Smart Grids A Evolução da Automação da Distribuição – Uma Estratégia para a Concessionária do Futuro VIII Seminário de Tecnologia Powerline Communications.

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1 Smart Grids A Evolução da Automação da Distribuição – Uma Estratégia para a Concessionária do Futuro VIII Seminário de Tecnologia Powerline Communications - APTEL Porto Alegre – 18 de julho de 2007 Rui Mano Consultor Principal KEMA Inc., 2006

2 Visão da Concessionário do Futuro – Smart Grid
INTELLIGRID/Smart Grid é a visão do sistema de distribuição de eletricidade do futuro: Concessionária e consumidores obterão returno através da convergência de distribuição de energia e tecnologia da informação para atingir maior confiabilidade, menores custos de O&M, adiar ampliações (nova capacidade) e aumentar a satisfação do consumidor. Tal evolução requer resistir à armadilha de adotar soluções fáceis e com visão de curto prazo e uma mentalidade de “silo” – sem levar em conta as necessidades das demais partes da rede de distribuição e das operações da concessionária. KEMA Inc., 2006

3 Oportunidades e Facilitadores
Confiabilidade Eficiência Operacional Satisfação do Cliente Meio ambiente Valores do Acionista AMI – Medição Avançada Demand Side Management Gestão de Interrupções de Energia Automação da Distribuição Gestão de Ativos Serviços ao Consumidor de Valor Adicionado Sensores Infraestrutura de Comunicações Integração de Informações da Empresa Suporte Regulatório Cultura Corporativa: Abordagem Holística KEMA Inc., 2006

4 Infraestrutura de Comunicações Integração da Informação na Empresa
Maior valor obtido através de informação a nível da corporação e integração de processos Infraestrutura de Comunicações Planejamento e Engenharia T&D Operações T&D Planejamento de Sistemas Gestão da Manutenção Gestão de Ativos SCADA EMS Operations Planning DMS Integração da Informação na Empresa Programação Comercializ. Fechamentos DSM Operações Suprimento & Mercado Gerenciamento da Distribuição MWM OMS GIS Operações Gerais Serviços aos Clientes MDMS CIS Billing Call Center Manutenção Comb. Emissões Controles Automação de Subestações Usinas Automação de Distr./Alimentadores Advanced Metering Infrastructure Rede & Dispositivos em Residências KEMA Inc., 2006

5 Amostras de Templates da KEMA
Mapas de Processos de Negócios Arquitetura de Referência Fluxos de Dados e Interfaces Requisitos Funcionais & Técnicos Modelos Custo-Benefício / Matriz de Oportunidades Métodos e Algoritmos Documentos para Aquisição de Tecnologia (RFI/RFP) Matriz de Capacidades de Fornecedores KEMA Inc., 2006

6 Aplicações usando AMI oferecem benefícios significativos
Gestão de Interrupções de Energia Detecção e Gestão de Interrupções Localização e Restauração de Interrupções Gestão das Equipes de Trabalho / Equipes Móveis Sistema de Distribuição Serviços aos Clientes AMR (Leitura automatizada) Aperfeiçoamento da Receita Controle Direto da Carga Resposta a Demanda Conexão/Desconexão Remotos Geração Distribuída Operações de Sistema Planejamento & Projeções Despacho Econômico Comutação & Controle Serviços ao Cliente Gestão de Ativos - Monitoração da Saúde dos Equipamentos - Inspeção / Manutenção baseadas na Condição Automação da Distribuição e dos Alimentadores Gerenciamento da Tensão/Reativos Gerenciamento da Qualidade da Energia Câmeras de Supervisão On-site DG Infra-estrutura de Comunicações Integração da Informação KEMA Inc., 2006

7 Field Collectors/ Aggregators
AMI está se tornando uma integração de dispositivos e redes interconecta-dos, funcionando em harmonia, provendo valor a todos os agentes. Chaves para o Sucesso Interoperabilidade dos protocolos de comunicações e Medidores Múltiplas opções integradas para transmitir dados ao backbone WAN Sistema completo de gestão de dados de medição e integração com sistemas corporativos Recursos de Segurança - autenticação, criptografia e privacidade dos dados Capacidade de LAN para acomodar crescimento da HAN Gateway Local Conectividade AMI Iluminação Termostatos Controle de Carga Sistemas DG Gateway da Casa PC Wireless ou Wired (Enel: Italian incumbent vertically integrated electricity company and also has telecoms assets (Wind, Infostrada) Enel has publicly stated its intention to exchange the meters of all its customer based for “smart” meters A number (unknown to date, authors “guess” at 2-4million) would have full home automation capabilities whereas the the remainder would only allow more simplified services: AMR, limited energy management) Current solution appears to be dependent on powerline WAN: the validity of this has taken a knock recently with Siemen’s statement that it is pulling out of powerline WAN (20th March 2001). Enel has started to build alliances to deliver the full solution: Echelon and Merloni Field Collectors/ Aggregators Infraestructura Back Office Comunicação Back Haul (WAN) Acesso Comun. (LAN) Medidores Avançados Home Area Network (HAN)` Opções incluem: Powerline, Wireless, Fibra, Cabo, Celular, Satélite Opções incluem: WiFi, WiMAX, Ethernet, PLC, BPL Opções incluem: Z-Wave, ZigBee, Bluetooth, HomePlug, WiFi Largura de Banda Nós KEMA Inc., 2006

8 Fabricantes de Home Area Network
O número de fabricantes competindo pelo mercado de Home Area Network é significativo – muitos esperam seguir o caminho AMI para comercialização. Fabricantes de Home Area Network Intermatic Leviton RAM Industries Baco Controls Corporate Sys. Engineering Invensys Domosys Corp. Dencor Brayden Automation Corp. Comverge Invensys Broadband Energy Networks Intellicom Innovation AB Comutadores de Controle de Carga Dispositivos de Exibição (telas) residenciais Johnson Controls, Inc. Honeywell Carrier Domosys Corp. Comverge Delta Controls Adjala Controls and Technologies (Log-One Ltd.) Termostatos Inteligentes Electric City Lightstat Inc. Douglas Lighting Controls Inc. Powerline Control Systems, Inc. Vantage Controls Controles de Iluminação (Enel: Italian incumbent vertically integrated electricity company and also has telecoms assets (Wind, Infostrada) Enel has publicly stated its intention to exchange the meters of all its customer based for “smart” meters A number (unknown to date, authors “guess” at 2-4million) would have full home automation capabilities whereas the the remainder would only allow more simplified services: AMR, limited energy management) Current solution appears to be dependent on powerline WAN: the validity of this has taken a knock recently with Siemen’s statement that it is pulling out of powerline WAN (20th March 2001). Enel has started to build alliances to deliver the full solution: Echelon and Merloni A chave para o sucesso dessa “nova geração” de produtos será através de protocolos abertos de comunicação para toda indústria e interoperabilidade. KEMA Inc., 2006

9 Exemplo Smart Grid: Processo de gestão de falhas de suprimento de energia através de integração com dados AMI Reduzir DEC e ampliar a Satisfação do Cliente Detecção e Verificação da Falha - Último sinal antes da falha, Verificação automatizada Notificação do Cliente e da Equipe de Trabalho Localização da Falha / Determinação da extensão Restauração Notificação do Cliente KEMA Inc., 2006

10 Exemplo: Automação de Alimentadores possibilitada por AMI
Power Factor Controle Integrado Tensão e Reativos Comunicações AMI/BPL Flexibilidade Operacional/ Problemas de Carregamento de Endereço Redução de Perdas Elétricas Redução de Demanda durante condições de carga de pico KEMA Inc., 2006

11 Exemplo Smart Grid: Automação de Subestações - Maior parte dos Custos, mas uma pequena parte dos Benefícios ! >90% das concessionárias estão implantando IEDs em Subestações Extraindo apenas 15% dos benefícios 85% dos benefícios ainda não estão sendo obtidos Monitoração da Condição, melhora do desempenho, etc. Indicadores-chave que norteiam as decisões feitas a cada dia Poucos têm implantado Arquitetura a nível de Empresa (enterprise level architecture) e infra-estrutura de TI Subestações, Comunicações, Data Mart .. SCADA Data Warehouse Despachantes Serviços aos Clientes Rede Segura SE Data Mart Subestação AEG P120 Engenharia Planejamento Manutenção GIS Local Area Network KEMA Inc., 2006

12 Exemplo Smart Grid: Dados IEC Não-Operacionais ajudam em Gestão de Ativos & Manutenção Baseada na Condição Observações Contínuas da Condição Histórico - Uso & Meio ambiente Histórico - Manutenção Dados Atualizados de Fabricantes e Indústria MODELO PROBABILÍSTICO DE DESEMPENHO E FALHAS DE EQUIPAMENTO Observações de Condição Programadas e provocadas por Eventos Função de Distribuição de Probabilidade de Falha e Desempenho de Equipamento Melhoram eficiência O&M Estendem vida dos equipamentos Reduzem número de falhas “catastróficas Aperfeiçoam processos de manutenção Sistemas de Alarme & Programação GESTÃO DE ATIVOS KEMA Inc., 2006

13 Instrumentação de Campo e Controles
Camadas de tecnologia & integração de processos: Necessidade de uma Estratégia a Nível Empresarial Funções de Negócio & Processos coordenados através da Empresa Arquitetura de Sistemas Integrada Gerenciamento de Dados e Integridade de Dados Gestão de Acesso aos Dados, Controles e Segurança Normas e Governança de TI Infraestrutura Compartilhada Service Level Agreements Abordagem “Holística” da Tecnologia Consumidores Instrumentação de Campo e Controles Comunicação de Dados Sistemas Integrados de Informações Funções de Negócio KEMA Inc., 2006

14 Visão Smart Grid KEMA Inc., 2006

15 Necessidade de uma visão de ponta-a-ponta das “Camadas de Segurança”
Questões-chaves para gerentes de programas AMI devem incluir: Quais são e onde estão as vulnerabilidades? Qual é a exposição potencial ao risco? O que deve ser feito para proteger contra esses riscos? Rede Residencial Medidores & Gateways Comunicações de Acesso AMI Config & Maintenance Sistema Gestão AMI PG Cliente ComunLocal Agregação Vizinhança Sistema Gestão Dados Medição Monitoração, DA, AM Utility Wide Comm. Bi-directional R/T Access Acesso Web Comunicações Back Haul Sistemas de Back-Office & Operacionais Acesso Externo aos Dados Terceiros Clientes Turmas Equipamentos Distribuição DG Equipamentos T&D Operações Sistema, Gerenciamento de Energia & DSM Monitoração SA, DA, AM Áreas de maior vulnerabilidade KEMA Inc., 2006

16 Integração com a infra-estrutura computacional da concessionária
EMS DMS OMS AM Call Center Billing SCADA MDM/S SCADA FE Fibra ou outro Back Haul DNP3.0 ou outro Protocolo SCADA Protocolos Baseados em IP IED Sensores Controles Concentrador Dados UTR Concentrador Dados Acesso Comunicações Substation Controles Sensores Meter Sensores Ativos Distribuição KEMA Inc., 2006

17 Diagrama Potencial de Escopo de Integração
DIST GIS RAM (CYME) PLANNED OUTAGES DPS (CYME) NON-OP DATA COLL METER REP LIGHTNING SUB MAINT 14 DAY FORECASTED SCHEDULES, CURRENT OUTAGES METER DATA PEAK USAGE, TEMP, LOAD CIRCUIT CONFIG EVENT OSCILLOGRAPH FILES, SOE FILES CIRCUIT READINGS PEAK USAGE CASE STUDY RESULTS DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP, FAULT LOCATIONS RELIABILITY DEVICE OPERATING HISTORY, INTERVAL METER READINGS LIGHTNING STRIKE LOCATION, TIMESTAMP, INTENSITY DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP INSIDE FENCE HISTORICAL ASSET COSTS TELEMETRIC PQ TIMESERIES READINGS, PEAK LOADS LOAD F/CASTING DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP NON EMS: LINE RECLOSER PROFILING METER USAGE OPERATIONS, STATION READINGS LOSS OF LIFE RATING PEAK USAGE TRANSFORMER LOADING INTERVAL METER READINGS EQUIPMENT RATINGS ASPEN DISTRIBUTION SWITCH LOGS DEVICE SETTINGS OMS DEVICE OPERATIONS, TRANSMISSION FAULT LOCATIONS DEVICE LOCKOUTS, MOMENTARIES, CONDITIONS, FAULT LOCATIONS DEVICE OUTAGE CODES, OUTAGE, DEVICE IDS, CLEARING DEVICES OUTAGES OMS GATE STATION READINGS, REGULATOR READINGS, METER READINGS RELAY VALUES, HISTORY CAPE FAULT LOCATION, FAULT MAGNITUDE GAS EMS DEVICE OPERATING HISTORY, LINE RECLOSING OPERATIONS PEAK USAGE, DEVICE OPERATING HISTORY, OUTAGE HISTORY, OUTAGE, CAUSES, FORECASTED UTILIZATIONS PROFILING METER USAGE HISTORICAL FEEDER PERFORMANCE, DEVICE RATINGS LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, CONFIGURATIONS, DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP INTERVAL METER READINGS LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, LINE OPERATING STATES, FAULT LOCATIONS, MAGNITUDE EMS / SCADA LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, CONFIGURATIONS, DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP METER REPOS/Y CLEARANCE INFORMATION EMS HISTORIAN PEAK USAGE TRANS. PLANNING FIST NET GRID MANAGER FEEDER ANALYSIS TRANS GIS KEMA Inc., 2006

18 Amostra de Processos de Negócio – Integração Tradicional
KEMA Inc., 2006

19 Processos Mapeados para Integração de Dados
KEMA Inc., 2006

20 Alguns Projeto Recentes da KEMA relacionados a “Smart Grid”
Clientes KEMA Aplicações AMI (Advanced Meter Infrastructure) Gestão de Dados de Medidores Automação de Alimentadores / Automação da Distribuição Automação de Subestações Sistema de Gestão de Interrupções (OMS) Gestão de Ativos SCADA Integração Corporativa Tecnologia da Informação Telecomunicações KEMA Inc., 2006

21 Smart Grid Road Map Visão Avaliação de Capacidade & Oportunidade
Estratégias de Implementação, Integração, Migração & Gestão da Mudança Implementação & Gestão da Mudança Especificação de Requisitos Aquisição da Tecnologia Requisitos Funcionais Requisitos Técnicos Especificações de Implementação de Sistemas Planejamento da Implementação Mudanças de Processos Sistemas Legados Processos de Negócios Recursos Arquitetura de Integração Tecnológica Interfaces de Dados e Serviços Confiabilidade, Segurança, Desempenho Pontos de contato de Integração Considerações Operacionais & de Migração Propriedade e Responsabilidades Práticas Padrões & de Negócio Avaliação de Capacidade de Fornecedores (RFI) Estratégia de Aquisição Papéis & Divisão de Responsabilidades Processo RFP KEMA Inc., 2006

22 Benefícios do Projeto – Estudo de Caso
Financeiro Redução de fluxo de potência reativo Melhora da eficiência de O&M Reengenharia de processos de trabalho Confiabilidade Manter integridade do controle do sistema de potência Reduzir Índice Médio de Duração de Interrupções (DEC) em 10 minutos em circuitos monitorados Melhorar a manutenção de componentes chaves do sistema de potência Reactive power flow, or the correction of power factor is achieved through the control of switched capacitor banks. By monitoring power factor, capacitors can be switched in precisely as needed to more accurately control reactive power flow. O&M efficiencies will be improved through the use of “just in time” maintenance. By monitoring parameters such as fault duration, fault magnitude, total number of operations, etc, equipment can be maintained according to manufacturer’s specifications as opposed to calendar driven maintenance. The planned SA systems will have a far reaching impact on the work process. Decisions will be made with a more comprehensive data set that is available through the corporate WAN or through SCADA. Crews will be dispatched more efficiently and work processes will be improved through automation of select operations. Reduced reactive power = reduced emissions because less power has to be generated when the pf (power factor) approaches unity. When the reactive component of power is reduced, more real power is available to serve the load. ESCU/SAS will help to make LADWP more competitive, and that helps secure jobs. Meio-ambiente Redução de potência reativa = Redução emissões Redução emissões = melhora da qualidade do ar KEMA Inc., 2006

23 Análise Custo-Benefício
Benefícios podem ser Caracterizados nas seguintes Categorias: Aumento da Produtividade dos Trabalhadores Custos de trabalho reduzidos devido a Automação Aumento de Confiabilidade e Qualidade de Serviço Redução da Duração e Freqüência de Falhas (DEC/FEC) Aumento da Qualidade da Energia Aumento da Eficiência do Sistema Redução das Perdas Técnicas Menor custo do suprimento Melhora do Processo de Engenharia e Planejamento Redução/Postergação/Eliminação de Custos de Capital Melhor gestão de ativos Evitar aumentos de Capacidade Outros KEMA Inc., 2006

24 Benefícios Diretos em toda a Corporação
Projetos com melhor retorno de capital podem ser conseguidos quando se consideram os benefícios para toda a Empresa Benefícios incrementais superam os custos incrementais Objetivo Inicial Unid. Negócio $ Custo Projeto Benefício do “Silo” Diferencial do Projeto Custo Adicional Benefício para toda a Empresa UN 2 UN 3 UN 4 KEMA Inc., 2006

25 Predições para um Amanhã não tão Distante
Soluções holísticas vão emergir via esforços colaborativos através de diferentes unidades funcionais das concessionárias Redução de “fronteiras” do negócio Muitos processos disjuntos serão integrados e automatizados Equipamentos T&D terão módulos de comunicações e monitoração embutidos Dispositivos inteligentes serão prolíficos, econômicos e amplamente usados Automação residencial e gestão do lado da demanda serão o padrão Conectividade da rede será universalmente disponível, a baixo custo, com alta confiabilidade e segurança/integridade Infra-estrutura de comunicações em tempo real fornecerá informações e controle no tempo adequado a concessionárias e consumidores KEMA Inc., 2006

26 É necessário desenvolver uma Estratégia de Integração Tecnológica
Predição de Tecnologia Avanços em sensores, controles, comunicações e aplicações já têm sido, e serão cada vez mais significativos O intercâmbio de informação entre todos os sistemas da operação, planejamento, engenharia, e clientes será sem emendas Muitos processos que hoje são disjuntos serão integrados e automatizados Federação de dados proverá uma plataforma de negócio comum Novos equipamentos T&D terão módulos de comunicações e monitoração incorporados Dispositivos Inteligentes, tais como IEDs, PMUs, medidores digitais, automação da distribuição - proliferarão e serão ampla e economicamente usados RFID de baixo custo serão incluídos facilitando a cadeia de suprimento e gestão de ativos. Infra-estruturas de comunicações em tempo real fornecerão informações e controles em tempo adequado para as Concessionárias e os consumidores Redes residenciais se tornarão a norma e não a exceção É necessário desenvolver uma Estratégia de Integração Tecnológica KEMA Inc., 2006

27 Agradecemos pela atenção!
KEMA Brasil Av. Rio Branco, 115 conj CEP Rio de Janeiro - RJ Tel: Serving The Diverse Needs of the Energy Marketplace KEMA Inc., 2006