Saiba mais sobre o TOPSIM
Figura 1 – TOPSIM em execução com o sistema SAGE EMS
Os operadores de sistemas elétricos de potência, de forma similar aos pilotos de avião, necessitam de treinamento em simuladores que repliquem fielmente as condições e sistemas que encontrarão na operação diária da rede elétrica. O TOPSIM é um simulador digital de sistemas elétricos perfeitamente integrado ao sistema SAGE, capaz de reconstituir eventos no sistema de potência e expor os operadores às condições normais ou de emergência, tornando-os aptos a operar a rede elétrica de modo seguro e eficiente.
O TOPSIM é voltado a sessões de treinamento que envolvem um instrutor e um conjunto de treinandos. Para seu funcionamento, é necessário representar os detalhes da rede elétrica que permitam a execução de um fluxo de potência. No caso do SAGE, isso significa que os parâmetros EMS (Energy Management System) da base de dados devem estar preenchidos.
A arquitetura de integração mostrada na Figura 2 permite o desacoplamento entre o ambiente do instrutor e o simulador. A interface do instrutor, chamada de VisorTopSim, pode ser ativada remotamente e conectada ao simulador através de um serviço de mensagens. O operador em treinamento enxerga o sistema simulado exatamente como se estivesse em frente à sua console de operação.
O TOPSIM foi concebido para se integrar a um sistema SAGE. Entretanto, com pequenas adaptações, pode servir de simulador para outros supervisórios, principalmente através do uso dos protocolos ICCP e OPC UA.
Figura 2 – Arquitetura de Integração com o sistema SAGE
Diversos módulos software compõem a solução TOPSIM, todos eles configurados na base de dados do SAGE. Dentre estes, estão os voltados para a gerência de casos base de fluxo de potência, para a comunicação de dados com o SAGE Treinando, para a execução do fluxo de potência, para a gerência de eventos e para a comunicação entre o TOPSIM e sua interface gráfica.
Para a execução de uma simulação, é necessário um caso base que contenha a descrição de uma rede elétrica e seus estados. O caso base utilizado pelo TOPSIM é criado, em geral, a partir do ambiente do modo de estudo do SAGE-EMS, que obtém uma solução de fluxo de potência gerada pelo Estimador de Estado de tempo real.
O Simulador de Redes é o módulo do Subsistema de Simulação do SAGE que se destina a processar um caso de fluxo de potência com a finalidade de simular diversos cenários possíveis de um sistema de potência.
O processo de simulação utiliza o software ANAREDE para obtenção da solução estática da rede elétrica. Uma simplificação da dinâmica de longa duração da rede também é simulada, utilizando-se uma curva de carga, considerando-se a modelagem típica de máquinas. Também é calculado o desvio de frequência a partir da variação de potência mecânica em relação à variação de potência elétrica
No modelo de cargas, são consideradas as que variam com a tensão e a frequência, calculando o efeito da variação da tensão nominal, segundo o modelo ZIP definido na base de dados e o fator de sensibilidade da variação de frequência que é considerado no cálculo de frequência da ilha elétrica na solução dinâmica.
Para tornar os cenários de simulação ainda mais realísticos, sua modelagem dinâmica conta com o controle automático de geração (CAG), o qual simula a atuação de um sistema de controle em malha fechada. Esse sistema atua na geração da área para compensar o desvio de frequência causado por algum evento simulado, como perda de geração, corte de cargas ou abertura de linhas, entre outros.
O simulador também inclui a modelagem de relés de proteção que são previamente definidos no ambiente do instrutor. Os seguintes modelos de relés estão sendo inseridos no simulador: sub e sobretensão, Volts/Hertz, sobrecorrente de tempo inverso, sub e sobrefrequência, sub e sobre-excitação, sincronismo e religamento automático.
Os esquemas especiais de proteção poderão ser modelados a partir dos Controladores Definidos pelo Usuário (CDU), que permitem representar o sistema de controle predefinido pelo usuário através de um diagrama de blocos elementares de modelagem do CDU.
A interface a ser utilizada pelo instrutor é o VisorTopSim, que é o aplicativo responsável por controlar os processos do simulador TOPSIM através do envio de mensagens por meio de um serviço web, conforme apresentado na Figura 3. Mais de uma instância da interface pode estar ativa, mas somente uma delas pode estar ativa como Instrutor; as outras estarão ativas como capacidade de visualização.
Figura 3 – Arquitetura do Simulador TOPSIM
A interface do instrutor, apresentada na Figura 4, fornece meios para que este controle uma simulação, permitindo o carregamento, início de execução, pausa, retrocesso, interrupção e exibição de gráficos da simulação. Outras informações, como os dados da simulação, horário, estado e ciclo convergente ou divergente, sumário com os dados de geração, carga e frequência e os gráficos de geração e frequência, também estão disponíveis para o melhor acompanhamento da simulação pelo instrutor.
Figura 4 – Interface do Instrutor
A interface do instrutor permite o gerenciamento e a execução de diversos cenários armazenados, bem como de casos cadastrados na base. Também permite que se execute um grupo de eventos previamente criado, interferindo na execução do cenário durante uma sessão de treinamento.
Ao treinando, é apresentada exatamente a mesma interface que irá encontrar na sua console de operação real, conforme exemplificado na Figura 5.
Figura 5 – Interface do treinando
Durante uma sessão de treinamento, o operador irá interagir com o sistema em simulação diretamente a partir das telas unifilares e tabulares. Os comandos disponibilizados ao treinando são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1 – Comandos durante uma simulação
