Curso de Especialização em Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grids) – CEREI-SG 2019

1ª Edição -1ª Turma

APRESENTAÇÃO

A Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) por meio do Advanced Power Technologies and Innovations In Systems and Smart Grids Group (aPTIs-SG²) (https://smartgrids.unifei.edu.br/cerei-sg/), oferece de forma pioneira, o curso CEREI-SG destinado a capacitar profissionais em assuntos pertinentes às áreas de Redes Elétricas Inteligentes e Fontes Renováveis.

O CEREI-SG agrega valor a todos os profissionais com interesse na modelagem, análise e compreensão dos impactos tecnológicos, econômicos, regulatórios e sociais das Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grids) no mercado do setor elétrico.

PÚBLICO ALVO

O curso é aberto a todos os profissionais de nível superior, preferencialmente engenheiros eletricistas com formação em sistemas de potência, que tenham interesse em atuar ou que já atuam na área de sistemas elétricos em concessionárias de energia (geradoras, transmissoras e distribuidoras), órgãos de regulamentação, fiscalização, ou operação (ANEEL, ONS, etc.), empresas de consultoria, indústrias, fabricantes, universidades e centros de pesquisa. O curso agrega valor a todos os profissionais com interesse na modelagem, análise e compreensão dos impactos tecnológicos, econômicos, regulatórios e sociais das Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grids) no mercado do setor elétrico.

CALENDÁRIO & REALIZAÇÃO

O início das atividades está previsto para Julho/2019 (com data a definir).

Os módulos terão as suas disciplinas ministradas mensalmente, ao longo de uma semana (5 dias), das 8h às 17:30h, com uma hora de intervalo para almoço e coffe-breaks de 20 minutos no período da manhã e no período da tarde em Itajubá, Sul de Minas Gerais.

Completados os módulos  e cumpridas todas as formalidades, conforme regulamento interno do curso, o que inclui a apresentação de uma monografia de especialização, o participante receberá da Universidade Federal de Itajubá um certificado de Especialista em Redes Elétricas Inteligentes.

Um certificado de aperfeiçoamento emitido pela FUPAI será entregue a cada módulo realizado.

A carga horária do CEREI-SG é de 400 horas estando assim dividida:

• aulas expositivas: 216 horas
• palestras: 18 horas
• realização de exercícios/ trabalhos extraclasse: 76 horas
• realização de seminários: 18 horas
• aulas práticas: 36 horas
• realização de simulações computacionais: 36 horas

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

Modulo 1 - Métodos Computacionais para Redes Ativas

• Revisão de Álgebra Linear e Calculo Numérico
• Modelagem e Programação em MATLAB / Simulink
• Otimização, Estatística e Machine Learning
• Aplicações
• Introdução à Matemática aplicada e  ao Matlab/Simulink
• Conceito geométrico e físico de autovalores e autovetores
• Matriz exponencial e relação com autovalores e autovetores
• Sistemas Dinâmicos e Aplicações Computacionais Matlab/Simulink 
• Espaço de Estados e Domínio da Frequência
• Diagrama de blocos básicos e simulações no workspace do Matlab e Simulink
• Sistemas de Equações Ax=b e implicações
• Matrizes A quadradas e invertíveis ou não-invertíveis 
• Definição de matriz inversa, similar, adjunta e matriz de cofatores
• Matrizes A retangulares e possíveis soluções para Ax=b 
• Soluções Ax=b usando conceitos de matriz inversa e pseudo-inversa
• Pseudo-inversa e o conceito de mínimos quadrados
• Pseudo-inversa e decomposição em autovalores e autovetores à esquerda e à direita
• Aplicações no ambiente matlab
• Ajuste de curvas usando mínimos quadrados e o conceito de pseudo-inversa

Modulo 2 - Redes Ativas e Inteligentes - Visão Integrada

• Arquiteturas e Novos Paradigmas 
• Arquiteturas
• Funções
• Prosumer
• Modelos de Negócios
• Integração de Renováveis
• Eólicas
• Fotovoltaicas
• Eletrônica de Potencia: Conversores de Fonte de Tensão; FACTS
• Armazenamento de Energia
• Introdução, Tecnologias, Exemplos de Aplicações: Benefício; Histórico;
• Contexto Internacional
• Estabilização e Qualidade de Sistemas Elétricos de Potência
• Desacoplamento no tempo entre Geração e Consumo
• Big Data Management, Analytics and Visualização para Empoderar a Smart Grid
• Tendências e Impactos
• Desafios e Fatores Críticos de Sucesso

Modulo 3 – Aspectos Regulatórios e Conceitos Econômicos para Redes Inteligentes

• Modelo Econômico do Mercado Elétrico:
  • Principais modelos de formação de preço e o caso brasileiro;
  • Tipos de agentes e papel do comercializador;
  • Mercado atacadista e evolução para o mercado varejista;
  • Resolução 482 e evolução para as microredes;

• Gestão e Regulação dos ativos:
  • Gestão atual de ativos e processo de descentralização com microredes;
  • Remuneração e vida útil dos ativos;

• Mercado varejista, plataformas e principais produtos de negociação:
  • Estrutura e regras para um mercado varejista;
  • Consumidor varejista e comercializador varejista;
  • Plataformas computacionais para negociação;
  • Novos produtos e papel da distribuidora.

• Tarifas de energia e de uso da rede elétrica;
  • Formação das tarifas de uso distribuídas;
  • Regionalização das tarifas considerando as microredes;
  • Incorporação de sinais locacionais, sinais horários, sinais de qualidade;

• Automação e sinais de preço;
  • Automação da gestão de energia utilizando sinais de preço;
  • Incorporação de IoT nos equipamentos residenciais e comerciais;

• Investimentos em equipamentos de controle e geração distribuída
  • Viabilização econômica da Geração Distribuída e do Armazenamento;
  • Formas de introdução da PV nas microredes: rooftop ou fazendas;
  • Penetração da regulação para viabilizar investimentos;
  • Criação do mercado em midroredes;

Modulo 4 - Modelagem e Simulação em Sistemas Inteligentes

• Fluxo de Carga - Clássico e Formulações para Redes Complexas
  • Breve revisão fluxo de carga em redes de transmissão e distribuição
  • Fluxo de carga considerando “droop” em redes de transmissão e distribuição ilhados
  • Efeitos de inserção de GD em redes de distribuição
  • Análise de uma “rede” de microrredes. Unificação de fluxo de carga para diferentes sistemas.

• Simulação via OpenDSS com inclusão de GD
  • Apresentação do DSS e suas características
  • Simulação dinâmica para diferentes tipos de GD
  • Efeitos na estabilidade transitória para diferentes contingências

• Estimação de Estado
  • Fundamentos de estimação de estado
  • Uso de PMU e aplicações em redes ativas

• Modelagem para Estudos de Métricas de Qualidade
  • Definição de novas métricas de qualidade considerando redes ativas
  • Avaliação de métricas considerando diferentes níveis de penetração de GD.
  • Efeitos da intermitência nas métricas e papel de armazenadores.

• Modelagem Região de Segurança – Estabilidade
  • Apresentação do Organon
  • Identificação de áreas coerentes para estudos de região de segurança
  • Avaliação da segurança operativa estática e dinâmica com o uso do Organon

Modulo 5 - Tecnologias de Comunicação e Informação

Comunicação de dados

• Canais de comunicação dedicado e compartilhado

• Técnicas de comutação
  • Comutação de circuitos
  • Comutação de mensagens
  • Comutação de pacotes

• Canais de comunicação
  • Par metálico
  • Fibra óptica
  • Rádio
  • Telefonia móvel
  • Satélite

• Protocolos de comunicação
  • Modelo de referência OSI
  • Definição, conceitos e parâmetros de camada física: Teoria da capacidade do canal (C=B e RSR); Atenuação em meios cabeados: elétricos e ópticos; Atenuação em meios sem fios
  • Modelo de propagação no espaço livre.
  • Modelo simplificado apresentado por Rappaport.
  • Projeto de radio enlace
  • Tecnologias e equipamentos para a camada de enlace: Ethernet; Wifi; Wimax; ZigBee; PLC
  • Protocolos da camada de rede: Protocolo entre redes (IP - Internet Protocol), equipamentos e evolução; até o IPv4; IPv4
  • Endereçamento
  • Projeto de redes de computadores (configuração manual de
  • endereços)
  • Protocolo DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
  • Protocolos de roteamento entre redes:
  • RIP Routing Information Protocol
  • BGP Border Gateway Protocol
  • Deficiências do IPv4 que impulsionaram o desenvolvimento do
  • IPv6
  • IoT (Internet of Things) com foco a redes elétricas
  • Protocolos da camada de transporte: UDP; TCP; SCTP
  • Protocolos da camada de sessão: SIP; Aplicações para SG; Linguagens CIM

• Tecnologias de Comunicação para Smart Grid
  • Tecnologias de Comunicação: Séries IEEE 802; Comunicações móveis; MPLS; PLC (Power Line Communication)
  • Normas para trocas de informações: Padrões para medição inteligente; Modbus; DNP3; IEC61850; XML
  • IEC61850 do ponto de vista da engenharia de comunicações
  • Tecnologias de Comunicação e Informação aplicadas a redes elétricas inteligentes
  • Sistemas Multi Agentes
  • Interoperabilidade
  • Histórico e legado dos sistemas de telemetria e tele-controle para o sistema elétrico de Potencia

• Novo Sistema SCADA

• Normas Nacionais e Internacionais

Módulo 6 - Processamento de Sinais para Smart Grids e Proteção

• Introdução ao Processamento de Sinais
  • Teoria da amostragem
  • Equação de diferenças
  • Transformadas de Fourier no tempo discreto
  • Filtros baseados em Fourier, DFT, LMS, Phaselets, etc..
  • Resposta em frequência de filtros digitais para proteção
• Aspectos de Medição e Proteção
  • Transformadores e Transdutores para Medição/Proteção
  • Circuitos de condicionamento e conversão
• Técnicas de Processamento de Sinais no Contexto de Smart Grids
  • Análise Tempo-Frequência
  • SWRDFT
  • Banco de Filtros
  • Wavelet
• Aplicações de PDS em Qualidade de Energia:
  • Distúrbios e Distorções em Qualidade de Energia
  • Variações de Tensão de Curta Duração (Voltage Dip; Voltage Swell, desbalanceamento)
  • Harmônicos, Inter-harmônicos e Supra-harmonicos;
  • Flutuação de tensão e Flicker
  • Medição de Frequência
  • Estudo de Casos
• Aplicações de PDS em Sistemas de Potência
  • Medição de Impedância
  • Detecção de Ilhamento
  • Estudo de Casos (Matlab / Simulink)
• Algoritmos para funções:
  • Proteção de sobrecorrente
  • Proteção direcional
  • Proteção diferencial com restrições por harmônicos
  • Proteção de distância
  • outras proteções inteligentes
• Algoritmos para localização de faltas em redes elétricas
  • tipos de faltas de alta impedância em redes de distribuição
  • baseada em ondas viajantes, T Wavelet e outros filtros
  • baseado em técnicas de comunicação
• Algoritmos para PMU
• Algoritmos para Redes e microrrredes com GD, ilhadas ou não
• Algoritmos de proteção adaptativa
• Técnicas futuras usando Merging Units, IEC 61850, etc.

Modulo 7 - Otimização de Redes Ativas e Micro Redes; Métodos Analíticos e Métricas Integradas da Qualidade do Desempenho Elétrico de Redes Complexas

• Optimização Clássica
• Programação Linear
• Programação Não Linear
• Programação Dinâmica
• Programação Estocástica
• Programação Heurística
• Algoritmos Evolutivos
• Genetic Algorithms
• Particle Swarm
• Ant Colony
• Redes Neurais
• Sistemas Experts
• Fuzzy Logic
• Entrelaçamento de Parâmetros de Desempenho

Modulo 8 - Considerações Filosóficas, Sociais e Ambientais

• Visão Geral
  • Considerações Gerais
  • Considerações Gerais e Filosóficas Sobre o Futuro da Infraestrutura de Transmissão
  • A Visão Geral do Mapa Tecnológico
  • Visão do Sistema de Geração e Transmissão de Furnas      
  • Rota Tecnológicas 
  • Os Desafios
  • Futuro Desejado
  • Situação Internacional
  • Projetos
  • Roadmap para as Áreas Especificas de Desafios
  • Estrutura para as Rotas Tecnológicas – Estratégica
  • Marcos Regulatórios            
  • Integração de Sistemas de Corrente Contínua  e  FACTS
  • Integração com Distribuição
  • Integração de Fontes Renováveis e Impacto da Geração Distribuída
  • Desafios  Ambientais
  • Desafios Econômicos
  • Desafios de Segurança
  • Visão Futura
  • Recomendações    
  • Cronograma da Rota Tecnológica 
  •  
• Framework e Rota Tecnológica para Projetos de Redes Inteligentes
  • SGAM  Europa
  • DOE/NIST  USA
  • Modelos Brasileiros
• Design Holístico
  • Normas de Projetos
• Dimensões Sociais da Infraestrutura das Redes Elétricas

Modulo 9 – Modelagem Regulatória e Econômica do Smart Market

• Modelo Econômico do Mercado Elétrico Regulado
  • PRORET - ANEEL
  • Natureza da energia elétrica como um ativo comercializável: aspectos físicos e financeiros
  • Variáveis fundamentais das transações de energia elétrica - Receita, Tarifa, Quantidade, Utilidade, Excedente, Custos, Valor adicionado e Bem-estar socioeconômico
  • Organização dos ativos físicos e financeiros: Segmentação do processo produtivo de energia elétrica
  • O Modelo TAROT – Tarifação Otimizada
• Modelagem do Prosumer
  • A vontade de consumir energia elétrica e a competição de outros ativos
  • O processo de otimização da utilidade total.
  • O consumo em função da tarifa e da renda
  • O consumo agregado – Efeitos da desigualdade de renda. Métodos de desconcentração do consumo.
  • O papel das redes inteligentes.
• Modelagem da Empresa
  • Demonstrativo de valor adicionado
  • O marco regulatório
  • Receita permitida e tarifa de referência
  • Equilíbrio Econômico Financeiro (EEF)
  • A empresa em equilíbrio econômico e financeiro
  • Taxas regulatórias e risco: Modelos CAPM e M&M
• Modelagem Econômica do Mercado Elétrico Otimizado
  • A empresa com alocação ótima dos investimentos
  • Desafios para a estruturação e regulação de sustainable Smart Markets
  • A inserção de prosumers no modelo econômico do mercado elétrico inteligente
  • A otimização do Smart Market através do conceito de utilidade e maximização do surplus do consumidor
  • Modelos econômico-regulatórios para serviços de armazenagem de energia ativa e gerenciamento de energia reativa e sua remuneração
  • Modelo integrado de negócios no Smart Market sob a ótica de agregação de valor econômico (Smart TAROT)
• Riscos no Contexto de Smart Grids
  • Riscos físicos e financeiros – uma metodologia para tratamento integrado
  • Modelo de Von Neumann e Morgerstern
  • Teoria de Markowitz
  • Aplicações ao cálculo e administração dos riscos
  • Avaliação e priorização de projetos de melhoria da qualidade
  • Modelagem dos agentes do mercado elétrico inteligente quanto à sua aversão ao risco baseado na função utilidade de Von-Neumann e Morgerstern e no plano de risco x retorno de Markowitz
  • Estudos de casos com redação e apresentação de artigos técnico-científicos para congressos e revistas.

Modulo 10 - Estudo de Casos

• Integração de Renováveis
  • Estado da Tecnologia
• Fazendas Eólicas
  • Propriedades
  • Variação da Velocidade do Vento
  • Geração Esperada
  • Modelos e Simulações (Matlab e OpenDSS)

• Plantas de Fotovoltaicas
  • Propriedades
  • Requisitos de Espaço
  • Nuvens e Variações Rápidas de Produção
  • Modelos e Simulações (Matlab e OpenDSS)
• Integração de Armazenamento
  • Modelos e Simulações (Matlab e OpenDSS)
• Impacto na Qualidade e Robustez da Rede

INFRA-ESTRUTURA

O Curso de Especialização CEREI-SG será realizado na cidade de Itajubá, Sul de Minas Gerais nas instalações da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI.

COORDENAÇÃO

Prof. Antonio Carlos Zambroni de Souza -  UNIFEI - zambroni@unifei.edu.br

Prof. Paulo Fernando Ribeiro – UNIFEI - pfribeiro@ieee.org