Modelando o Sistema Elétrico Brasileiro

ANDRÉ SILVA E GUILHERME CAMPOS

Palavras-chave: Sistema Elétrico de Potência (SEP), Modelagem de Dados, CIM (Common Information Model).

Resumo: Os Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) possuem grande complexidade e especificidades que variam por diversos fatores. Representar esses sistemas em aplicações de software se torna uma tarefa complicada para desenvolvedores. Já pensou como as concessionárias de energia fazem para cadastrar cada elemento de sua rede, operá-los remotamente e integrar as informações de um sistema com outro? É justamente para facilitar essa modelagem e integração que modelos como o CIM (Common Information Model) ganham cada vez mais espaço no mercado de energia. No Brasil não é diferente. Mas nem sempre é simples aplicar as definições desse modelo, elaborado por órgãos internacionais de outros países, aos padrões de nosso sistema elétrico.

SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

Os Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) são os conjuntos de elementos (usinas, equipamentos, cabos etc.) que compõem as redes elétricas responsáveis por gerar, transformar, transmitir e distribuir a energia elétrica desde as usinas geradoras até os consumidores finais. [1]

Figura 1 – Exemplo de SEP [2]

Os SEPs podem ter complexidade variada, desde pequenas redes locais isoladas (como nos microgrids) até grandes áreas de dimensões continentais interconectadas (as chamadas WANs (Wide Area Networks). Já os elementos que compõem um SEP e a forma em que eles se dispõem também pode diferenciar muito de uma região para outra, desde as diferentes tecnologias para geração, transmissão e topologia das redes de distribuição. Isso sem mencionar no grande número de diferentes equipamentos, fabricantes, protocolos de comunicação, parâmetros e características de cada elemento da rede etc.

Dentre os fatores que mais influenciam e definem a organização de um SEP estão as características da região (disponibilidade de fontes de energia, topografia etc.) e definições de projeto tomadas no passado, em geral, pelos governos de cada país ou região.

Devido a essa complexidade e grande variedade de elementos que podem compor um SEP, criar um modelo de dados único torna-se uma tarefa árdua para desenvolvedores de sistemas computacionais.

MODELOS DE DADOS

Os modelos de dados são representações abstratas de elementos do mundo real que podem ser incorporadas em sistemas computacionais, por meio de bancos de dados ou classes, por exemplo. [3]

Já um modelo relacional de dados representa os elementos sob a forma de entidades (coisas), artefatos (características das coisas) e relacionamentos (relação entre duas ou mais coisas). [4] Essa forma de representação permite que um universo de elementos – como os dos SEPs – possa ser inteligível a softwares.

O SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO

O Sistema Elétrico Brasileiro, mais conhecido como Sistema Interligado Nacional (SIN) é o sistema elétrico de potência composto por empresas geradoras e transmissoras das cinco regiões do Brasil que operam de forma integrada e ordenada pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) e regulamentadas pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). [5] No SIN a geração de energia atualmente é majoritariamente feita por usinas hidroelétricas – mas também é composta por usinas termoelétricas, eólicas, solares, nucleares, de biomassa, dentre outras. Já a transmissão é feita, em geral, por vias aéreas e em tensão alternada. Por fim, a distribuição varia muito conforme a cidade, com diversas faixas de tensão, vias aéreas ou subterrâneas etc.

Embora os SEPs de cada país sejam bastante diversos, existe um conjunto comum de elementos e padrão de organização – o que possibilita criação de normas internacionais de padronização desses dados.

O CIM (COMMON INFORMATION MODEL)

O CIM (Common Information Model) é uma bem-sucedida tentativa de se modelar as entidades do sistema elétrico de potência em forma de classes (orientada a objetos). Essa iniciativa visava tornar mais fácil a relação do mundo de TI (Tecnologia da Informação) e TO (Tecnologia Operacional), uma vez que a orientação a objetos é altamente difundida na TI e possibilitaria uma evolução na experiência de desenvolvimento de soluções tecnológicas para o mercado de TO.

Desta forma o CIM consiste em uma representação em classes de entidades, atributos e relacionamentos do sistema elétrico, como mostrado na Figura 1. Essa modelagem está disponível nas normas IEC, mais especificamente três normas, IEC 61970-301, IEC 61968-11 e IEC 62325-301. [6]

Figura 2 – Comparação mundo real, representação unifilar e no CIM

Estas normas são mantidas pelo CIM-UG (CIM Users Group), grupo que realiza encontros semestrais com o intuito de difundir o modelo e inspirar novas aplicações para o mesmo dentro das concessionárias de energia ao redor do mundo.

Portanto, o CIM é uma tentativa de padronizar a nomenclatura dos elementos do sistema elétrico para que todos os sistemas interessados em um processo de integração, por exemplo, possam possuir a mesma sintaxe e a mesma semântica para uma determinada entidade. Assim torna-se muito mais interessante o processo de integração entre sistemas por quebrar a barreira da utilização de modelos proprietários de dados e passar a adotar um modelo comum, em que todos possam falar nos mesmos termos.

CIM NO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO

Algumas concessionárias no Brasil como Energisa e Coelba (Grupo Neoenergia) já viram a importância de utilizar a modelagem CIM e desenvolvem atualmente projetos de P&D para integrar sistemas corporativos para viabilizar o desenvolvimento de novas aplicações com diversas funcionalidades. Essas integrações só foram possíveis tendo-se um modelo único e mecanismos de tradução/ integração dos dados originais de cada sistema para esse modelo - o CIM.

As principais dificuldades em se aplicar o CIM ao Sistema Elétrico Brasileiro estão na nomenclatura de elementos de rede e na forma com que eles são organizados. Por exemplo, no Brasil é comum atribuirmos ao conjunto de elementos entre um disjuntor de subestação de distribuição e os consumidores finais o nome “alimentador”. No CIM não existe uma classe equivalente (um “feeder”) que englobe esses elementos.

Outra grande diferença está nos tipos de elementos (como tipos de chaves, religadores, banco de capacitores etc.) e nos parâmetros de cada um deles.

Ainda pode-se citar a falta de modelagem que contemple um problema bastante presente na rede de distribuição brasileira, o roubo de energia. O CIM ainda trata de forma muito tímida a modelagem de perdas energéticas, mas seria essencial um modelo mais amplo de tratamento destas informações para que pudesse cobrir o cenário nacional com mais fidelidade.

Outro ponto de evolução a ser tratado no CIM para o Sistema Elétrico Brasileiro é o Mercado Energético.  A norma IEC 62325-301 é a responsável por modelar este tópico, entretanto se mostrou muito voltada para o mercado norte-americano, e para ser utilizada no mercado europeu foram realizadas extensões do modelo. Sendo assim, nota-se que o tópico Mercado Energético é bastante heterogêneo ao redor do mundo, e desta mesma forma, seria necessário que no Brasil fossem realizadas adaptações que atendessem à realidade do mercado nacional.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] MATIAS, J. V. C., Produção, Transporte e Distribuição de Energia Elétrica. Lisboa, [s.n.].

[2] Mundo da Elétrica, Um Pouco Mais Sobre o Sistema Elétrico de Potência. https://www.mundodaeletrica.com.br/um-pouco-mais-sobre-o-sistema-eletrico-de-potencia-sep/ Acessado em 30/10/2017.

[3] Oracle, Data Model (Java EE 6) – Java Documentation. Acessado em 30/10/2017.

[4] CODD, E. F., Derivability, Redundancy, and Consistency of Relations Stored in Large Data Banks. 1969.

[5] Operador Nacional do Sistema, Sobre o ONS – O que é o ONS. http://ons.org.br/pt/paginas/sobre-o-ons/o-que-e-ons Acessado em 30/10/2017

[6] IEC, IEC 61970 Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common Information Model (CIM) Base. Edition 3.0, 2011.

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