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.