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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
Experience you can trust.
1
Visão da Concessionário do Futuro – Smart Grid
KEMA Inc., 2006
2
Power Supply
Planning & Engineering
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.
Asset Management

Smart Grid / Utility of The Future
T&D Operations
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.
Customer Services

Oportunidades e Facilitadores
Values





Confiabilidade
Eficiência Operacional
Satisfação do Cliente
Meio ambiente
Valores do Acionista
Opportunities






AMI – Medição Avançada
Demand Side Management
Gestão de Interrupções de Energia
Automação da Distribuição
Gestão de Ativos
Serviços ao Consumidor de Valor
Adicionado
KEMA Inc., 2006
Enables





Sensores
Infraestrutura de Comunicações
Integração de Informações da Empresa
Suporte Regulatório
Cultura Corporativa: Abordagem
Holística
3
Maior valor obtido através de informação a nível da
corporação e integração de processos
Planejamento e Engenharia T&D
Operações T&D
Operations
Planning
DMS
EMS
Planejamento Gestão da
de Sistemas Manutenção
SCADA
Operações Suprimento & Mercado
Fechamentos
DSM ProgramaçãoComercializ.
Operações Gerais
Manutenção
Comb.
Emissões
Controles
Integração
da
Informaçã
o na
Empresa
Gestão de
Ativos
Gerenciamento da Distribuição
GIS
OMS
MWM
Serviços aos Clientes
MDMS
CIS
Call Center Billing
Infraestrutura de Comunicações
Usinas
KEMA Inc., 2006
Automação de
Subestações
Automação de
Distr./Alimentadores
Advanced Metering
Infrastructure
Rede & Dispositivos
em Residências
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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
5
Aplicações usando AMI oferecem benefícios significativos
Operações de Sistema
• Planejamento & Projeções
• Despacho Econômico
• Comutação & Controle
Sistema de Distribuição
• 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
Serviços aos Clientes
•
•
•
•
•
•
AMR (Leitura automatizada)
Aperfeiçoamento da Receita
Controle Direto da Carga
Resposta a Demanda
Conexão/Desconexão Remotos
Geração Distribuída
Serviços ao Cliente
Integração
da
Informação
Gestão de Interrupções de Energia
•
•
•
Detecção e Gestão de Interrupções
Localização e Restauração de Interrupções
Gestão das Equipes de Trabalho / Equipes
Móveis
Infra-estrutura de Comunicações
On-site DG
200kW Phosphoric Acid Fuel Cell
The power plant in
Santa Clara is rated
at 1.8 MW AC net
It contains more
than 4,000 cells
$2000-3000/kW
KEMA Inc., 2006
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AMI está se tornando uma integração de dispositivos e redes interconectados, 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
Wireless
ou
Wired
Iluminação
Termostatos
Controle de Carga
Sistemas DG
Gateway da Casa
PC
Field Collectors/ Aggregators
Infraestructura
Back Office
Comunicação Back
Haul (WAN)
Acesso Comun.
(LAN)
Opções incluem: Powerline,
Wireless, Fibra, Cabo,
Celular, Satélite
Opções incluem:
WiFi, WiMAX,
Ethernet, PLC, BPL
Largura de Banda
KEMA Inc., 2006
Medidores
Avançados
Home Area Network (HAN)`
Opções incluem: Z-Wave, ZigBee,
Bluetooth, HomePlug, WiFi
Nós
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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
SCADA
 Detecção e Verificação da Falha
- Último sinal antes da falha, Verificação
automatizada
 Localização da Falha / Determinação da
extensão
 Notificação do Cliente e da Equipe de
Trabalho
 Restauração
 Notificação do Cliente
KEMA Inc., 2006
GIS
OMS
Field
Crew
Meter Data
Collection
Meter
Outage
Notification
Customer Info.
CIS
WMS
MWF
MDMS
Outage
Notification
Customer
Web/e-Mail
Interface
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Customer
Power Factor
Exemplo: Automação de Alimentadores
possibilitada por AMI
Controle Integrado Tensão e Reativos
Feeder
Breaker
Comunicações
AMI/BPL
 Flexibilidade Operacional/ Problemas de
Carregamento de Endereço
 Redução de Perdas Elétricas
 Redução de Demanda durante
condições de carga de pico
Capacitor
Controller
Regulator
Controller
KEMA Inc., 2006
End-of-Line Voltage
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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
SCADA
Local Area
Network
Planejamento Engenharia
Serviços aos Clientes
Planejamento
Rede
Segura SE
Despachantes
GIS
Data Mart
Subestação
Subestação
AEG
KEMA Inc., 2006
Manutenção
P120
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Exemplo Smart Grid: Dados IEC Não-Operacionais ajudam
em Gestão de Ativos & Manutenção Baseada na Condição
Observações Contínuas da Condição
Histórico Uso & Meio
ambiente
Observações de Condição
Programadas e provocadas
por Eventos
 Aperfeiçoam processos de
Dados Atualizados de
Fabricantes e Indústria
MODELO PROBABILÍSTICO DE
DESEMPENHO E FALHAS DE
EQUIPAMENTO
 Melhoram eficiência O&M
 Estendem vida dos equipamentos
 Reduzem número de falhas
“catastróficas
Histórico Manutenção
Função de Distribuição de
Probabilidade de Falha e
Desempenho de Equipamento
Sistemas de Alarme &
Programação
GESTÃO DE
ATIVOS
manutenção
KEMA Inc., 2006
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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
KEMA Inc., 2006
Funções de Negócio
Sistemas Integrados
de Informações
Comunicação de Dados
Instrumentação de Campo e Controles
Consumidores
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Visão Smart Grid
COMMUNICATIONS
USER FUNCTIONS
KEMA Inc., 2006
USER LEVELS
DATA MART
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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?
Áreas de maior vulnerabilidade
Acesso Externo
aos Dados
Turmas
Terceiros
Acess
o Web
Clientes
Sistemas de
Back-Office
& Operacionais
Sistema
Gestão AMI
AMI Config &
Maintenance
Sistema Gestão
Dados Medição
Comunicações
de Acesso
Comunicações
Back Haul
Utility
Wide
Comm.
Medidores &
Gateways
Rede
Residencial
Bi-directional
R/T Access
Agregação
Vizinhança
Comu
nLocal
PG
Rede
Residencial
Cliente
200kW Phosphoric Acid F
Monitoração
SA, DA, AM
The pow
Santa Cla
at 1.8 MW
Monitoração,
DA, AM
It contai
than 4,000
$2000-3000/kW
DG
Operações Sistema,
Gerenciamento de Energia &
DSM
KEMA Inc., 2006
Equipamentos
T&D
Equipamentos Distribuição
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Integração com a infra-estrutura computacional
da concessionária
EMS
DMS
OMS
AM
Call Center
SCADA
MDM/S
SCADA FE
Fibra ou outro Back Haul
DNP3.0 ou outro Protocolo SCADA
Protocolos Baseados em IP
UTR Concentrador Dados
IED
Substation
Sensores Controles
IED
Sensores Controles
Concentrador Dados
Acesso Comunicações
Controles Sensores MeterMeterMeter
Sensores MeterMeterMeter
Ativos Distribuição
KEMA Inc., 2006
Billing
MeterMeterMeter
MeterMeterMeter
MeterMeterMeter
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Diagrama Potencial de Escopo de Integração
DIST GIS
RAM (CYME)
PLANNED
OUTAGES
DPS (CYME)
NON-OP
DATA COLL
METER REP
LIGHTNING
SUB MAINT
METER
DATA
RELIABILITY
TELEMETRIC
LOAD
F/CASTING
LOSS OF
LIFE RATING
TRANSFORMER
LOADING
ASPEN
OMS
OUTAGES
OMS
CAPE
GAS EMS
EMS /
SCADA
METER
REPOS/Y
EMS
HISTORIAN
TRANS.
PLANNING
FIST
FEEDER
ANALYSIS
KEMA Inc., 2006
TRANS
GIS
NET GRID
MANAGER
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Amostra de Processos de Negócio – Integração
Tradicional
Major Information Technology Components of Benton PUD
“To Be” View
Mobile Fleet
Major
Accounts
Emergency
Personnel
Field Crew
Meters
State of
Washington
Employee
Customer
Benefit
Providers
OSHA
Communications Infrastructure
Power Resource
Mgmt
TEA
Mobile
Workforce
comm
Vehicle
Tracking
Call Center
IVR
AMI
Web
Server
Payroll
HRMS
Projection
Screen
Dispatch Board
BPA
Billing
OMS
CIS
Safety
Tracking
Training
Tracking
T&L
Contractors
CT Plant
WMS
Trouble
Call
SCADA
Substations
Vendor Info
Database
Doc Mgmt
Field
Equipment
GIS
PURCHASING
Asset
Mgmt
Distribution
Automation
Vendors
Operations
Historian
Projects
ACCOUNTS
PAYABLE
GENERAL
LEDGER
Engineering,
& Planning
Analysis.
Inventory
Asset
Tracking
KEMA Inc., 2006
Forecast
Material
18
Banks
Processos Mapeados para Integração de Dados
Major Information Technology Components of Benton PUD
Enterprise Data Integration View
BPA
TEA
Field
Equipment
Substations
Mobile
Fleet
CT Plant
Emergency
Personnel
Field Crew
Meters
Customer
Communications Infrastructure
PRM
Ops
Dispatch Board
Forecasting
&
Scheduling
Contract
Mgmt
PRM Data Store
Customer Services
Dist. Mgmt
Mobile
Workforce
comm
Vehicle
Tracking
SCADA
Distribution
Automation
Risk
Mgmt
Planning &
Engineering
AMI
MDMS
Call Center
IVR
Web
Server
Asset
Mgmt
Operations
Historian
GIS
OMS
WMS
Trouble
Call
CIS
Billing
Engineering,
& Planning
Analysis.
DSM
Ops Data Store
CS Data Store
Dist. Mgmt DS
Data Integration
Finance
HR
Safety
Tracking
Forecast
Material
Asset
Tracking
T&L
Document
management
HR Data Store
Data
Mgmt
Master
Vendor Info
Database
Inventory
Purchasing
Finance DS
HRMS
State of
Washington
Training
Tracking
Benefit
Providers
KEMA Inc., 2006
Payroll
Projects
OSHA
Employee
Contractors
GL
AP
Vendors
Banks
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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
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Smart Grid Road Map
Avaliação de
Capacidade &
Oportunidade
Visão
• Sistemas Legados
•Processos de Negócios
• Recursos
•
•
•
•
•
•
•
Estratégias de Implementação,
Especificação de
Integração,
Requisitos
Migração & Gestão da Mudança
•
•
•
•
•
Implementação
& Gestão da Mudança
Requisitos Funcionais
Requisitos Técnicos
Especificações de Implementação de Sistemas
Planejamento da Implementação
Mudanças de Processos
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
KEMA Inc., 2006
Aquisição da
Tecnologia
•
•
•
•
Avaliação de Capacidade de Fornecedores (RFI)
Estratégia de Aquisição
Papéis & Divisão de Responsabilidades
Processo RFP
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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
 Redução de potência reativa = Redução
Meio-ambiente
emissões
 Redução emissões = melhora da qualidade
do ar
KEMA Inc., 2006
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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
Outage Mgmt
T&D Operations & Asset Mgmt
Outage Mgmt
Health
Monitor
Direct Load
Control
– Outros
$20,000
AMR
Melhor gestão de ativos
Evitar aumentos de Capacidade
DLC
$18,000
$16,000
NPV Over 20 Years


Incremental Benefits
AMR
$14,000
$12,000
$10,000
$8,000
$6,000
$4,000
$2,000
KEMA Inc., 2006
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Total
Surveilance
Cam
Volt/VAR
Mgmt
Dynamic
Rating
CBI/CBM
Planning &
Enginerring
Fault
Location
$0
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
Benefício para toda a Empresa
Benefício
do “Silo”
$
Custo Projeto
Diferencial do Projeto
Objetivo Inicial
Unid. Negócio
KEMA Inc., 2006
Custo
Adicional
UN 2
UN 3
UN 4
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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
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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
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Agradecemos pela atenção!
KEMA Brasil
Av. Rio Branco, 115 conj.1003 - CEP 20040-004
Rio de Janeiro - RJ
Tel: 21-2232 4500
e-mail: [email protected]
www.kema.com
Serving The Diverse Needs of the
Energy Marketplace
KEMA Inc., 2006
Experience you can trust.
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