SANTOS, L. A. Integração de um sistema de recomposição automático via OPC para automação da rede elétrica de distribuição em média tensão do campus do Pici da Universidade Federal do Ceará. 106 f. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-14T10:15:23Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_lasantos.pdf: 10727935 bytes, checksum: 66f7a1d07df8da01f2283143fb218e5c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-16T17:20:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_lasantos.pdf: 10727935 bytes, checksum: 66f7a1d07df8da01f2283143fb218e5c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-16T17:20:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_lasantos.pdf: 10727935 bytes, checksum: 66f7a1d07df8da01f2283143fb218e5c (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / For a long time the maintenance of the power distribution system of the Pici Campus of the Federal University of Ceará - UFC was the responsibility of the Energy Company of Ceará - Coelce, by the partnership between the federal and state governments. However, with the privatization of Coelce in 1998, the UFC assumed that demand and for many years, due to lack of resources and planning, only the emergency and corrective interventions have taken place, thereby have emerged several problems in continuous supply. Fortunately, the last managers have paid attention to the problem and many investments in the medium voltage distribution network are being carried out, aimed at modernizing and improving security, availability and continuity of energy supply of Pici campus. These actions were based on technical studies conducted by the Department of Electrical Engineering in partnership with the engineering sector of the UFC (UFC-Infra). In this context, was designed and is being implemented a power substation of 69 to 13.8 kV, with two transformers of 5 / 6.25 MVA, , three outputs feeders and nine reclosers distributed throughout the medium voltage distribution network of the campus. This system will be operated, supervised and controlled by a SCADA system (Supervisory Control and Data Acquisition), developed in the commercial platform Elipse Power using the Microsoft® SQL Server 2012 database - Express version. In the field of automation, it was developed and integrated into the SCADA via OPC (Open Communications Platform), an advanced function called Automatic Restoration System (ARS-PICI). The ARS-PICI was developed in C # using Microsoft Visual Studio 2010 program, modelled on Colored Petri Nets, and tested using the CPN Tools analysis program. For integration of the SCADA and the ARS application software was used the OPC open protocol that specifies the real time data communication between a source element and a receiving element from different manufacturers. Validation tests of the ARS and communication between the software SCADA-ARS were performed in the laboratory, attesting to the successful implementation and opening important perspectives to advance toward a smart grid to the campus of the Pici. / Durante muito tempo a manutenção do sistema de distribuição do campus do Pici da Universidade Federal do Ceará - UFC foi de responsabilidade da Companhia Energética do Ceará – Coelce, pela parceria entre os governos federal e estadual. No entanto, com a privatização da Coelce no ano de 1998, a UFC assumiu essa demanda e por muitos anos, por falta de recursos e planejamento, fez-se apenas intervenções corretivas emergenciais na infraestrutura existente, resultando em vários problemas na continuidade de suprimento. Felizmente, os últimos gestores atentaram para o problema e muitos investimentos na rede de distribuição em média tensão estão sendo realizados, visando à modernização e melhoria da segurança, disponibilidade e continuidade do suprimento de energia elétrica do campus do Pici. Estas ações têm embasamento técnico nos estudos realizados pelo Departamento de Engenharia Elétrica em parceria com o setor de engenharia da UFC (UFC-Infra). Nesse contexto, foi idealizada e está em fase de implantação uma subestação de 69-13,8 kV, composta de dois transformadores de 5/6,25 MVA, sendo um de reserva, três saídas de alimentadores e nove religadores distribuídos ao longo da rede de média tensão em 13,8 kV do campus. Este sistema será operado, supervisionado e controlado por um sistema SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition), desenvolvido na plataforma comercial Elipse Power, utilizando o banco de dados Microsoft® SQL Server 2012 – versão Express. No âmbito da automação, foi desenvolvida e integrada ao SCADA, via comunicação OPC (Open Platform Communications), uma função avançada denominada, Sistema de Recomposição Automática (SRA-PICI). O SRA-PICI foi desenvolvido em linguagem C#, utilizando o programa Microsoft Visual Studio 2010, modelado em Redes de Petri Coloridas, e testado usando a ferramenta de análise CPN Tools. Para integração dos aplicativos SCADA e SRA foi utilizado o protocolo aberto OPC que especifica a comunicação de dados em tempo real entre um elemento fonte e um elemento receptor de diferentes fabricantes. Testes de validação do SRA e da comunicação entre os aplicativos foram realizados em laboratório, que atestam o sucesso da implementação e abrem perspectivas importantes para avançar na direção de uma rede elétrica inteligente para o campus do Pici.

A evolução das técnicas de desenvolvimento de sistemas de software tem trazido melhorias na qualidade dos projetos desenvolvidos e na redução do tempo para seu desenvolvimento. Os conversores de protocolos sempre foram desenvolvidos através de técnicas análise, projeto e programação estruturada. Este trabalho tem por objetivo estudar as características da análise, projeto e programação orientados a objetos e sua aplicabilidade ao desenvolvimento de um conversor de protocolos de comunicação para a área de automação elétrica. Serão objetos deste estudo dois protocolos de comunicação com diferentes características de implementação sendo estes o protocolo IEC 60870-5-101 e o protocolo Modbus. O desenvolvimento obedece à sintaxe e semântica dos diagramas da UML (Unified Modeling Language), utilizando a ferramenta Rational Rose. / The evolution of the development software techniques has brought improvements in the quality of the developed projects and in the reduction of the time for its development. The converters of protocols had been always developed through techniques analysis, project and structuralized programming. This work has for objective to study the characteristics of the object-oriented analysis, project and programming and its applicability to the development of a converter of protocols of communication for the area of electric automation. Two protocols of communication with different characteristics of implementation will be objects of this study being the protocol IEC the 60870-5-101 and Modbus protocol. The development obeys the syntax and semantics of the diagrams of UML (Unified Modeling Language), using the Rational Rose tool.

A evolução das técnicas de desenvolvimento de sistemas de software tem trazido melhorias na qualidade dos projetos desenvolvidos e na redução do tempo para seu desenvolvimento. Os conversores de protocolos sempre foram desenvolvidos através de técnicas análise, projeto e programação estruturada. Este trabalho tem por objetivo estudar as características da análise, projeto e programação orientados a objetos e sua aplicabilidade ao desenvolvimento de um conversor de protocolos de comunicação para a área de automação elétrica. Serão objetos deste estudo dois protocolos de comunicação com diferentes características de implementação sendo estes o protocolo IEC 60870-5-101 e o protocolo Modbus. O desenvolvimento obedece à sintaxe e semântica dos diagramas da UML (Unified Modeling Language), utilizando a ferramenta Rational Rose. / The evolution of the development software techniques has brought improvements in the quality of the developed projects and in the reduction of the time for its development. The converters of protocols had been always developed through techniques analysis, project and structuralized programming. This work has for objective to study the characteristics of the object-oriented analysis, project and programming and its applicability to the development of a converter of protocols of communication for the area of electric automation. Two protocols of communication with different characteristics of implementation will be objects of this study being the protocol IEC the 60870-5-101 and Modbus protocol. The development obeys the syntax and semantics of the diagrams of UML (Unified Modeling Language), using the Rational Rose tool.

A geração de energia elétrica é importante para todos os ramos de atividades econômicas e tem demanda crescente. Isso implica constantes melhorias dos sistemas secundários, entre eles os sistemas de automação, que evoluíram muito nos últimos anos. Em várias usinas hidrelétricas esses sistemas estão obsoletos e apresentam outros problemas, portanto, carecem de atualizações tecnológicas. O objetivo desta tese é responder às principais questões relacionadas às modernizações dos sistemas de automação de unidades geradoras hidráulicas de grande porte: por que, quando e como modernizá-los? Para isso, foram estudados a evolução desses sistemas, o estado da arte, as modernizações já realizadas e planejadas. Os dados foram obtidos da bibliografia e diretamente de especialistas, através de pesquisa de campo envolvendo as principais concessionárias brasileiras. Baseando-se nos estudos, foram elaborados critérios para tomar a decisão por modernizar, foram escolhidas a forma de modernização e de realização mais adequadas para grandes usinas e foi criado um modelo de sistema de automação usando o estado da arte. Esse modelo é totalmente digital, utiliza uma única rede de comunicação em todos os níveis (incluindo o controle central), é à prova de futuro e fundamenta-se na norma IEC 61850. Todos os componentes e características do sistema foram examinados. Por fim, foi proposto um método para especificação e projeto do novo sistema incluindo todas as etapas. Concluiu-se que, um conjunto de indicadores quantitativos pode decidir a necessidade de modernização dos sistemas de automação de grandes unidades geradoras e, tomada a decisão por modernizar, a melhor solução é a substituição total de uma só vez (uma parada) usando o modelo criado. Os métodos e o sistema propostos podem ser usados como referências no setor elétrico para facilitar as atualizações tecnológicas e garantir resultados efetivos uniformes, com longo tempo de vida e independência dos fornecedores. / The generation of electricity is important to all branches of economic activities and faces a growing demand. This implies constant improvements of the secondary systems, including the automation systems, which have evolved a great deal in recent years. At several hydroelectric power plants these systems are obsolete and present other problems, therefore, technological upgrades are required. The objective of this thesis is to answer the key questions related to the modernizations of automation systems of large hydraulic generating units: why, when and how to modernize them? To this effect, studies were undertaken about the evolution of these systems, the state of the art, the modernizations already introduced and those planned. The data were obtained from the bibliography and directly from experts, through a field survey involving the major Brazilian utilities. Based on these studies, criteria to support the modernization decision were developed, the most suitable manner of modernization and of its implementation in large power plants were chosen and an automation system model using state of the art was created. This model is fully digital, uses only one communication network at all levels (including the central control), is future proof and is based on the IEC 61850 standard. All components and features of the system were examined. Finally, a method including all stages for specification and design of the new system was proposed. It was concluded that, a set of quantitative indicators can decide the need for modernization of the automation systems of large generating units and, once the decision to modernize is taken, the best solution is the total replacement during a single unit shut-down using the model created. The methods and system proposed can be used as references in the electricity sector to facilitate the technological upgrades and to ensure effective uniform results, with the prospect of a long service life and independence from the suppliers.

A geração de energia elétrica é importante para todos os ramos de atividades econômicas e tem demanda crescente. Isso implica constantes melhorias dos sistemas secundários, entre eles os sistemas de automação, que evoluíram muito nos últimos anos. Em várias usinas hidrelétricas esses sistemas estão obsoletos e apresentam outros problemas, portanto, carecem de atualizações tecnológicas. O objetivo desta tese é responder às principais questões relacionadas às modernizações dos sistemas de automação de unidades geradoras hidráulicas de grande porte: por que, quando e como modernizá-los? Para isso, foram estudados a evolução desses sistemas, o estado da arte, as modernizações já realizadas e planejadas. Os dados foram obtidos da bibliografia e diretamente de especialistas, através de pesquisa de campo envolvendo as principais concessionárias brasileiras. Baseando-se nos estudos, foram elaborados critérios para tomar a decisão por modernizar, foram escolhidas a forma de modernização e de realização mais adequadas para grandes usinas e foi criado um modelo de sistema de automação usando o estado da arte. Esse modelo é totalmente digital, utiliza uma única rede de comunicação em todos os níveis (incluindo o controle central), é à prova de futuro e fundamenta-se na norma IEC 61850. Todos os componentes e características do sistema foram examinados. Por fim, foi proposto um método para especificação e projeto do novo sistema incluindo todas as etapas. Concluiu-se que, um conjunto de indicadores quantitativos pode decidir a necessidade de modernização dos sistemas de automação de grandes unidades geradoras e, tomada a decisão por modernizar, a melhor solução é a substituição total de uma só vez (uma parada) usando o modelo criado. Os métodos e o sistema propostos podem ser usados como referências no setor elétrico para facilitar as atualizações tecnológicas e garantir resultados efetivos uniformes, com longo tempo de vida e independência dos fornecedores. / The generation of electricity is important to all branches of economic activities and faces a growing demand. This implies constant improvements of the secondary systems, including the automation systems, which have evolved a great deal in recent years. At several hydroelectric power plants these systems are obsolete and present other problems, therefore, technological upgrades are required. The objective of this thesis is to answer the key questions related to the modernizations of automation systems of large hydraulic generating units: why, when and how to modernize them? To this effect, studies were undertaken about the evolution of these systems, the state of the art, the modernizations already introduced and those planned. The data were obtained from the bibliography and directly from experts, through a field survey involving the major Brazilian utilities. Based on these studies, criteria to support the modernization decision were developed, the most suitable manner of modernization and of its implementation in large power plants were chosen and an automation system model using state of the art was created. This model is fully digital, uses only one communication network at all levels (including the central control), is future proof and is based on the IEC 61850 standard. All components and features of the system were examined. Finally, a method including all stages for specification and design of the new system was proposed. It was concluded that, a set of quantitative indicators can decide the need for modernization of the automation systems of large generating units and, once the decision to modernize is taken, the best solution is the total replacement during a single unit shut-down using the model created. The methods and system proposed can be used as references in the electricity sector to facilitate the technological upgrades and to ensure effective uniform results, with the prospect of a long service life and independence from the suppliers.

A importância da geração de energia elétrica hidráulica, dentro dos requisitos de qualidade e fornecimento com índices de confiabilidade cada vez mais exigentes, tem se tornada acentuada, principalmente em atendimento às necessidades de consumo em todas as áreas de atividades produtivas. Têm-se notado que as tecnologias desenvolvidas aliadas às mudanças socioeconômicas trouxeram uma evolução e reestruturação, tanto no setor industrial produtivo como no setor elétrico (concessionárias de energia elétrica e fornecedores de sistemas e equipamentos para usinas hidrelétricas e subestações), com aumento significativo da especialização e da complexidade da automação dos processos envolvidos, onde falhas são consideradas inaceitáveis. Em consequência, têm-se exigido soluções técnicas eficazes e com investimentos reduzidos. Desta forma, a Automação Elétrica, que faz parte dos sistemas de Comando, Controle, Comunicação e Informação altamente integrados (C3I), têm demonstrado uma participação fundamental no atual cenário deste segmento. Então, de maneira a tratar adequadamente esta complexidade, tornar as soluções técnicas cada vez mais seguras e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas de controle nesta área, este trabalho apresenta uma metodologia para modelagem e análise de Sistemas de Controle envolvidos na geração hidráulica de energia elétrica. Este trabalho tem como principais desenvolvimentos: uma metodologia que envolve a teoria de controle de SDED juntamente com conceitos e pesquisas na área de Engenharia de Software e um formalismo em Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) em conjunto com o paradigma de Orientação a Objetos (OO), representado pela proposta de uma nova RP, a RPIS_OO (Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos). Destarte, espera-se que a metodologia e a nova RP propostas nesta tese contribuam na especificação e construção dos algoritmos de controle dos sistemas que participam na automação da geração de energia elétrica hidráulica, como também, no aprimoramento de novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas de automação elétrica, representando atualmente o estado da arte nesta área. / The importance of hydroelectric power generation, considering the increasingly demanding supply and quality requirements, has become more pronounced especially seeing the great consumption needs on all productive areas. It\'s noticeable that technology developed with socioeconomic changes have brought evolution and a restructuring both in the industrial and electrical sector (electric companies and power plant equipment manufacturers), with a notable increase in specialization and complexity of the automation of these activities, where faults are considered unacceptable. A demand for more efficient technical solutions and reduced investments has therefore increased greatly. Electrical automation technology as part of highly integrated command, control, communication and information (C3I) systems has demonstrated a crucial involvement in the context of this segment. In order to handle this evolving complexity, creating more secure technical solutions and further research and development of new control systems for this sector, this work introduces a new methodology for modeling and analysis of power plant control systems. A methodology involving the theory of Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) and concepts of Software Engineering is presented, as well as a new formalism based on Signal Interpreted Petri Nets (SIPN) together with Object-Oriented Paradigm (OOP) named Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets (OOSIPN). The intention is that methodology proposed in this thesis contributes to the correct specification and construction of control algorithms for power plant control systems, as well as the state of the art in this research area in the form of a new approach to development of such automation systems.

A importância da geração de energia elétrica hidráulica, dentro dos requisitos de qualidade e fornecimento com índices de confiabilidade cada vez mais exigentes, tem se tornada acentuada, principalmente em atendimento às necessidades de consumo em todas as áreas de atividades produtivas. Têm-se notado que as tecnologias desenvolvidas aliadas às mudanças socioeconômicas trouxeram uma evolução e reestruturação, tanto no setor industrial produtivo como no setor elétrico (concessionárias de energia elétrica e fornecedores de sistemas e equipamentos para usinas hidrelétricas e subestações), com aumento significativo da especialização e da complexidade da automação dos processos envolvidos, onde falhas são consideradas inaceitáveis. Em consequência, têm-se exigido soluções técnicas eficazes e com investimentos reduzidos. Desta forma, a Automação Elétrica, que faz parte dos sistemas de Comando, Controle, Comunicação e Informação altamente integrados (C3I), têm demonstrado uma participação fundamental no atual cenário deste segmento. Então, de maneira a tratar adequadamente esta complexidade, tornar as soluções técnicas cada vez mais seguras e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas de controle nesta área, este trabalho apresenta uma metodologia para modelagem e análise de Sistemas de Controle envolvidos na geração hidráulica de energia elétrica. Este trabalho tem como principais desenvolvimentos: uma metodologia que envolve a teoria de controle de SDED juntamente com conceitos e pesquisas na área de Engenharia de Software e um formalismo em Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) em conjunto com o paradigma de Orientação a Objetos (OO), representado pela proposta de uma nova RP, a RPIS_OO (Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos). Destarte, espera-se que a metodologia e a nova RP propostas nesta tese contribuam na especificação e construção dos algoritmos de controle dos sistemas que participam na automação da geração de energia elétrica hidráulica, como também, no aprimoramento de novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas de automação elétrica, representando atualmente o estado da arte nesta área. / The importance of hydroelectric power generation, considering the increasingly demanding supply and quality requirements, has become more pronounced especially seeing the great consumption needs on all productive areas. It\'s noticeable that technology developed with socioeconomic changes have brought evolution and a restructuring both in the industrial and electrical sector (electric companies and power plant equipment manufacturers), with a notable increase in specialization and complexity of the automation of these activities, where faults are considered unacceptable. A demand for more efficient technical solutions and reduced investments has therefore increased greatly. Electrical automation technology as part of highly integrated command, control, communication and information (C3I) systems has demonstrated a crucial involvement in the context of this segment. In order to handle this evolving complexity, creating more secure technical solutions and further research and development of new control systems for this sector, this work introduces a new methodology for modeling and analysis of power plant control systems. A methodology involving the theory of Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) and concepts of Software Engineering is presented, as well as a new formalism based on Signal Interpreted Petri Nets (SIPN) together with Object-Oriented Paradigm (OOP) named Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets (OOSIPN). The intention is that methodology proposed in this thesis contributes to the correct specification and construction of control algorithms for power plant control systems, as well as the state of the art in this research area in the form of a new approach to development of such automation systems.