Sistema de Medição Sincrofasorial
1. Introdução
O sincrofasor é uma medição fasorial que tem como referencia o tempo absoluto. Essa referencia única e propicia relacionar grandezas de fase de diferentes pontos do sistema elétrico de potência.
Os IED de proteção comumente utilizam uma referencia angular baseada em uma tensão de fase específica, tensão ou corrente de sequencia positiva ou corrente de fase específica. Através desta referencia os demais ângulos, das demais fases, são arbitrados. Como a PMU necessita de um referencial único e imutável, para qualquer parte do sistema elétrico, essa grandeza de referência é baseada no Tempo Absoluto (Inicio do segundo).
A medição sincrofasorial é baseada nas normas IEEE 1344-1995, IEEE C37.118-2005, IEEE C37.118-2011 e IEEE C37.118-2014
Basicamente um equipamento PMU adquire tensões e correntes de forma analógica, converte para dados digitais, e transmite os dados sincrofasorias na rede de comunicação através de frames TCP/IP ou UDP definidos na norma IEE C37.118.
2. Aplicações
A medição sincrofasorial permite o monitoramento em tempo real das grandezas de tensão, corrente, potencia ativa e reativa e frequência de todas as linhas e barras do sistema elétrico. Com estas medições diversas aplicações em tempo real ou pós operação podem ser realizadas. Podemos citar algumas aplicações dos sincrofasores:
- Medição de estado (melhoramento dos métodos de estimação de estado);
- Registros de perturbação;
- Sistemas especiais de proteção;
- Localização de faltas;
- Validação do modelo do sistema de potência;
- Operação automatizada do sistema elétrico;
- Medição dos parâmetros próprios das linhas de transmissão.
3. Requisitos do sistema (ONS)
O submódulo 11.8 do Operador Nacional do Sistema define diversos requisitos técnicos para a implantação das unidades sincrofasorias no sistema elétrico brasileiro. Podemos citar as mais expressivas como:
- Medição das tensões das 3 fases das linhas de transmissão;
- Medição das correntes das 3 fases das linhas de transmissão;
- Medição de uma tensão de fase das barras;
- Medição da frequência e da variação da frequência no tempo;
- Transmissão dos dados fasorias a uma taxa de 60 amostras a cada segundo;
- Estampa de tempo no padrão UTC (Universal Time Coordinate);
- Dados sem alinhamento;
- PMU do tipo M (medição);
- Utilização do enrolamento do transformador de corrente do tipo proteção;
- Atendimento a norma IEE C37.118;
- TVE (Total Vector Error) inferior a 1%;
- SLA em 99.98% (17 s/dia ou 8.6 minutos/mês).
4. Arquitetura utilizada por FURNAS
4.1. PMU
Os IED que foram adquiridos por FURNAS e farão a função de PMU são Axion (SEL2240) do fabricante SEL (Schweitzer). Esses equipamentos serão sincronizados através do protocolo IRIG-B e transmitem os fasores para os PDCs através do protocolo TCP.
Por um requisito de projeto, visando o atendimento ao SLA definido pelo ONS, cada equipamento a ser monitorado possui uma PMU específica, exceto em caso de barra. Ou seja, duas linhas de transmissão não utilizam o mesmo Axion.
4.2. PDC
O PDC é um computador industrial ou servidor com grande poder de processamento e alta disponibilidade de rede, que alinha ou repassa os pacotes IEEE C37.118 gerados nos PMUs para outros PDCs ou repositórios. O PDC pode propiciar a redução da largura de banda necessária para o repasse dos frames gerados pelos PMUs, realizar conversão de protocolos e concentrar dados.
Em FURNAS o PDC executa o software SAGE PDC, que além de repassar os frames para o ONS também é capaz de monitorar as PMUs, além de permitir o isolamento entre a rede de processo e a rede de repasse.
Os PDCs estão dispostos nos núcleos da rede de comunicação.
4.3. GPS
O GPS é muito importante para os dados sincrofasorias, como foi explicitado na introdução, os sincrofasores dependem integralmente do sincronismo temporal. Para manter o TVE (Total Vector Error) menor que 1% o escorregamento do GPS não pode ultrapassar 26 microsegundos.
FURNAS optou por uma arquitetura de dois níveis, no nível local da subestação possuímos um GPS baseado na tecnologia OCXO interligado ao PMU via IRIG-B004. Em caso de erro do GPS local o mesmo pode ser sincronizado através do GPS, com tecnologia baseado no cristal de Rubidium, do centro de comunicação mais próximo.
5. Quantitativos da Rede Sincrofasorial de FURNAS
O projeto inicial definido pelo ONS solicita a implantação de unidades sincrofasorias em 11 subestações de FURNAS, conforme tabela abaixo.
Totalizando 40 PMUs, 14 paineis de PMUs e 11 PDCs (entre principais e alternados). Estima-se que os dados gerados pelo sistema de FURNAS pode chegar a 970GB por mês ou aproximadamente 11 TB por ano.
Os dados gerados pelas PMUs serão repassados para o ONS em dois pontos, um em Brasília e outro no Rio de Janeiro.
Esses dados também serão transmitidos para o Escritório Central com a finalidade de serem armazenados e poderem ser consultados, através do SAGE PDC Explorer, pelas equipes de análise de perturbações e estudos sistêmicos.
6. Referências bibliográficas
- Câncio, João. Rocha José. Cuenca, Walter. Ramos, Marco. Queiroga, Wagner. Pernas, Renato. Rede de Medição Sincrofasorial de FURNAS Centrais Elétricas. SIMPASE 2017, 17 slides.
- Araújo, Leonardo. Vernot, Lucas. Evolução da Rede Integrada de Sincronismo de FURNAS. UTCAL 2018, 28 slides.
- Melchert, Felipe. Sistemas de Medição Sincrofasorial (PMU). Curso SEL 2018. 200 páginas.