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Smart Grid - Coggle Diagram

- - - - Alta Confiabilidade
      - Alta Eficiência
      - Capacidades de Sincronização
      - Fluxo Bidirecional de Energia
      - Filtragem de Interferência Eletromagnética:
      - Tolerância a Falhas
      - Comunicação
      - Contadores Inteligentes
  - - - Chaves Não Controladas (ex: Diodos)
      - Chaves Semicontrolada (ex SCR)
      - Chaves Totalmente Controladas (IGBT, GTO)
    - - Conversor DC/AC
      - Conversor DC/AC
      - Conversor AC/AC
      - Conversor DC/DC
    - - PV e Eólica
  - - - Qualidade e confiabilidade da energia
      - Suporte à geração renovável
      - Deslocamento de carga
      - Gestão de energia nos usos finais
      - Suporte de tensão
      - Reserva de geração
      - Regulação primária da frequência
      - Transporte
    - - Baterias
      - Supercondutor magnético
      - Células de combustível
      - Rodas de inércia
      - Supercapacitores
      - Veículos elétricos
    - - Estratégias de Controle com Inércia Virtual
        
        Visma
        
        VSG
        
        Synchronverter
        
        Inducverter
      - A Importância da Inércia nos Sistemas Elétricos de Potência
- - - - Thomas Edison
        
        Geração local em CC.
      - Nikola Tesla
        
        Grandes usinas, longas linhas de transmissão em CA.
    - - Transmissão
      - Distribuição
      - Geração
      - (Fluxo de potência unidirecional X geração distribuída)
    - - Penetração de fontes alternativas.
      - Preocupação com emissão de gases de efeito estufa.
      - Introdução de TI.
      - Reformulação da extinta ideia de Edison (geração local isolada)
      - Envelhecimento dos componentes.
  - - - Inteligência artificial.
      - Recursos automatizados.
      - Eletrônica digital.
      - Infraestrutura de telecomunicações.
    - - Prover, de forma sustentável, confiabilidade e alta
        qualidade de energia elétrica a uma sociedade
        digital em um ambiente totalmente interativo.
      - Aliança entre tecnologia já existente, dispositivos
        armazenadores, monitoramento local e remoto do
        consumo, resposta a demanda, transmissão e
        distribuição em CC, presença de sistemas
        flexíveis de transmissão e geração renovável.
  - - - Comum.
      - Autoprodutor (prossumidor).
    - - Grandes geradores.
      - Pequenos grupos distribuídos: PCHs,
        aerogeradores, painéis fotovoltaicos.
    - - Desafio atual: garantir a correta operação do
        sistema com a inserção de consumidores ativos.
    - - Transformadores.
      - Demais equipamentos.
      - Cabos.
    - - Progresso da sociedade.
      - Criar mecanismos para melhor execução, fiscalização e
        regulação dos recursos naturais, entre eles, a eletricidade.
      - Bem-estar social.
      - ANEEL
      - ONS
      - Distribuidoras
    - - Baixa ou média tensão.
      - Operação
        
        Ilhada.
        
        Conectada à
        rede principal.
  - - - Os grandes potenciais já estão sendo explorados.
      - Geração a nível de distribuição.
      - Despacho
        
        Despachável
        
        Microturbinas a gás, motores a
        combustão, células de hidrogênio.
        
        Não despachável
        
        Painéis fotovoltaicos,
        turbinas eólicas.
    - - Suaviza o balanço geração / carga.
      - Baterias, supercapacitores, rodas
        de inércia, usinas de bombeamento,
        veículos elétricos.
      - Caráter intermitente da
        geração não despachável.
    - - Conexão indireta dos geradores ao sistema de distribuição.
        Conversão de tensão:
        
        Amplitude;
        
        Frequência;
        
        Ângulo.
      - Conversores eletrônicos controlam o
        despacho e a qualidade da energia.
    - - Principais características
        
        Otimização da geração: redução de perdas e de emissão de CO2.
        
        Previsão do comportamento de carga e da geração.
        
        Definir prioridades - eventual necessidade de corte.
        
        Gerenciamento compra / venda.
        
        Estratégias de desconexão e reconexão - ilhamento.
        
        Alteração automática dos valores de referência de tensão e frequência dos geradores.
      - Níveis de controle
        
        Controle secundário
        
        Altera valores de referência de tensão e frequência alterando o ponto de operação do sistema.
        
        Controle terciário
        
        Execução da operação otimizada.
        
        Aspectos econômicos, redução de perdas, maximização da penetração de fontes renováveis, ...
        
        Controle primário
        
        Realizado localmente nos geradores.
  - - - Falta estabilidade de valores de venda de energia (micro e minigeração).
    - - Fotovoltaico.
      - Eólico.
  - - - Modelo tradicional
        
        A interação do fornecedor com o cliente se limitava à inicialização e interrupção de serviços, solução de problemas e processamento das contas de energia.
      - Tecnologias associadas
        a redes inteligentes
        
        Participação ativa do prossumidor;
        
        Preços dinâmicos conforme oferta e demanda.
    - - Renováveis e não variáveis
        
        ex.: hidráulica, biomassa, geotérmica, armazenamento por bombeamento e baterias.
      - Não renováveis e não variáveis
        
        ex.: nuclear, carvão e gás natural.
      - Renováveis e variáveis
        
        ex.: solar e eólica.
    - - Conexão elétrica entre geração e distribuição.
      - Utilização de unidades de medição fasorial sincronizadas: sincrofasores.
        
        Aumento de confiabilidade.
        
        Emprego em aplicações voltadas:
        
        à operação (em tempo real);
        
        ao planejamento (off-line).
        
        Registro de longo prazo.
        
        Monitoramento e supervisão da rede.
        
        Estimação de estado.
        
        Emissão de alerta.
        
        Controle automático.
        
        Proteção sistêmica.
    - - Conexão elétrica entre transmissão e cliente.
      - Recursos energéticos distribuídos.
      - Redes passivas originalmente.
      - Redes ativas no contexto de redes inteligentes.
      - Uso otimizado - geração distribuída.
      - Interação de tecnologias
        
        Tecnologia de comunicação.
        
        Controle de autorrecuperação.
        
        Infraestrutura avançada de medição.
        
        Automação avançada da distribuição.
    - - Provedor de serviço
        
        Suporte a produtores, distribuidores e clientes.
      - Operação
        
        Gerenciamento do SEP.
      - Mercado
        
        Compra / venda.
      - Geração
        
        Geração tradicional (carvão, nuclear, hídrica) e
        geração distribuída (eólica, solar).
      - Cliente
        
        Residencial, comercial e industrial. Podem, também, gerar, armazenar e gerenciar energia.
      - Transmissão
        
        Transferência de potência da geração para a distribuição.
        Também pode haver armazenamento e geração.
      - Distribuição
        
        Interconexão entre transmissão, cliente, medição de consumo, geração distribuída e armazenamento distribuído.
  - - - Tecnologia de informação.
      - Eletrônica.
      - Controle.
      - Redes inteligentes
        
        Aumento da geração sustentável.
        
        Redução de gases do efeitos estufa.
        
        Outros benefícios (principalmente benefícios sociais).
- - - - Produção
      - Consumo
      - Diminuição de Emissões de Carbono
      - Fontes Renováveis
      - Sistemas de Armazenamento
      - Monitoramento Remoto
      - Microrredes
      - Gerenciamento Inteligente de Demandas
      - Segurança e Confiabilidade
      - Geração Distribuída
    - - Camadas
        
        Funcionalidades
        
        Tecnologias
        
        Arquitetura
      - Áreas de TI Empregadas
        
        Visualização
        
        Análises e Base de Dados
        
        Modelamento e Simulação
        
        Computação de Alto Desempenho
        
        Verificações e Validações de Software
        
        Middleware Orientado a Mensagens
        
        Computação Virtual
        
        Arquitetura com Multiagentes Distribuídos
        
        Segurança Cibernética
        
        Gerenciamento de Identidades
        
        Detecção de Padrões
        
        Confiabilidade de Equipamentos, Componentes e Dispositivos
        
        Sistemas Autointegráveis
  - - - Ad-hoc
      - Enlaces Seriais
      - Conexões Frame Relay
      - Ponto a Ponto (Unicast)
      - Multiponto (Multicast ou Broadcast)
      - Powerline
      - Mesh
      - Enlaces de Fibra Ótica
    - - Padrão para Internet
      - Taxas de Comunicação Crescentes
      - Protocolos Confiáveis e Amplamente Desenvolvidos
      - Suporte de Operadoras de Telecomunicações
      - Atualização Contínua e Assíncrona de Infraestrutura
  - - - Modelamento e Comunicação com Fornecedor de Energia Elétrica
      - Equipamentos de Distribuição
      - Facilidade de Geração Renovável
  - - - TCP/IP
      - OSI (Open System Interconnection Reference Model)
      - IEEE 802.X
    - - Ethernet (IEEE 802.3)
      - Emprego de Ethernet na IEC 61850
        (SAS - Substation Automation Systems)
        
        IEDs
        (Intelligent Electronic Devices)
        
        Características
        
        Baseado nas necessidades da Indústria do Setor Elétrico
        
        Sintaxe e Semântica fundamentada em objetos comuns ao sistema de potência
        
        SE vista como um nó do sistema de potência
        
        Protocolo Open Source
        
        Seguir padrões IEC/IEEE/ISO/OSI
        
        Suporte a Funções de Automação por valores amostrados (sampled values)
        
        Dados de I/O de funções de proteção e controle
        
        Sinais de Disparo (trip) e controle
        
        Sincronismo no Tempo
        
        Suporte a medidores de energia, monitoramento de condições, gerenciamento de ativos, entre outros.
        
        Mapeamento de Serviços de Comunicação Específico
        (SCSM - Specific Communication Service Mapping) - ISO 9506
      - Sistema de Comunicação WiFi
        (IEEE 802.11)
      - WiMax (IEEE 802.16)
      - ZigBee (IEEE 802.15)
      - Rede de Telefonia Pública Comutada – RTPC
      - Sistemas Móveis Celulares
      - FTTH
        (Fiber to the Home)
    - - Área de Cobertura
        
        PAN (Personal Area Network)
        
        LAN (Local Area Network)
        
        MAN (Metropolitan Area Network)
        
        WAN (Wide area Network)
        
        Variantes sem fio
        
        WPAN
        
        WLAN
        
        WMAN
        
        Redes Elétricas Inteligentes
        
        FAN (Field Area Network)
        
        HAN (Home Area Network)
        
        IAN (Industrial Area Network)
      - Potência de Transmissão
      - Sensibilidade ao Meio (Ruído)
  - - - Modularidade
      - Heterogeneidade
      - Escolhas claras de parâmetros
      - Simplicidade
      - Evitar parâmetros estáticos
      - Bom é melhor que o ótimo
      - Rígido ao enviar e tolerante ao receber
      - Certificação que funciona
      - Escalabilidade
      - Custo x Benefício
  - - - Subestações de Elevação e Abaixamentos
      - Geradores em Massa
      - Linhas de Transmissão
      - Subestações de Distribuição de Energia
      - Geração Distribuída
        
        Medidores Inteligentes
        
        Gerenciamento
        
        Operação e Manutenção de Redes Elétricas
        
        Redes Autocicatrizantes (self healing)
    - - Subestações Elevadoras, Abaixadoras (SE)
      - Linhas de Transmissão (LT)
      - Grandes Geradores
- - - - Capacidade de Hospedagem
- - - - 2009: American Recovery and Reinvestment Act (ARRA)
        
        US$ 3.4 bilhões concedidos pelo governo
        Ohio
        
        Maximizar eficiência e confiabilidade
        
        110 mil medidores inteligentes (AMI) - (US$ 21 Mi)
        
        FLISR e Volt-Var
        
        304 + 226 capacitores automáticos
        Maryland
        
        575 mil medidores AMI (US$ 129 Mi)
        Winsconsin
        
        49 PMUs
    - - Líder no desenvolvimento dessas tecnologias
        
        49% dos medidores = Smart Meters
        
        5 GW = GD
        
        4.300 veículos elétricos
        
        1.100 estações de recarga
        
        Ontário: obrigatório instalar medidores eletrônicos
    - - Pós-Fukushima: mudança de visão
        
        Até 2040: 100% energias renováveis
        
        Fujisawa SST: projeto de Smart City
    - - 2010: US$ 100 Mi investidos pelo governo
        
        Regulação automática de Pot Reativa e Tensão
        
        FLISR - detecção de faltas
        
        Geração, EES, EV
    - - Solution Architecture for Energy (SAFT) - 2006
        
        Ainda majoritariamente provida por carvão
        
        Sistemas de automação sendo implantados
        
        State Grid: substituir 360 milhões de medidores
        
        Crescimento acelerado
        
        Necessidade de se mudar a visão energética
    - - Projeto Armstrong
        
        12000 habitantes
        
        Medidores inteligentes (até 50%) depois GD
    - - Bogotá - AMI
        
        Diminuição de perdas
        
        Melhoria da qualidade
        
        Medição fasorial + SCADA
    - - Eskom - Cidade de Sandton e Midrand
        
        6000 medidores em 2016
        
        SASGI - South Africa Smart Grid Initiative
        
        Poucos países africanos possuem políticas de SG
    - - Motivação: Geração de emprego e benefícios de longo prazo
        
        2015: energia pelo carvão diminuiu de 30% para 22%
        
        Expansão do sistema convencional onerosa
        
        Smart Grid pode ser mais econômico (exemplo Ilhas Orkney)
    - - Maior parte da energia: hidráulica (73%) e geotérmica (27%)
        
        STRONGrid: desenvolver ferramentas inteligentes para operação, planejamento e controle
    - - Entre 2016 e 2026: investir US$ 23.6 bilhões
        
        Dados energéticos 2021
        
        44.9% renovável, 7.5% carvão (contra 42% em 2016)
        
        Inserção de AMI, múltiplos projetos
    - - Projeto Green eMotion
        
        Mobilidade elétrica pan-europeia
        
        Inovações ICT (Infomação, Comunicação e Tecnologias)
        
        SAFEWIND - previsão de condições extremas de clima
    - - Quase 80% geração nuclear
        
        Projetos voltados para mobilidade elétrica e gerenciamento de recarga de EV
  - - - CEMIG
        
        Cidades do Futuro (2009)
        
        CEMIG - Sete Lagoas-MG
        
        4 200 Medidores inteligentes
        
        66 Paineis Fotovoltaicos para estudo de impacto
        
        Infraestrutura de Telecom (rádio, fibra óptica, satélite, GPRS)
        
        FLISR (Fault Location, Isolation and Supply Restoration).
        
        Controle Volt-Var (8 Banco de Capacitores).
        
        P&D CEMIG / ANEEL ; Custo = R$ 45 milhões
      - Ampla (ENEL RJ)
        
        Cidade Inteligente Búzios (2011)
        
        Financiamento: ANEEL, Prefeitura de Armação dos Búzios (~R$ 40 milhões)
        
        10 000 medidores inteligentes
        
        Peak shaving - aliviar consumo no horário de ponta
        
        Corte, leitura e religamento feitos remotamente
        
        Self-healing - 17 chaves motorizadas em 4 alimentadores
        
        4 veículos elétricos, 10 bicicletas e 1 barco
        
        Microgeração com renováveis: 24kW FV + 6kW EOL
      - Light (RJ)
        
        Projeto Smart Grid - Light + Landis+Gyr (Toshiba)
        
        Investimento da ordem de R$ 750 milhões
        
        1.4 milhões de consumidores em 31 cidades
        
        1200 religadores e 1700 câmaras de transformação automatizados
        
        GD: 10 unidades consumidoras + EES integrado
        
        Telecom: Wi-Fi, Mesh, GSM/GPRS e Satélite
      - CELPE (Neoenergia)
        
        Smart Grid em Fernando de Noronha
        
        816 medidores inteligentes birirecionais
        
        Automação descentralizada
        
        Telecom em anel, fibra óptica e rádio - PLC, RF Mesh e Wimax
        
        Fotovoltaicas: 1 MWp, 100 MWh/mês
        
        Sem as PV, apenas geração com Diesel.
        
        Já investidos 17.6 milhões
      - Amazonas Energia (Eletrobras)
        
        Projeto Parintins
        
        Prevê 14 500 medidores inteligentes
        
        "Energia +": 6 estados
        
        Investimento de 1,2 bilhão, Banco Mundial
      - AES Eletropaulo (ENEL SP)
        
        Eletropaulo Digital
        
        Barueri/SP (250 mil habitantes)
        
        R$ 75 milhões
      - EDP Bandeirante
        
        Smart Grid - Aparecida/SP
        
        Previstos 15 300 medidores inteligentes
        
        Parceria com a USP
        
        Painéis solares 24 kWp
      - CPFL Energia
        
        Projetos Smart Grid CPFL
        
        Automação de subestações
        
        Clientes Grupo A (AT) - Indústrias, Shoppings etc.
        
        24 500 medidores trocados para inteligentes
        
        Rede telecomunicações = RF Mesh
        
        Jaguariúna
      - COELCE (ENEL CE)
        
        Cidade Inteligente de Alquiraz
        
        Projeto em desenvolvimento (Alquiraz a 30km de Fortaleza/CE)
        
        Em caráter experimental: 100 medidores inteligentes em Fortaleza/CE
        
        Sistema de reposição automática em 13,8 kV
      - Copel
        
        Smart Energy Paraná
        
        Curitiba e Fazenda Rio Grande
        
        Automação da distribuição, GD, ESS, EV etc.
        
        Já em implantação: self-healing
        
        2013: primeiro taxi elétrico em Curitiba/PR
    - - Algumas aplicações
        
        Monitoramento online de ativos (tempo real)
        
        Controles eletrônicos inteligentes: integração de FACTS e HVDC
        
        Proteção adaptativa, reconfiguração
        
        Automação de SEs
      - Iniciativas e projetos
        
        Chesf - Recomposição de instalações
        
        ISA CTEEP - medição fasorial sincronizada - avaliação automática de segurança dinâmica
        
        CEMIG-T - PMU (Phasor Measurement Unit) e PDC (Phasor Data Concentrator)
  - - - Sistema com 4 nós (Geração e Carga)
        
        Emular dois estados: conectado e isolado
        
        Desenvolver e comprovar metodologias de controle de microredes
    - - 48 painéis solares de 250 Wp cada
        
        2 inversores de 5000W cada
        
        Possibilidade do prédio operar ilhado
        
        Para operação ilhada deve ser desconectado o prédio da rede principal
    - - Pesquisas para transmissão e distribuição
        
        Influência de retificadores e inversores
        
        Ferramentas de simulação com interface com equipamentos reais
        
        Verificar interoperabilidade de equipamentos
        
        Desenvolvimento de PMU
  - - - Técnicas de Monitoramento e Controle
      - Redes Elétricas Inteligentes (REIs)
        
        :check: Aumento de eficiência
        
        :pen: Diminuição de custos
        
        :recycle: Respeito ao meio ambiente
        
        :!!: Integração
        
        :checkered_flag: Melhoria na qualidade
        
        :silhouette: Monitoramento da energia
        
        Tendência mundial :star:
        
        Europa: diminuição de emissões
        
        EUA: melhoria de eficiência da rede
        
        Ásia: atendimento : à demanda
        
        Brasil: qualidade de serviço e redução de perdas :check: