BR112014022567B1 - Método e sistema de controle para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão - Google Patents

Abstract

métodos e sistema de controle para gerenciar o perfil de uma rede elétrica de baixa ou média tesão. a invenção refere-se a um método para o gerenciamento do perfil de carga do perfil de uma rede elétrica (10) de baixa ou média tensão, que é alimentada por pelo menos uma fonte de energia elétrica (100). a rede elétrica compreende uma ou mais cargas elétricas (l1,..., lk) e um ou mais dispositivos de comutação controláveis para desconexão / conexão das referidas cargas elétricas da / à citada fonte de energia elétrica. o método compreende a etapa de medição de uma janela de tempo, e a etapa de execução de um procedimento de controle de perfil de carga no referido instante de verificação . em outro aspecto, a invenção se refere a um sistema de controle para executar o método acima descrito.

Description

DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um sistema de controle para o gerenciamento do perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão, como por exemplo uma rede de distribuição de energia elétrica para edifícios ou instalações industriais, comerciais e residenciais.

[002] Como é sabido, as grandes instalações elétricas compreendem geralmente um grande número de cargas diferentes, as quais funcionam, na sua maioria, de forma independente umas das outras.

[003] A experiência tem demonstrado como a falta de coordenação da ativação ou desativação dessas cargas elétricas pode dar origem a altos picos de consumo de energia elétrica, que podem variar ao longo do dia, conforme o dia da semana, conforme a semana do mês, ou conforme o mês do ano.

[004] Por exemplo, em um edifício residencial altos picos de consumo de energia são frequentemente alcançados tanto nos dias mais quentes como nos mais frios do ano.

[005] O aumento descontrolado do consumo de energia pode levar ao mau funcionamento da rede elétrica e / ou à intervenção de dispositivos de proteção contra sobrecarga, com possíveis desconfortos relevantes para os usuários.

[006] Além disso, o aumento da demanda de energia pode dar origem à obrigação de pagar multas caras para o fornecedor de energia elétrica.

[007] Atualmente, os métodos disponíveis para gerenciar ativamente o perfil de carga de redes elétricas estendidas não oferecem desempenho satisfatório.

[008] Geralmente, as soluções disponíveis são baseadas na adoção de esquemas de distribuição predefinidos (por exemplo, executando esquemas de corte de energia), que sofrem de uma série de desvantagens.

[009] Na maior parte, essas soluções utilizam medições de potência instantânea como base para a desconexão de carga, ou seja, quando o consumo de energia excede um limite fixo há o desligamento imediato das cargas elétricas. Isto pode causar desligamentos desnecessários das referidas cargas em caso de transientes, como por exemplo na partida de um motor elétrico.

[010] No mercado, portanto, ainda existe a demanda por métodos e sistemas de controle que sejam capazes de prover um gerenciamento de carga efetivo de redes elétricas de baixa e média tensão estendidas, aliviando picos de demanda de energia elétrica, evitando intervenções de proteção de sobrecarga indesejadas, e evitando a obrigação de pagar multas onerosas para o fornecedor de energia.

[011] De modo a responder a esta necessidade, o presente invento provê um método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão, de acordo com a reivindicação 1 da invenção e com suas reivindicações dependentes relacionadas.

[012] O método, de acordo com a presente invenção, provê um gerenciamento coordenado da configuração da rede elétrica, a fim de controlar o perfil da carga desta última com relação a janelas de tempo predefinidas.

[013] Em particular, o método, de acordo com a presente invenção, permite gerenciar dinamicamente a desconexão / conexão das cargas elétricas de uma rede elétrica, a fim de atingir uma meta ideal de consumo de energia (ou meta de energia média) durante um certo período de tempo.

[014] O método, de acordo com a invenção, adota critérios de gerenciamento de carga que podem ser facilmente ajustados e adaptados de acordo com as condições de operação da rede elétrica.

[015] O método, de acordo com a presente invenção, permite levar em conta a capacidade possível da rede elétrica em gerar energia elétrica para alimentar algumas cargas elétricas ou para que seja distribuída à fonte de energia elétrica que normalmente alimenta a rede elétrica, por exemplo, através de meios alternativos de geração de energia elétrica (usinas de geração de energia solar, usinas de geração de energia eólica, e assim por diante).

[016] Um outro grau de liberdade pode assim ser facilmente introduzido no gerenciamento do perfil de carga da rede elétrica.

[017] Em um outro aspecto, a invenção refere-se a um sistema de controle para controlar o perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão, de acordo com a reivindicação 12 do presente invento e com suas reivindicações dependentes relacionadas.

[018] O sistema de controle, de acordo com a invenção, pode ser facilmente implementado na prática, de acordo com diversos tipos de arquitetura de controle. Isto permite uma fácil instalação em campo, mesmo em redes elétricas já em operação.

[019] Outras características e vantagens da presente invenção devem surgir mais claramente a partir da descrição das formas de incorporação preferidas, mas não exclusivas, do método e do sistema de controle da invenção, a qual está ilustrada puramente a título de exemplo e sem limitações nos desenhos anexos, em que: - As figuras 1 a 6 são diagramas que ilustram esquematicamente algumas arquiteturas de controle do sistema de controle, de acordo com a invenção; - As figuras 7 a 11 são diagramas que ilustram esquematicamente algumas etapas do método, de acordo com a invenção.

[020] Com referência às figuras mencionadas, em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para o gerenciamento do perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão 10.

[021] Dentro do âmbito da presente invenção, o termo "baixa tensão"refere-se a uma tensão inferior a 1 kV CA e 1,5 kV CC, enquanto que o termo "média tensão" se refere a tensões mais baixas do que 72 kV CA e 100 kV CC.

[022] Além disso, a expressão "perfil de carga"identifica as variações ao longo do tempo da quantidade de energia elétrica que é absorvida por uma rede elétrica.

[023] De preferência, a rede elétrica 10 é uma rede elétrica para edifícios ou instalações industriais, comerciais e residenciais relativamente grandes.

[024] De preferência, a rede elétrica 10 caracteriza-se por um consumo médio de energia compreendido no intervalo entre 0,5 MW e 1,5 MW.

[025] De preferência, a rede elétrica 10 é alimentada por uma fonte de energia elétrica 100, que pode ser a instalação que produz a energia elétrica.

[026] Formas de incorporação alternativas da presente invenção (não mostradas) podem supor que a rede elétrica 10 seja alimentada simultaneamente por uma pluralidade de fontes de energia elétrica.

[027] A rede elétrica 10 compreende pelo menos uma carga elétrica, que pode ser desconectada da Iconectada à referida fonte de energia elétrica 100.

[028] Dentro do âmbito da presente invenção, o termo "carga elétrica" refere-se a qualquer dispositivo ou grupo de dispositivos capaz de absorver energia elétrica a partir da fonte de energia elétrica 100.

[029] De preferência, a rede elétrica 10 compreende uma pluralidade de cargas elétricas Li, ..., LK (onde K é um número inteiro maior do que 1), que podem ser desconectadas da, ou conectadas à, fonte de energia elétrica 100.

[030] Conforme mostrado nas figuras 1 a 5, as cargas elétricas Li, ..., I_K podem ser dispostas em diferentes ramos, de acordo com uma configuração multi-nível.

[031] Como mostrado na figura 2, um ou mais ramos da rede elétrica 10 podem formar uma carga elétrica (ver cargas elétricas L12, L23).

[032] É claro que, também, toda a rede elétrica 10, vista a partir dos terminais de saída da fonte de energia elétrica 100, forma, ela mesma, uma carga elétrica.

[033] As cargas elétricas Li, ..., I_K podem ser dispostas de acordo com configurações diferentes daquela mostrada nas figuras 1 a 3, de acordo com as necessidades.

[034] A rede elétrica 10 compreende pelo menos um dispositivo de comutação controlável para desconectar / conectar pelo menos uma referida carga elétrica da / à dita fonte de energia elétrica 100.

[035] Dentro do âmbito da presente invenção, 0 termo "dispositivo de comutação" refere-se a um disjuntor, uma chave seccionadora, um contator ou outro dispositivo semelhante.

[036] De preferência, a rede elétrica 10 compreende uma pluralidade de dispositivos de comutação controláveis B1, B10, B12, B23, ..., BK para desconectar / conectar as cargas elétricas Li, ..., LK da / à fonte de energia elétrica 100.

[037] Conforme mostrado nas figuras 1 a 5, cada um dos dispositivos de comutação Bb B10, ..., BK está vantajosamente associado operacional mente com uma respectiva carga elétrica Lb ..., LK para desconectá-la da / conectá-la à fonte de energia elétrica 100.

[038] O dispositivo de comutação Bí2 é vantajosa mente arranjado para desconectar ou conectar a carga elétrica Lí2 formada pelos ramos 10A, 10B da rede elétrica 10, enquanto que 0 dispositivo de comutação B23 está preparado para desconectar / conectar a carga elétrica L23 formada pelo ramo único 10B.

[039] O dispositivo de comutação Bi0principal está convenientemente arranjado para desconectar / conectar toda a rede elétrica 10 da / à fonte de energia elétrica 100.

[040] Os dispositivos de comutação B10, B12, B23, ..., BK podem ser dispostos de acordo com configurações diferentes do que é mostrado nas figuras 1 a 3, de acordo com as necessidades.

[041] De acordo com algumas formas de incorporação da presente invenção, a rede elétrica pode compreender um ou mais geradores elétricos Gi, ..., GM.

[042] Dentro do âmbito da presente invenção, 0 termo "gerador elétrico"refere-se a qualquer dispositivo ou grupo de dispositivos capaz de fornecer energia elétrica para algumas cargas elétricas e/ou para a fonte de energia elétrica 100.

[043] Os geradores elétricos Gi, ..., GM podem ser desconectados da / conectados à fonte de energia elétrica 100.

[044] Para esta finalidade, dispositivos de comutação adequados podem ser operativa mente associados com os geradores elétricos Gi, ..., GM (figura 6) para desconectá-los da / conectá-los à fonte de energia elétrica 100.

[045] Como mostrado na figura 6, a geradores elétricos Gi, ..., GM podem ser dispostos de acordo com configurações de vários níveis. Outras configurações são possíveis, de acordo com as necessidades.

[046] O método, de acordo com a invenção, provê o controle do perfil de carga da rede elétrica 10 em janelas de tempo WT com duração predefinida.

[047] O método, de acordo com a invenção, compreende portanto a etapa de medição de uma janela de tempo WT a partir de um instante de referência ts.

[048] A janela de tempo WT pode corresponder vantajosamente ao período de faturamento de energia (por exemplo, 15 minutos) que é adotado pelo fornecedor de energia elétrica.

[049] Naturalmente, podem ser empregadas janelas de tempo WT com duração diferente, de acordo com as necessidades.

[050] O instante de referência ts, no qual a janela de tempo WT começa a ser medida, é selecionado de acordo com as necessidades.

[051] De preferência, o instante de referência ts para uma certa janela de tempo WT é selecionado de modo a coincidir com o instante final tE da janela de tempo imediatamente precedente.

[052] De preferência, o método, de acordo com a invenção, compreende a etapa de sincronizar os instantes de referência ts com um sinal de referência que é recebido da fonte de energia elétrica 100 em uma base periódica, como por exemplo uma vez por dia.

[053] De acordo com o presente invento, o método, de acordo com a invenção, compreende uma etapa de determinação de pelo menos um instante de verificação tc, que está compreendido no intervalo de tempo WT.

[054] De preferência, é determinada uma sucessão de instantes de verificação tc compreendidos na janela de tempo WT.

[055] Em cada instante de verificação tc, o método, de acordo com a invenção, compreende a etapa de executar um procedimento de controle 90 do perfil de carga, para gerenciar o perfil de carga da rede elétrica 10.

[056] O procedimento de controle 90 compreende uma série de etapas destinadas ao aperfeiçoamento, dependendo do consumo de energia detectado ou previsto no instante de verificação tc, da configuração da rede elétrica 10, de maneira a que o consumo total de energia da rede elétrica 10 durante a janela de tempo WT siga um determinado perfil que permite alcançar uma meta de consumo de energia predefinida estabelecida para a dita janela de tempo.

[057] Dois instantes de verificação tc subsequentes podem ser separados por um período de alguns segundos (por exemplo, 30 segundos), durante o qual o procedimento de controle 90 mencionado é executado.

[058] Intervalos mais longos ou mais curtos podem ser utilizados, de acordo com as necessidades.

[059] O procedimento de controle 90 será agora descrito em detalhes (figuras 7 a 10).

[060] O procedimento de controle 90 compreende a etapa de aquisição de uma primeira informação li que se refere ao estado de operação da rede elétrica 10, no instante de verificação tc.

[061] A primeira informação li compreende pelo menos um primeiro conjunto de dados Di compreendendo dados indicativos de uma classificação atribuída a cada uma das cargas elétricas da rede elétrica 10, no instante de verificação tc.

[062] De preferência, o primeiro conjunto de dados Di é obtido automaticamente a partir de uma tabela de prioridade, armazenada em uma localização de memória.

[063] Na referida tabela de prioridade, cada carga elétrica é listada de acordo com sua classificação, que é um índice indicativo da ordem a ser seguida para desconectar as cargas da rede elétrica 10 da fonte de energia elétrica 100.

[064] Como um exemplo, uma carga com uma classificação R = 1 é comandada para ser desconectada antes de uma carga tendo uma classificação R = 2, e assim por diante. A ordem de desconexão em tempo real pode depender adicionalmente da disponibilidade de carga (mais detalhes serão descritos a seguir).

[065] O mesmo índice (classificação) pode ser indicativo da ordem a ser seguida para reconectar as cargas da rede elétrica 10, que foram previamente desconectados da fonte de energia elétrica 100.

[066] Naturalmente, a ordem de religação em tempo real das cargas pode depender da sua disponibilidade para reconexão (mais detalhes serão descritos a seguir).

[067] A religação das referidas cargas elétricas com a fonte de energia elétrica 100 ocorre em uma ordem inversa em relação à ordem de desconexão.

[068] Assim, como um exemplo, uma carga com uma classificação R = 2 é comandada para ser reconectada com a fonte de energia elétrica 100 antes de uma carga tendo uma classificação R = 1, e assim por diante.

[069] A mencionada tabela de prioridade pode ser do tipo estático, ou pode ser atualizada dinamicamente em uma base periódica, por exemplo, uma vez por dia, ou no início de cada janela de tempo WT.

[070] Neste último caso, a classificação R de cada carga elétrica pode mudar de um instante de verificação tc para outro, durante a janela de tempo WT.

[071] Esta última solução permite levar em conta vantajosamente as possíveis variações das condições de operação da rede elétrica 10.

[072] A atualização da tabela de prioridade pode ser operada com base na atualização dos dados recebidos, por exemplo, a partir de uma interface homem - máquina ou de um dispositivo remoto.

[073] A primeira informação li compreende também um segundo conjunto de dados D2, compreendendo os dados indicativos de um nível de desconexão l_D que é atribuído à rede elétrica 10, no instante de verificação tc.

[074] O nível desligamento LD da rede elétrica 10 indica 0 valor de classificação R, até que as cargas da rede elétrica 10 sejam atualmente comandadas para serem desconectadas da fonte de energia 100.

[075] Como um exemplo, um nível de desconexão l_D= 3 da rede elétrica 10 indica que todas as cargas (disponíveis) tendo uma classificação R < 3 estão atualmente comandadas para serem desconectadas da fonte de energia 100.

[076] De um modo vantajoso, 0 procedimento de controle 90 provê a atualização do nível de desconexão l_Dda rede elétrica 10, dependendo do consumo de energia detectado ou previsto desta última. Assim, 0 nível de desconexão LD da rede elétrica 10 pode ser alterado de um instante de verificação tc para outro, durante a janela de tempo WT.

[077] A primeira informação li compreende ainda um terceiro conjunto de dados D3 referente a dados indicativos de níveis mínimos e máximos de energia absorvida EMIN, EMAX previstos para a rede elétrica 10 no instante de verificação tc.

[078] Os valores de EMAX, EMIN representam os níveis limite que estão previstos para a energia absorvida pela rede elétrica 10 até 0 instante de verificação tc, de modo a manter 0 consumo de energia da rede elétrica 10 dentro de uma faixa que permite seguir um perfil de carga ideal calculado para atingir uma meta de consumo ideal durante a janela de tempo WT (figura 7).

[079] Como é evidente a partir da figura 7, os níveis de energia absorvida EMAX, EMIN variam tipicamente de um instante de verificação tc para outro, durante cada janela de tempo WT.

[080] Tais variações podem ser expressas como curvas ou funções (ver curvas Rl, R2 das figuras 7 a 9) do tempo decorrido e outros parâmetros (por exemplo, funções polinomiais ou outro tipo de funções matemáticas). Estas funções podem utilizar coeficientes que podem depender de outros parâmetros, tais como temperatura, hora e/ou dia, custo de energia, etc..

[081] Vantajosamente, o mencionado conjunto de dados D3 pode ser obtido automaticamente a partir de uma localização de memória, em que uma sucessão de níveis de energia absorvida predefinidos EMAX, EMIN pode ter sido armazenada com relação a instantes de verificação tc correspondentes da janela de tempo WT. DO contrário, 0 mencionado conjunto de dados D3 pode ser calculado com base em parâmetros, em equações predefinidas, e no tempo.

[082] Outras formas de incorporação da presente invenção podem prover que 0 terceiro conjunto de dados D3 seja adquirido a partir de uma interface homem - máquina ou de um dispositivo remoto.

[083] De preferência, a primeira informação li compreende um quinto conjunto de dados D5, compreendendo dados indicativos da disponibilidade das cargas da rede elétrica 10 a serem desconectadas da / conectadas à fonte de energia elétrica 100, no instante de verificação tc-

[084] O quinto conjunto de dados D5 compreende valores lógicos atribuídos às cargas da rede elétrica 10. Cada valor lógico indica se a carga elétrica correspondente está disponível para ser desconectada da / conectada à fonte de energia elétrica 100.

[085] Uma carga da rede elétrica 10 pode ser considerada como "não disponível", porque ainda não decorreu um tempo mínimo a partir da última desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100, ou porque ela está em um estado inativo, ou porque ela está sujeita a mau funcionamento, ou porque é uma carga em que não é possível intervir.

[086] O quinto conjunto de dados D5 é vantajosamente armazenado em uma localização de memória, e é automaticamente adquirido a partir dela.

[087] De preferência, 0 procedimento de controle 90 compreende uma etapa de atualização do citado quinto conjunto de dados D5, se uma ou mais cargas elétricas forem comandadas para serem desconectadas da / conectadas à referida fonte de energia elétrica 100.

[088] Por exemplo, tão logo 0 procedimento de controle 90 do perfil de carga comande a desconexão / conexão de uma carga elétrica, uma carga elétrica é marcado como "não disponível" para intervenções posteriores. Por outro lado, se um determinado período de tempo se passou a partir do instante em que ela foi operada, a mesma carga elétrica é marcada como "disponível" para futuras intervenções.

[089] O quinto conjunto de dados D5 também pode ser atualizado no caso de uma ou mais cargas da rede elétrica 10 serem operadas por outras razões, por exemplo, após a ocorrência de um evento de proteção.

[090] O quinto conjunto de dados D5 pode ser atualizado automaticamente, ou ser atualizado por um usuário por meio de uma interface homem - máquina.

[091] Se um ou mais geradores elétricos estão compreendidos na rede elétrica 10, a primeira informação Ii compreende, de preferência, um sexto conjunto de dados D6 compreendendo dados indicativos da classificação R atribuída a cada um dos ditos geradores elétricos no instante de verificação tc.

[092] A mencionada tabela de prioridade armazenada pode, assim, compreender também os geradores elétricos da rede elétrica 10, que estão listados de acordo com a classificação atribuída.

[093] Neste caso, a ordem a ser seguida para comandar a conexão de cada gerador elétrico é a oposta em relação àquela seguida para a desconexão de cargas elétricas da rede elétrica 10.

[094] Como um exemplo, um gerador elétrico com uma classificação R = 1 é comandado para ser conectado depois de um gerador tendo uma classificação R = 2, e assim por diante. A ordem de conexão em tempo real pode depender da sua disponibilidade em ser conectado (mais detalhes estão descritos abaixo).

[095] Mais uma vez, o mesmo índice pode ser um indicativo da ordem a ser seguida para comandar a desconexão dos geradores elétricos, que foram anteriormente conectados à fonte de energia elétrica 100.

[096] Naturalmente, a desconexão dos geradores elétricos é comandada em uma ordem inversa em relação à sua conexão. A ordem de desconexão em tempo real pode depender da sua disponibilidade em ser desconectado (mais detalhes estão descritos abaixo).

[097] Assim, como um exemplo, um gerador possuindo uma classificação R = 2 é comandado de ser desconectado depois de um gerador tendo uma classificação R = 1, e assim por diante.

[098] Se um ou mais geradores elétricos estão compreendidos na rede elétrica 10, a primeira informação li também compreende preferivelmente um sétimo conjunto de dados D7, compreendendo dados indicativos da disponibilidade dos ditos geradores elétricos em serem conectados à / desconectados da fonte de energia elétrica 100, no instante de verificação tc.

[099] O sétimo conjunto de dados D7 compreende valores lógicos, cada um dos quais atribuído a um gerador elétrico da rede elétrica 10.

[0100] Cada valor lógico indica se 0 gerador elétrico correspondente está disponível para ser desconectado da / conectado à fonte de energia elétrica 100, com base em suas condições de operação em tempo real.

[0101] De preferência, 0 procedimento de controle 90 compreende a etapa de atualização do sétimo conjunto de dados D7, se um ou mais geradores elétricos forem comandados para serem desconectados da / conectados à fonte de energia elétrica 100.

[0102] Por exemplo, assim que a desconexão / conexão de um gerador elétrico é comandada, tal gerador elétrico é marcado como "não disponível" para intervenções posteriores.

[0103] Por outro lado, se um determinado período de tempo se passou a partir do instante em que ele foi operado, o mesmo gerador elétrico é marcado como "disponível" para futuras intervenções.

[0104] Tal como para 0 quinto conjunto de dados D5, 0 sétimo conjunto de dados D7 pode ser atualizado no caso de um ou mais geradores da rede elétrica 10 serem operados para outros propósitos.

[0105] Também, 0 sétimo conjunto de dados D7 pode ser atualizado automaticamente, ou ser atualizado diretamente por um usuário por meio de uma interface homem - máquina.

[0106] O procedimento de controle 90 compreende também a etapa de aquisição de uma segunda informação I2 que diz respeito respectiva mente ao consumo de energia elétrica da rede elétrica 10, no instante de verificação tc-

[0107] De um modo vantajoso, a segunda informação I2 compreende um quarto conjunto de dados D4 compreendendo dados indicativos da energia elétrica EA que foi absorvida pela rede elétrica 10 durante a janela de tempo WT, até 0 instante de verificação tc.

[0108] O quarto conjunto de dados D4 pode compreender os dados medidos por um medidor de energia 50 associado operacional mente com a fonte de energia 100.

[0109] Se duas ou mais fontes de energia elétrica estiverem presentes, o quarto conjunto de dados D4 compreende vantajosamente os dados medidos e adquiridos a partir de cada um dos medidores de energia operacionalmente associados com as referidas fontes de energia elétrica.

[0110] O quarto conjunto de dados D4 também podem ser fornecido pelo dispositivo de comutação principal Bio da rede elétrica 10.

[0111] Neste caso, a absorção de energia da rede elétrica 10 pode ser medida diretamente por uma unidade de controle / proteção Tio do dispositivo de comutação Bio.

[0112] De acordo com uma forma de incorporação alternativa da presente invenção, o quarto conjunto de dados D4 pode compreender os dados fornecidos por um algoritmo de previsão que é executado no instante de verificação tc-

[0113] Outras formas de incorporação da presente invenção podem prover que o conjunto de dados D4 compreenda tanto os dados calculados obtidos por meio do referido algoritmo de previsão como os dados medidos, adquiridos a partir do medidor de energia 50 ou do dispositivo de comutação principal Bio.

[0114] Neste caso, os dados obtidos por meio do referido algoritmo de previsão são vantajosa mente usados para integrar os dados medidos diretamente no campo.

[0115] Depois de serem realizadas as etapas de carregamento das primeira e segunda informações li, I2, 0 procedimento de controle 90 provê 0 processamento adequado dos dados assim adquiridos (figura 10).

[0116] O procedimento de controle 90 compreende a etapa de atualizar 0 segundo conjunto de dados D2, se a energia absorvida EA pela rede elétrica 10 não estiver compreendida dentro dos níveis máximo e mínimo de energia EMAX, EMIN-

[0117] De preferência, a etapa de atualização do segundo conjunto de dados D2 compreende a etapa de aumentar 0 nível de desconexão LD que é atribuído à rede elétrica 10, se a energia absorvida EA pela rede elétrica 10 for maior do que 0 nível máximo de energia EMAX (figura 9).

[0118] De preferência, a etapa de atualização do segundo conjunto de dados D2 compreende também a etapa de diminuir 0 nível de desconexão l_Dque é atribuído à rede elétrica 10, se a energia absorvida EA pela rede elétrica 10 for menor do que o nível mínimo de energia EMIN (figura 8).

[0119] Se a energia absorvida EA pela rede elétrica 10 estiver compreendida na faixa de energia prevista (EMÃX, EMIN), O procedimento de controle não provê a atualização do conjunto de dados D2 adquirido, e nem do nível de desconexão l_Dda rede elétrica 10 (figura 7).

[0120] Neste ponto, 0 procedimento de controle 90 provê a modificação da configuração (e consequentemente do perfil de carga) da rede elétrica 10, de acordo com 0 nível de desconexão l_D(atualizado ou inalterado) que está atualmente atribuído para a rede 10 (figura 10).

[0121] O procedimento de controle 90 compreende, assim, a etapa de comandar 0 desligamento da fonte de energia elétrica 100 das cargas elétricas que estão disponíveis para desconexão, e que estão atribuídas com uma classificação R que é menor ou igual ao nível de desconexão LD que está atualmente atribuído à rede elétrica 10.

[0122] O procedimento de controle 90 compreende também a etapa de comandar a conexão com a fonte de energia elétrica 100 das cargas elétricas que estão disponíveis para conexão, e que estão atribuídas com uma classificação R que é maior do que 0 nível de desconexão l_Dque está atualmente atribuído à rede elétrica 10.

[0123] De preferência, 0 procedimento de controle 90 provê 0 gerenciamento da desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100 de duas ou mais cargas elétricas da rede elétrica 10 tendo uma mesma classificação R, de forma cronológica.

[0124] Se duas ou mais cargas elétricas, tendo uma mesma classificação R, precisam ser desconectadas da fonte de energia elétrica 100, 0 desligamento das referidas cargas é comandado em função do tempo de conexão, durante 0 qual as referidas cargas elétricas permaneceram conectadas com a fonte de energia elétrica 100.

[0125] Em particular, a desconexão das referidas cargas elétricas é comandada começando a partir da carga com 0 tempo de conexão mais longo, até a carga com 0 tempo de conexão mais curto.

[0126] Se duas ou mais cargas elétricas, tendo uma mesma classificação R, precisam ser reconectadas com a fonte de energia elétrica 100, a conexão das ditas cargas é comandada em função do tempo de desconexão, durante o qual as referidas cargas elétricas permaneceram desconectadas da fonte de energia elétrica 100.

[0127] Em particular, a conexão das referidas cargas elétricas é comandada começando a partir da carga com maior tempo de desconexão, até a carga tendo o menor tempo de desconexão.

[0128] De preferência, o procedimento de controle 90 compreende a etapa de conectar as cargas anteriormente desconectadas da rede elétrica 10, que permaneceram desconectadas da fonte de energia 100 por um tempo de desconexão maior do que um valor limite máximo. Esta intervenção é operada independentemente da classificação R dessas cargas elétricas.

[0129] Tal solução é muito vantajosa, uma vez que impede o assim chamado fenômeno de "carga com falta de alimentação", ou seja, o fato das cargas elétricas permanecerem desconectadas por um tempo muito longo, ou não receberem a energia média necessária para executarem suas funções.

[0130] Se a rede elétrica 10 compreender um ou mais geradores elétricos, o procedimento de controle 90 provê comandar a desconexão / conexão dos ditos geradores de acordo com condições de intervenção que são simétricas em relação àquelas descritas acima com relação às cargas da rede elétrica 10.

[0131] O procedimento de controle 90, portanto, compreende preferivelmente a etapa de comandar o desligamento da fonte de energia elétrica 100 dos geradores elétricos que estão disponíveis para desconexão, e que estão atribuídos com uma classificação R maior do que o nível de desconexão l_Dque está atualmente atribuído para a rede elétrica 10.

[0132] O procedimento de controle 90 também compreende, de preferência, a etapa de comandar a conexão com a fonte de energia elétrica 100 dos geradores elétricos que estão disponíveis para conexão, e que estão atribuídos com uma classificação R menor ou igual ao nível de desconexão LD que está atribuído atualmente para a rede elétrica 10.

[0133] Tal como para as cargas elétricas, o procedimento de controle 90 provê, de preferência, o gerenciamento da desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100 de dois ou mais geradores elétricos da rede elétrica 10 tendo uma mesma classificação R, de forma cronológica.

[0134] Como mencionado acima, as etapas do procedimento de controle 90 descrito são executadas em cada instante de verificação tc da janela de tempo WT.

[0135] O método, de acordo com a invenção, permite assim gerenciar ativamente a configuração da rede elétrica 10 durante toda a duração da janela de tempo WT.

[0136] Durante cada janela de tempo WT, é possível portanto fazer variar a configuração da rede elétrica 10, de modo a atingir a meta de consumo de energia ideal estabelecida para a dita janela de tempo.

[0137] Quando a janela de tempo WT termina (instante tE), o método, de acordo com a invenção, provê determinar um novo instante de referência ts e repetir o ciclo de etapas descritas para o gerenciamento do perfil de carga da rede elétrica 10, em relação a uma nova janela de tempo WT, que é medida a partir do novo instante de referência ts.

[0138] Também neste caso, o perfil de carga da rede elétrica 10 é gerenciado com o objetivo de atingir uma nova meta de consumo de energia estabelecida para a mencionada nova janela de tempo.

[0139] O método, de acordo com a invenção, permite assim manter continuamente sob controle o perfil de carga da rede elétrica 10.

[0140] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema de controle 1 para a implementação do método de acordo com a invenção.

[0141] O sistema de controle 1 pode ser arranjado de acordo com diversas arquiteturas de controle.

[0142] De acordo com uma forma de incorporação da presente invenção (figuras 2 e 3), o sistema de controle 1 é construído de acordo com uma arquitetura de controle centralizada.

[0143] Neste caso, o sistema de controle 1 compreende um controlador mestre 1M, que é provido de meios computadorizados para executar o método de acordo com a invenção.

[0144] Dentro do âmbito da presente invenção, o termo "meios computadorizados"refere-se a programas, módulos, rotinas e/ou instruções de software que ficam armazenados ou são carregados, e são executados por um ou mais dispositivos de processamento, como por exemplo microcontroladores ou outros dispositivos de processamento digital.

[0145] De um modo vantajoso, o controlador mestre 1M está eletricamente conectado com os dispositivos de comutação Bi, Bw, B12, B23, ..., βKQue estã° operativa mente associados com as cargas Liz Lio, L12, L23, ..., LK-

[0146] O controlador mestre 1M está configurado para enviar sinais de comando Ci, Cio, C12, C23, ... CK para os meios de atuação (por exemplo, bobinas ou motores de acionamento) dos dispositivos de comutação Bi, Bw, B12, B23, ..., BK, de modo a comandarem a desconexão / conexão das cargas Li, Lw, Lw, L23, ..., LK (e / ou possíveis geradores) da / à fonte de energia elétrica 100 (figura 2).

[0147] O controlador mestre 1M pode ser um dispositivo independente, estar integrado com 0 dispositivo de comutação principal Bw da rede elétrica 10, ou ser constituído pela unidade de controle / proteção Tw do dispositivo de comutação principal Bw.

[0148] Como uma alternativa (figura 3), 0 controlador mestre 1M é arranjado de modo a ser capaz de comunicar-se com as unidades de controle / proteção Ti, Tw, T12, T23, ..., TK dos dispositivos de comutação Bi, Bw, B12, B23, ..., BK, através de um barramento de comunicação.

[0149] Neste caso, os sinais de comando Ci, Cw, Cw, C23, ..., CK são enviados para as unidades de controle / proteção Ti, Tw, Tw, T23,---, TK dos dispositivos de comutação Bi, Bw, Bw, B23, ... , BK, as quais por sua vez ativam os meios de acionamento dos referidos dispositivos de comutação Bi, Bw, Bw, B23, -, BK de modo a desconectarem / conectarem as cargas Li, Lw, Lw, L23, ..., LK (e / ou possíveis geradores) da / à fonte de energia elétrica 100.

[0150] De acordo com outras formas de incorporação da presente invenção (figuras 4 e 5), 0 sistema de controle 1 compreende um controlador principal MA e um ou mais controladores secundários MB, Mc.

[0151] Cada um dos controladores de MA, MB, MC está configurado para comandar a desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100 de um grupo predefinido de cargas (e / ou possíveis geradores) da rede elétrica 10.

[0152] Como um exemplo, os controladores de MB, MC podem ser respectiva mente configurados para controlarem as cargas elétricas (e / ou possíveis geradores) dos ramos 10A, 10B da rede elétrica 10, enquanto que 0 controlador MA pode ser configurado para controlar uma ou mais cargas (e / ou possíveis geradores) do nível raiz (principal) da rede elétrica 10.

[0153] Cada um dos controladores de MA, MB, Mc pode ser um dispositivo independente, estar integrado com um dispositivo de comutação da rede elétrica 10, ou ser formado pela unidade de controle / proteção de um dispositivo de comutação da rede elétrica 10.

[0154] Os controladores MA, MB, Mc podem ser conectados com os dispositivos de comutação operativa mente associados com as cargas (e / ou possíveis geradores) sob seu controle direto, ou serem capazes de se comunicar através de um barramento de comunicação com as unidades de controle / proteção dos dispositivos de comutação operativa mente associados com as cargas (e / ou possíveis geradores) sob seu controle direto.

[0155] De preferência, os controladores MA, MB, Mc podem se comunicar mutuamente através de um barramento de comunicação.

[0156] De acordo com uma forma de incorporação da presente invenção (figura 4), o sistema de controle 1 é construído de acordo com uma arquitetura de controle de múltiplos níveis.

[0157] Neste caso, apenas o controlador principal MA é provido com meios computadorizados para executar as etapas do método, de acordo com a invenção.

[0158] O controlador principal MA está configurado para gerar sinais de comando para comandar a desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100 de cargas (e / ou possíveis geradores) sob seu controle direto.

[0159] A fim de comandar a desconexão / conexão das cargas elétricas (e / ou possíveis geradores) sob o controle dos controladores MB, Mc, o controlador principal MA fornece aos controladores MB, Mc sinais Si que são indicativos do nível de desconexão LD atribuído à rede elétrica 10.

[0160] Com base nos sinais Si, os controladores de MB, Mc geram sinais de comando para comandar a desconexão / conexão das cargas elétricas (e / ou possíveis geradores) que estão sob seu controle direto.

[0161] De acordo com uma outra forma de incorporação do presente invento (figura 5), o sistema de controle 1 é construído de acordo com uma arquitetura de controle distribuída.

[0162] Neste caso, cada um dos controladores MA, MB, Mc é provido com meios computadorizados para executar as etapas do método, de acordo com a invenção.

[0163] Cada um dos controladores MA, MB, MC está configurado para gerar sinais de comando para comandar a desconexão da / conexão à fonte de energia elétrica 100 de cargas (e / ou possíveis geradores) sob seu controle direto.

[0164] A fim de permitir que os controladores MB, MC executem independentemente as etapas do método de acordo com a invenção, o controlador principal MA fornece aos controladores MB, MC sinais S2 que são indicativos das primeira e segunda informações li, I2, a serem adquiridas em cada instante de verificação tc com relação à porção da rede elétrica 10 sob seu controle direto.

[0165] De preferência, os controladores secundários MB, MC estão sincronizados com 0 controlador MA.

[0166] De um modo vantajoso, 0 controlador principal MA também fornece aos controladores MB, Mc sinais de sincronização S3.

[0167] Possíveis formas de incorporação do presente invento podem prover que cada um dos controladores secundários MB, MC siga seu próprio ciclo de tempo enquanto mede a janela de tempo WT e determina os instantes de verificação tc.

[0168] O sistema de controle 1 pode ser implementado de acordo com arquiteturas de controle diferentes daquelas descritas acima. Considera-se que tais possíveis variantes estão dentro da capacidade de um técnico experiente no assunto.

[0169] O método e 0 sistema de controle de acordo com a presente invenção têm provado serem realmente eficientes no gerenciamento do perfil de carga de uma rede elétrica.

[0170] O método e 0 sistema de controle de acordo com a presente invenção são muito eficazes na redução da probabilidade de picos de demanda de energia.

[0171] O método e o sistema de controle, de acordo com a invenção, permitem controlar 0 perfil de carga de uma rede elétrica, levando em conta as condições de operação em tempo real da própria rede elétrica, em particular das suas cargas elétricas (e / ou geradores).

[0172] O perfil de carga de uma rede de elétrica pode ser controlado de acordo com curvas de carga, que podem ser facilmente programadas ou ajustadas para levar em conta o tempo de funcionamento atual (por exemplo, a hora do dia) da rede elétrica, os custos de energia, a disponibilidade de fontes de energia menos caras, e outros aspectos semelhantes.

[0173] O método e o sistema de controle, de acordo com o invento, oferecem por conseguinte uma maior flexibilidade aos transientes de energia em relação aos métodos que empregam a potência ou a corrente instantânea como uma base para a desconexão.

[0174] O sistema de controle, de acordo com a invenção, pode adotar diversas arquiteturas de controle, conforme as necessidades, como por exemplo arquiteturas de controle distribuídas, centralizadas, ou de múltiplos níveis.

[0175] Vantajosamente, o sistema de controle de acordo com a invenção pode ser implementado utilizando praticamente os recursos de hardware / software que já estão presentes na rede elétrica.

[0176] Assim, o sistema de controle de acordo com a invenção compreende, preferencialmente, uma ou mais unidades de controle / proteção operativa mente associadas a um ou mais dispositivos de comutação da rede elétrica, ou montadas junto com dos ditos dispositivos de comutação.

[0177] O sistema de controle, de acordo com a invenção, pode adotar sistemas de comunicação de uso comum, em especial barramentos de comunicação do tipo ponto-a- ponto (jjeer-to-peef) ou mestre-escravo, dispostos entre as unidades de controle/proteção dos dispositivos de comutação da rede elétrica, como por exemplo os protocolos de comunicação MODBUS ou os protocolos de acordo com o padrão IEC61850.

[0178] O sistema e método de controle de acordo com o invento são, portanto, particularmente adaptados para serem utilizados em redes de distribuição de energia ativadas digitalmente (redes inteligentes).

[0179] O método e o sistema de controle, de acordo com a invenção, são de realização relativamente fácil e eficaz em termos de custos, a nível industrial e implementação prática em campo.

Claims (13)

1. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica de baixa ou média tensão, compreendendo um método (1) para o gerenciamento do perfil de carga de uma rede elétrica (10), a dita rede elétrica sendo alimentada por pelo menos uma fonte de energia elétrica (100) e compreendendo uma ou mais cargas elétricas (Ll, LIO, L12 , L23, ..., LK), que podem ser desconectadas da referida fonte ou conectadas à referida fonte de energia elétrica, e um ou mais dispositivos de comutação controláveis (Bl, BIO, B12, B23, ..., BK) para desconectarem/conectarem as ditas cargas elétricas da/à referida fonte de energia elétrica, em que o método compreende as etapas de: - medição de uma janela de tempo (WT) a partir de um instante de referência (tS); - determinação de pelo menos um instante de verificação (tC) compreendido na referida janela de tempo (WT); - execução de um procedimento de controle (90) do perfil de carga no dito instante de verificação (tC), onde o referido procedimento de controle compreende as etapas de: - aquisição de uma primeira informação (II) referente ao estado de operação da referida rede elétrica (10), a dita primeira informação incluindo um primeiro conjunto de dados (Dl) compreendendo dados indicativos de uma classificação (R) atribuída a cada uma das referidas cargas elétricas no citado instante de verificação (tC), um segundo conjunto de dados (D2) compreendendo dados indicativos de um nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica no dito instante de verificação (tC), um terceiro conjunto de dados (D3) compreendendo dados indicativos de níveis máximo e mínimo de energia absorvida (EMAX, EMIN) previstos para a mencionada rede elétrica no referido instante de verificação (tC); - aquisição de uma segunda informação (12) relacionada ao consumo de energia elétrica da dita rede elétrica (10), a referida segunda informação incluindo um quarto conjunto de dados (D4) compreendendo dados indicativos da energia (EA) que foi absorvida pela referida rede elétrica até o dito instante de verificação (tC); - atualização do dito segundo conjunto de dados (D2), se a energia absorvida pela referida rede elétrica não estiver compreendida dentro dos referidos níveis mínimo e máximo de energia; - comandar a desconexão da referida fonte de energia elétrica das cargas elétricas que estão disponíveis para desconexão, e que estão atribuídas com uma classificação (R) menor ou igual do que o nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica; - comandar a conexão com a referida fonte de energia elétrica das cargas elétricas previa mente desconectadas que estão disponíveis para conexão, e que estão atribuídas com uma classificação (R) maior do que o nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica; caracterizado por a referida etapa de atualização do dito segundo conjunto de dados (D2) compreender: - o aumento do nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica (10), se a energia absorvida pela citada rede elétrica for maior do que o mencionado nível máximo de energia (EMAX); e - a diminuição do nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica (10), se a energia absorvida pela dita rede elétrica for menor do que o citado nível mínimo de energia (EMIN).

2. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida primeira informação (II) compreender um quinto conjunto de dados (D5), que inclui os dados indicativos da disponibilidade das referidas cargas elétricas a serem desconectadas da/conectadas à citada fonte de energia elétrica, no referido instante de verificação (tC).

3. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o referido procedimento de controle (90) compreender a etapa de atualização do dito quinto conjunto de dados (D5), se uma ou mais cargas elétricas forem comandadas para serem desconectadas da/conectadas à referida fonte de energia elétrica (100).

4. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a citada rede elétrica (10) compreender um ou mais geradores elétricos (Gl, GM), que podem ser desconectados da/conectados à referida fonte de energia elétrica, com a dita primeira informação (II) incluindo um sexto conjunto de dados (D6), que compreende dados indicativos de uma classificação (R) atribuída a cada um dos ditos geradores elétricos no dito instante de verificação (tC), onde o referido procedimento de controle (90) compreende as etapas de: - Comandar a desconexão da referida fonte de energia elétrica (100) dos geradores elétricos que estão disponíveis para desconexão, e que estão atribuídos com uma classificação (R) maior do que o nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica (10); - Comandar a conexão com a referida fonte de energia elétrica (100) dos geradores elétricos previamente desconectados que estão disponíveis para conexão, e que estão atribuídos com uma classificação (R) igual ou inferior ao nível de desconexão (LD) atribuído à referida rede elétrica (10).

5. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a referida primeira informação (II) incluir um sétimo conjunto de dados (D7), que compreende dados indicativos da disponibilidade dos ditos geradores elétricos para serem desconectados da/conectados à referida fonte de energia elétrica (100), no mencionado instante de verificação (tC).

6. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o referido procedimento de controle (90) compreender a etapa de atualização do citado sétimo conjunto de dados (D7), se um ou mais geradores elétricos forem desconectados da/conectados à referida fonte de energia elétrica.

7. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o referido procedimento de controle (90) compreender a etapa de comandar a conexão com a referida fonte de energia elétrica (100) das cargas elétricas anteriormente desconectadas, que permaneceram desconectadas da citada fonte de energia elétrica por um período de tempo predeterminado.

8. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a desconexão da referida fonte de energia elétrica (100) das cargas elétricas, tendo uma mesma classificação (R), ser comandada em função do tempo de conexão, durante o qual as ditas cargas elétricas permaneceram conectadas com a referida fonte de energia elétrica.

9. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a conexão com a referida fonte de energia elétrica (100) das cargas elétricas anteriormente desconectadas, tendo uma mesma classificação (R), ser comandada em função do tempo de desconexão, durante o qual as referidas cargas elétricas permaneceram desconectadas da citada fonte de energia elétrica.

10. Método para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a referida segunda informação (12) ser adquirida a partir de um medidor de energia (50) associado operativa mente com a mencionada fonte de energia elétrica (100).

11. Sistema de controle para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica caracterizado por implementar o método (1) conforme descrito em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Sistema de controle para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender uma ou mais unidades de controle/proteção (Tl, TIO, T12, T23, ..., TK) operacional mente associadas ou montadas junto com um ou mais dispositivos de comutação da rede elétrica.

13. Sistema de controle para gerenciar o perfil de carga de uma rede elétrica, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado por uma rede elétrica (10) compreender tal sistema de controle.

Images