UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

RELATÓRIO TÉCNICO CIENTÍFICO

Período: 02/2014 à 07/2015 ( ) PARCIAL ( X ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa: Desenvolvimento de Predição de Falhas em Processos Industriais – PredFalt. Nome do Orientador: Carlos Tavares da Costa Júnior. Titulação do Orientador: Professor Doutor em Engenharia Elétrica. Faculdade: Faculdade de Engenharia Elétrica. Instituto/Núcleo: ITEC – Instituto de Tecnologia.

Laboratório: Laboratório de Acionamentos e Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT). Título do Plano de Trabalho: Desenvolvimento Baseado em Componentes para Implementação de Smart Grids em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica de Baixa Tensão. Nome do Bolsista: Paulo Eduardo Santos Siqueira. Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq – AF ( )PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA – AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( )PIBIC/PARD ( ) PIBIC/PADRC ( X ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/ PIAD ( ) PIBIC/PIBIT

INTRODUÇÃO Como podemos perceber com o passar dos anos, o sistema elétrico tem entrado

em um estado de evolução muito grande, fazendo tudo àquilo que era centralizado,

ramificar e distribuir responsabilidades. Mas o que mais preocupa o cenário elétrico é o

planejamento para acolher a crescente demanda de usuários mais do que o próprio

planejamento de transmissão e geração. Com as redes elétricas expandidas e

interligadas, a medição individualizada do consumo de energia elétrica é necessária para

se estabelecer um faturamento que condiz com o nível de consumo dos usuários.

Tendo em vista essa premissa, a coleta de dados torna-se mais desleal e lenta do

jeito que está. Logo se busca uma maneira mais individual de se fazer isso. A

introdução de redes inteligentes seria interessante neste caso, porém seria muito melhor

a expansão de sua função no meio em que vivemos.

A utilização de redes inteligentes (SMART GRID) para a prevenção de falta,

não chega a ser novidade para as redes de transmissão, porém a sua utilização nas redes

de distribuição e em processos indústrias, para este fim, está em fase de estudo e

aprimoramento de protótipos, logo enxerga-se nessa aplicação para as redes elétricas

inteligentes um futuro promissor.

Então, no Laboratório de Acionamentos e Controle em Sistemas de Potência

(LACSPOT) da Universidade Federal do Pará, está em fase de desenvolvimento um

estudo em cima desses conceitos supracitados para permitir uma perspectiva da

aplicação pratica deste sistema.

JUSTIFICATIVA

Tendo em vista que explorar novos rumos para aplicações das redes elétricas

inteligentes é muito relevante para o sistema elétrico e seu desenvolvimento, buscou-se

estudar uma área pouco explorada por tais métodos e muito critico do sistema elétrico

brasileiro: A rede de distribuição de energia.

A recepção de energia elétrica pelos consumidores é dada por meios físicos

vulneráveis e distantes das concessionárias não sendo “observado” a todo o momento,

apenas utilizam-se mecanismos pontuais para se prevenir de inconveniências que

possam surgir (sistema de proteção), mas mesmo assim a distribuição fica em parte

dependente do usuário para uma ação da concessionária de energia.

Buscando evoluir o sistema de distribuição de energia elétrica a fim de prever

principalmente faltas que nelas podem ocorrer, faz-se um estudo das estruturas que

integram esse principio, como: programação orientada a objetos e SMART GRID, para

por fim realizar um estudo de caso em uma plataforma tecnológica.

OBJETIVOS:

Nesta segunda etapa, reuniu-se os valores conceituais para introduzi-los em uma

aplicação pratica. Buscou-se, de maneira simples e de poucos rodeios, implementar em

um estudo e caso, os anteriormente estudados ideais de uma SMART GRID.

Para essa implementação não se deixou levar pela perfeição do esquema, pois se

levarmos em conta cada detalhe de uma SMART GRID ideal (ou da maneira que a

queremos), este não conseguiria resumir-se neste trabalho. Logo se toma como diretriz a

aplicação de conceitos computacionais em volta de um motivo: as redes elétricas

inteligentes de baixa tensão.

O estudo a respeito das redes elétricas inteligentes (SMART GRID) evoluiu

quando se verificou a sua ampla área de aplicações, e observou-se a falta de material

referente à aplicação deste sistema para a rede elétrica de distribuição. O que torna este

projeto em estudo ainda mais interessante e desafiador.

Como interação principal buscou-se priorizar uma relação que até este momento

é precária na nossa região que é a relação consumidor x concessionária. Utiliza-se esta

interação como alvo de nosso modelo a se seguir.

MATERIAIS E MÉTODOS:

Para esta etapa, utilizou-se o software astah professional, pois se apresentou

dentre outros mais interativos e de fácil manuseio, além de se encontrar de “modo free”

no site do mesmo. Com este software construímos diagramas de caráter UML para a

demonstração de conhecimento do campo de SMART GRID e linguagem de

modelagem unificada. Dentre eles temos os diagramas de classe e diagrama de uso de

casos, ambos muito importantes para a modelagem.

Vale lembrar que esse tipo de modelagem não prioriza de imediato uma

linguagem de programação em si, mas generaliza a lógica do programa, fornecendo

todas as características de interligações entre os objetos e classes do mesmo, para que

quando fosse implementada em linhas de código, este fosse naturalmente desenvolvido

pelo programador.

MAPA MENTAL

Nesta etapa da modelagem busca-se enxergar o modelo (o que vai se modelar)

como um todo. Visto que o contexto de nossa SMART GRID em baixa tensão foi

priorizado a relação consumidor x concessionária, estes se tornam os atores do meu

modelo. São eles que tomarão iniciativas para se tomar decisões e fazer com que o fluxo

de informações e dados tomem caminhos para determinados fins.

Figura 1 – mapa mental

Os fins a que se é referido, são os casos de uso para os quais os atores são

participantes (ou pelo menos um) no nosso modelo. Esses casos de uso como podem ver

no diagrama, são ações que foram deduzidas para algumas funcionalidades superficiais

de uma SMART GRID.

O que fica implícito nesse mapa mental é outro agente que estará presente no

projeto, o “Sistema”. O sistema funcionará como o veículo de transição de comandos e

dados entre os atores. Ele estará presente como uma entidade nesse modelo, não

necessário sua aparição neste mapa mental, mas sim em outro.

Como principal característica de nosso modelo, temos seu titulo “rede de

distribuição inteligente” que será nossa tentativa de modelagem superficial de uma

SMART GRID no sistema de distribuição de energia de baixa tensão.

Ações como: consultar fatura, ajuste da tensão e acompanhar consumo, são

algumas das quais uma rede inteligente poderá intermediar, logo como mais simples,

foram inseridas no modelo e por consequência ações necessárias para tal como “fazer

login”, mostrando que o sistema esta presente entre os atores e os casos de uso, pois se

admite que será necessário um sistema de certa forma on-line para a interação

consumidor e seu fornecedor de energia elétrica.

DIAGRAMA DE CASO DE USO

Nesse diagrama apresentam-se alguns casos de uso adotados para esta

modelagem (lembrando que não são todas as possíveis ações de uma rede elétrica

inteligente, sim algumas apenas para esta modelagem). É possível observar neste

diagrama como os atores estão relacionados com os casos de uso e como alguns casos

de uso estão relacionados com outros casos de usos ou até o grau de generalização de

funções dos atores no modelo (a liberdade de exercer tarefas no modelo).

Figura 2 – Diagrama de caso de uso

Observando o ator “consumidor”, que representa o usuário final de nossa rede de

distribuição, podem-se perceber suas habilidades dentro do diagrama de caos de uso. O

consumidor em sua residência, através de um sistema computacional ou de um

dispositivo propriamente desenvolvido está disposto a “Consultar fatura” (consultar o

valor de sua conta de luz do mês que se encerrou ou meses anteriores). Nota-se que o

caso de uso “receber fatura por e-mail” está ligada a consultar fatura com uma ligação

extend, logo se a condição “se e-mail = cadastrado” esta fatura poderá ser enviada para

a conta de e-mail do consumidor.

O consumidor está disposto também a “acompanhar consumo” (acompanha em

tempo real o consumo de sua unidade consumidora), isto se torna possível com o

sistema já citado.

O consumidor tem a opção “acionar visita técnica”, esse caso de uso é simples,

pois se pode fazê-lo de outros meios que não seja por SMART GRID, mas utilizou-se

no modelo para indicar pelo menos uma ligação direta com o caso de uso, pois é o

consumidor que vai acionar para a concessionária uma visita técnica, indicando essa

interação com uma seta de consumidor para o caso de uso.

Observa-se que os casos de uso acima citados necessitam de um sistema para

gerencia-los, logo o caso de uso “fazer login” deve ser feito sempre que algum deles for

executado. Essa interação entre os casos de usos se dá pela ligação include.

O outro ator do sistema a “concessionária” é uma extensão de todos os casos de

uso que um “consumidor” está interagindo. Esta interação é representada pela seta que

vai de concessionária para consumidor. Porem, além dos casos de usos que estão à

disposição de ambos, o ator “concessionária” tem outros a sua mercê: “ajuste de tensão”

e “efetuar manobra de chaveamento na rede”. A primeira indica a funcionalidade da

concessionária está disposta com seus dispositivos inteligentes em campo para alterar os

níveis de tensão na rede de distribuição, isso pelo fato e que com o passar do dia, a

inserção e retirada de equipamentos da rede é variável, logo seria de grande utilidade

essa função. A segunda é uma das mais aguardadas formas de interação das SMAT

GRI’s com o sistema de distribuição que é manobras de chaveamento para casos

extraordinário, como por exemplo, uma falta em algum setor da planta elétrica.

Observa-se que estes casos de uso não necessáriamente necessitam de login para

ser feito, pois além a atuação remota, a concessionária pode acionar uma visita em

campo.

ESPECIFICAÇÃO DOS CASOS DE USO

O diagrama de caso e uso representa as ligações entre atores e as ações que eles

podem exercer o que para a modelagem UML é de grande importância, pois quando o

modelo é aplicado em uma linguagem de programação, o programador saberá

exatamente como exercer tal função. Porém, apenas as simbologias não são tudo que

podemos informar ao programador.

Para deixar a modelagem mais completa utilizamos de textos para expor o

verdadeiro fluxo de informações na execução dessas ações por parte dos atores. Logo,

fez-se uma descrição de alguns casos de uso nessa etapa do projeto.

Como exemplo temos o caso de uso “consultar fatura”.

Identificação: UC001 Nome: Consultar fatura Atores: Cliente, concessionária. Tipo: Primária Pré-condições: O cliente/concessionária deve estar logado Pós-condições: O valor da fatura foi disponibilizado com sucesso. Sequencia de eventos:

Cliente Sistema 1 – faz login 2 – reconhece os dados 3 – seleciona a opção de leitura de fatura

5 – valida as informações liberando a operação

4 – informa o mês e o ano 6 – busca no banco de dados 7 – exibe a fatura Sequencia alternativa: Cliente invalido: Operação cancelada Mês e ano invalido: Operação cancelada Sequencia de eventos:

Concessionária Sistema 1 – faz login 2 – reconhece os dados 3 – seleciona a opção de leitura de fatura

6 - valida as informações liberando a operação

4 – informa a unidade consumidora 7 - busca no banco de dados 5 - informa o mês e o ano 8 - exibe a fatura Sequencia alternativa: Unidade consumidora invalida: Operação cancelada Mês e ano invalido: Operação cancelada Login invalido: Operação cancelada

Tabela 1 – especificação UC001

Nesta especificação podemos observar as características do caso de uso,

principalmente as pré-condições e as pós-condições, ou seja, o que é necessário do ator

para exercer tal ação e o que se dá por sucesso da operação, respectivamente.

Outra parte de grande importância ao introduzir a especificação do caso de uso é

a sequencia de eventos, particularmente acima, temos dois atores que cada qual

apresenta uma sequencia de eventos diferente. Esta etapa da especificação apresenta

passo-a-passo a operação.

Como contrapartida temos a sequência alternativa que apresenta os possíveis

desvios na execução da tarefa, logo, mostra-nos o que ocorrerá quando algo sai do fluxo

principal.

Também temos como exemplo a especificação do caso de uso “acompanhar

consumo”:

Identificação: UC002 Nome: Acompanhar consumo Atores: Cliente, concessionária. Tipo: Primária Pré-condições: O cliente/concessionária deve estar logado Pós-condições: O consumo é mostrado em tempo real. Sequencia de eventos:

Cliente Sistema 1 – faz login 2 – reconhece os dados 3 – seleciona a opção de acompanhamento de consumo

4 – valida as informações liberando a operação

5 – exibe o consumo Sequencia alternativa: Cliente invalido: Operação cancelada Sequencia de eventos:

Concessionária Sistema 1 – faz login 2 – reconhece os dados 3 – seleciona a opção de acompanhamento de consumo

5 - valida as informações liberando a operação

4 – informa a unidade consumidora 6 – exibe o consumo Sequencia alternativa: Unidade consumidora invalida: Operação cancelada Login invalido: Operação cancelada

Tabela 2 – especificação UC002

Observa-se que a estrutura utilizada foi à mesma e os atores nesta ação também,

porém um as sequencias diferenciam entre si, pois a concessionária está de forma a

administrar certa quantidade de unidades consumidoras, logo além de uma autorização

para checar o sistema tem que informar qual unidade consumidora deseja averiguar.

Como ultimo exemplo temos o caso de uso “Ajuste da tensão”:

Identificação: UC003 Nome: Ajuste de tensão Atores: Concessionária Tipo: Primária Pré-condições: Os dispositivos de monitoramento devem estar em atividade Pós-condições: A tensão foi regulada com sucesso Sequencia de eventos:

Concessionária Sistema

3 – identifica a localização 1 – detecta tensão acima de um nível estabelecido

4 – envia comando de regulação de tensão para os dispositivos em campo

2 – envia alerta para a concessionária

5 – efetua a manobra no dispositivo remotamente

Sequencia alternativa: Dispositivo desajustado: envia mensagem erroneamente Comando de negação: abandona ação

Tabela 3 – especificação UC003

Neste caso de uso temos apenas um ator em questão, pois não é dada a liberdade

do consumidor fazer esta tarefa a seu querer, pois exige conhecimentos técnicos e

responsabilidades por parte do executor. A principio esta ação torna-se necessária à

autorização da concessionária, pois se admite um SMART GRID ainda em

desenvolvimento.

Este caso de uso seria muito útil para o “bem estar” do sistema, pois

equipamentos para a regulagem de tensão poderiam ser mais eficiente e eficaz.

DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA

Figura 3 – diagrama de sequência

Nesse diagrama podemos sequenciar os passos das ações para tal caso de uso, no

caso acima temos o exemplo de verificar a fatura por parte do consumidor.

DIAGRAMA DE CLASSE

Este diagrama é um dos mais importantes que se encontra na modelagem UML,

pois indica as classes, seus atributos e suas operações.

Figura 4 – diagrama de classe

Podemos observar na classe “consumidor”, de estereótipo ator, alguns dos seus

atributos necessários para se realizar a ação dos casos de uso, por exemplo: fazer login,

faz-se necessário seu nome e senha. Mas, uma série de informações podem ser

atribuídas a essa classe, a fim de que cada unidade consumidora, classe consumidor,

possa ter suas informações armazenadas num banco de dados para serem utilizadas

brevemente como na comparação de senhas (informada na hora do login e cadastrada no

banco de dados).

Concessionária é uma extensão do consumidor, com acesso a suas informações e

casos de uso, mas com capacidade de gerencia.

O sistema é a entidade que permite entre todos os agentes do modelo. Optou-se

por limitar esse diagrama, pois fazendo isto, os demais seriam também resumidos, logo

a nossa modelagem não se comprometeria com um acréscimo imenso de informações

que é uma rede SMART GRID.

RESULTADOS

Observa-se que a modelagem UML é de fato uma ferramenta extraordinária,

pois deixa de lado uma preocupação específica e busca focar necessariamente com

aquilo que é realmente importante em um sistema, sua lógica e comunicações. A

programação orientada a objetos e sua teoria é de total importância para este tipo de

modelagem, porém há algo mais, particularmente dito, em se dominar e adequar para o

cotidiano através desse tipo de programação. Podemos enxergar o SMART GRID

como um modelo muito trabalhoso e detalhista, mas sempre definindo suas limitações

na contexto a qual foi implementado, como nesse trabalho, que tomou pequenas funções

das redes inteligentes que desejaríamos para a utilização da modelagem UML. De fato o

trabalho foi gratificante a proporcionar a interação entre modelagem de algo ainda em

desenvolvimento e uma técnica de modelagem muito admirada no ramo.

CONCLUSÃO:

Com a avaliação do cenário elétrico atual, vemos que este se encontra em

constante aprimoramento, já que se faz previsão de colapsos futuros, também para a

comodidade do pessoal envolvido e para facilitar os processos árduos que hoje existem.

A utilização de redes inteligentes no sistema de distribuição seria uma ótima iniciativa

para os princípios supracitados, pois nelas se encontram campos a ser mais explorados e

que podem de certa forma mexer com a economia e servir de referências para futuros

projetos acadêmicos, assim como inspirou a elaboração deste. A programação mais uma

vez mostrou-se atuante nos processos de controle, logo se enfatiza a sua utilização em

várias áreas da engenharia, visto que o mundo está se tornando cada vez mais digital. A

experiência da funcionalidade das redes elétricas inteligentes, seus conhecimentos

agregados, estimula ainda mais uma exploração neste campo a fim de sobrepor-se a

meta do projeto e olhar além dele. Por fim, foi entendido que quando se fala de SMART

GRID, os conceitos envolvidos são bastante complexos, pois abrangem muitos outros

sistemas (como por exemplo, o de aquisição de dados), o que deixa o seu processo de

estudo mais pesado e questionador.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Cunha, A. P. da. Bases conceituais da implantação de redes elétricas de distribuição de

energia elétrica/ A. P. da Cunha. – ed. rev – São Paulo 2011. 114p.

Pomilio, J. A. Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de

Energia Elétrica/ J. A. Pomilio. –UNICAMP /2013.

Yamaguti. S. Y. Orientação a objetos no desenvolvimento de sistemas: Conceitos e

características/ S. Y. Yamaguti. – Brasilia/DF 2006.

Cunha, J. S. da. Um Modelo Orientado a Objetos para Gerência de Configuração de

Serviços em Ambientes Heterogêneos: Da escolha da metodologia ao desenvolvimento

do modelo/ J. S. da Cunha. – Novembro/ 1997.

Ricarte, I. L. M. Programação Orientada a Objetos: Uma Abordagem com Java/ I. L. M.

Ricarte. – UNICAMP /2011.

Netto, M. Simulador para Treinamento de Operadores como Suporte à Operação em

Tempo Real de Redes Inteligentes/ M. Netto. – Itajubá/ 2013.

Caires, L. E. Simulador para Treinamento de Operadores como Suporte à Operação em

Tempo Real de Redes Inteligentes/ L. E. Caires. – São Paulo/ 2012.

Santos, Rafael. Introdução à programação orientada a objetos usando Java/ Rafael

Santos. – Rio de Janeiro : Elsevier, 2003 – 9ª reimpressão.

Shlaer, Sally. Análise de sistemas orientada para objetos/ Sally Shlaer, Stephen J.

Mellor; tradução Anna Terzi Giova; revisão técnica Eber Schmitz. – São Paulo :

McGraw-Hill : Newstec, 1990.

DIFICULDADES

A escolha de um software foi difícil, porém houve um treinamento

disponibilizado pela orientação deste trabalho, aquele foi muito importante para a

confecção deste relatório. A medida que se trabalhava em um software de modelagem

UML, encontrava-se outro de mais fácil compreensão. O programa utilizado no

minicurso era de certa forma o mais complexo trabalhado, logo com a adesão de outros

a dificuldade daquele primeiro tornou-se uma vantagem nos demais.

PARECER DO ORIENTADOR

O bolsista obteve, durante o desenvolvimento do Plano de Trabalho, um bom

amadurecimento acadêmico, se familiarizando bem com as atividades desenvolvidas no

Projeto ao qual seu Plano está vinculado. Ele demonstrou autonomia e criatividade na

busca e no desenvolvimento de soluções para os problemas propostos. Somos de

parecer favorável à aprovação do Relatório Final de Iniciação Científica do CNPq do

bolsista Paulo Eduardo Santos Siqueira.

INFORMAÇÕES ADICIONAIS

CRONOGRAMA:

6.1 - Familiarização com o paradigma programação orientada a objetos.

6.2 - Estudos sobre as redes elétricas inteligentes (Smart Grids).

6.3 - Obter know how sobre o paradigma do desenvolvimento baseado em

componentes.

6.4 - Obter know how sobre plataforma de desenvolvimento Common Information

Model (CIM) ou MultiSpeak.

6.5 - Desenvolvimento um estudo de caso de aplicação do CIM ou do MultiSpeak sobre

um Sistema de Distribuição de Baixa Tensão.

6.6 - Elaboração do Relatório Final.

DATA : 17/08/2015

ASSINATURA DO ORIENTADOR

____________________________________________ ASSINATURA DO ALUNO