etapa de integração de uma parte do sistema elétrico da Coelce, o eixo Cariré derivado do regional Sobral II da Chesf, em um terminal de testes. Os

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resultados, até o momento, atendem plenamente a nossa expectativa com acertos de 100% dos diagnósticos. O tempo da emissão do relatório com os diagnósticos que são reportados ao operador está levando menos de 60 segundos.

A próxima fase do projeto considera a utilização em todo sistema elétrico da Coelce além do desenvolvimento de um modelo de interface padronizada (CIM – Common Interface Model) de acordo com a norma IEC-61970 e a utilização de arquitetura orientada a serviço (SOA – Service Oriented Architecture).

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[1] MEDEIROS, E. B, “Sistema de Diagnóstico de Faltas Integrado ao Sistema de Supervisão

e Controle”, Universidade Federal do Ceará, novembro, 2008.

[2] T. Murata, “Petri nets: Properties, analysis and applications. In: IEEE Proceedings, Vol.4,

No.4, April 1989, pp.541-580.

[3] Jensen, K., “Coloured Petri Nets: Basic Concepts, Analysis Methods and Pratical Use”.

Vol .1, 2nd Edition, Springer-Verlag, 1997.