Sistema e método para diagnósticos automáticos e em tempo real em redes elétricas

  • Número do pedido da patente:
  • BR 10 2013 008594 4 A2
  • Data do depósito:
  • 09/04/2013
  • Data da publicação:
  • 07/07/2015
Inventores:
  • Classificação:
  • G06F 19/00
    Equipamentos ou m?todos de computação digital ou de processamento de dados, especialmente adaptados para aplica??es espec?ficas;
    ;
    H02J 13/00
    Disposi??es de circuitos para fornecer indicação ? dist?ncia das condi??es da rede, p. ex. um registro instant?neo da condi??o de abertura ou de fechamento de cada disjuntor da rede; Disposi??es de circuitos para fornecer o controle ? dist?ncia dos meios de liga??o em uma rede de distribui??o de energia, p. ex. liga??o ou desligamento de consumidores de corrente por meio de sinais de pulsos codificados transmitidos pela rede;
    ;
    G01R 31/02
    Disposi??es para teste das propriedades el?tricas; Disposi??es para localiza??o de defeitos el?tricos; Disposi??es para teste el?trico caracterizados pelo que est? sendo verificado, n?o inclu?da em outro local; / Teste de aparelhos, linhas, ou componentes el?tricos para neles apurar a presen?a de curtos-circuitos, descontinuidades, fugas, ou liga??es defeituosas de linhas;
    ;

SISTEMA E MÉTODO PARA DIAGNÓSTICOS AUTOMÁTICOS E EM TEMPOREAL EM REDES ELÉTRICAS. A presente invenção proporciona um sistema e método para realizar diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos nlocalizados em redes elétricas, como por exemplo, redes de transmissão e geração de energia elétrica. O sistema e método da invenção compreende o uso de regras genéricas que consistem na correlação de eventos, especialmente aplicadas em redes elétricas com constantes modificações de topologia.

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Documento

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

Sistema e Método para Diagnósticos Automáticos e em Tempo Real em Redes Elétricas

Campo da Invenção

A presente invenção se situa no campo da Engenharia Elétrica. Mais especificamente, a presente invenção proporciona um sistema e método para realizar diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos localizados em redes elétricas como, por exemplo, redes de transmissão e geração de energia elétrica. O sistema e método da invenção compreende o uso de “regras genéricas”, que compatibilizam as enormes quantidades de pontos de diagnóstico com as capabilidades de sistemas, de forma a proporcionar a correlação de eventos, especialmente aplicados para redes elétricas com constantes modificações de topologia.

Antecedentes da Invenção

Os centros de supervisão e controle das modernas redes de transmissão e distribuição de energia elétrica têm a complexa tarefa de gerenciar redes grandes e geograficamente abrangentes. Tais centros adquirem uma grande quantidade de dados sobre a rede elétrica, possibilitando assim o diagnóstico e a localização de condições de anormalidade no sistema. Nos centros de controle modernos existem sistemas responsáveis pelo acompanhamento da carga no sistema, pela análise de contingências, pela análise de curtos-circuitos, dentre outras funções. Entretanto, o conhecimento especialista de operadores humanos ainda é indispensável para supervisionar o sistema e tomar decisões críticas, principalmente em situações de emergência. Em tais situações, são normalmente geradas grandes quantidades de eventos (indicando situações potencialmente anormais), um efeito cascata muitas vezes originado por uma única falha. Existem registros de situações críticas em centros de controle em que os operadores receberam mais de 1.500 eventos em um único segundo.

O grande volume de eventos em situações críticas é um problema para a operação do sistema, pois aumenta o tempo de diagnóstico e de reação dos operadores, que têm que “digerir” todo o surto de eventos para identificar os reais problemas no sistema. Dessa forma, nos momentos críticos, quando, devido à gravidade da situação e à quantidade de clientes afetados, o diagnóstico deve ser realizado o mais rápido possível para que ações corretivas possam ser executadas, o tempo levado pelos operadores para descobrir o que está realmente acontecendo na rede elétrica é muito maior. Além disso, humanos estão sujeitos a cometer erros em situações de estresse, e um diagnóstico incorreto pode agravar ainda mais a situação uma vez que uma ação corretiva equivocada pode danificar um equipamento ou propagar os efeitos de uma falha localizada para outras partes do sistema.

Empresas e grupos de pesquisa têm pesquisado e desenvolvido técnicas e aplicações para o diagnóstico de falhas em diversos tipos de redes como redes de computadores, redes elétricas e redes de telecomunicações. Aparentemente eles não têm considerado a possibilidade de aplicar uma técnica ou aplicação desenvolvida para um tipo de rede nos demais tipos. Mais precisamente, a maioria das técnicas de diagnóstico e correlação de eventos utilizados em redes de computadores e redes de telecomunicações não tem sido aplicada no diagnóstico de falhas em redes elétricas, apesar de não existir nenhum impedimento teórico para isso. Talvez por esse fato exista um razoável número de aplicações comerciais para diagnóstico de falhas em redes de computadores e redes de telecomunicações, e um número bastante reduzido de aplicações para redes elétricas. Além disso, um outro problema é o número excessivo de regras para modelar um único problema.

O raciocínio envolvido no diagnóstico de falhas em sistemas de potência é eminentemente simbólico, o que viabiliza a sua automatização através de sistemas. Esse fato levantou a possibilidade de se utilizarem aplicações baseadas em conhecimento para o processamento automático de eventos, permitindo associar uma série de eventos correlatos com uma única causa-raiz.

Um fator crucial para o sucesso de um sistema de correlação de eventos é a escolha de uma técnica de correlação de eventos que seja adequada ao ambiente no qual o sistema vai realizar seus diagnósticos.

Devido à existência de uma base de conhecimento parcial na forma de regras de correlação, criada para um projeto anterior não completado, escolheu-se a técnica mais fácil de ser implementada de acordo com a situação: o raciocínio baseado em regras. Outra vantagem dessa escolha é o fato de o cliente já ter uma experiência anterior na confecção das regras, o que facilitaria a complementação da base de conhecimento. Porém essa escolha resultou em dois grandes problemas:

•    O grande número de regras necessárias para modelar os problemas da rede;

•    Manutenções constantes devido a modificações na topologia da rede.

Por exemplo, para modelar apenas as falhas da parte ínfima linhas de transmissão supervisionadas atualmente, são necessárias 1.334 regras. Supondo que cada um dos centros regionais tenha aproximadamente o mesmo número de equipamentos e que as regras de linhas de transmissão representem metade do total de regras de cada centro, pode-se estimar que seriam necessárias mais de 10.000 regras para modelar todos os problemas de todos os equipamentos da rede de transmissão.

Em um caso específico, por exemplo, somente no mês de outubro de 2002, foram realizadas oito alterações na topologia de uma certa rede de linhas de alta tensão. Usando o raciocínio baseado em regras convencionais, seria necessário reescrever ou atualizar a base de regras sempre que ocorre uma modificação na topologia da rede. Com uma base com 10.000 regras, essa tarefa se torna bastante árdua, impossibilitando, na verdade, o efetivo emprego da técnica.

São conhecidas algumas publicações parcialmente relacionadas ao tema da presente invenção, mas sem, contudo, antecipá-la ou sequer sugeri-la. Exemplos incluem alguns artigos como:

•    ABOELELA E.; DOULEGERIS C., Fuzzy Temporal Reasoning Model for Event Correlation in NetWork Management, 24th Conference on Local Computer Networks, LCN'99, Lowell, Massachusetts, USA, pp.150-159, October 1999.

5    • BIELER, K.; GLAVITSCH, H. Evaluation of different Al-methods for fault

diagnosis in power systems. In:. International Conference on Intelligent System Application to Power Systems, 1994, Nanterre Cedex, France, v. 1, p. 209-216, 1994.

•    FIIYAMA, T. Current Status of Fuzzy System Applications in Power

10    Systems. Department of Electrical and Computer Engineering.

Kumamoto University, Kumamoto, Japan. 1999.

•    JOYA, G., Connectionist Solutions for Energy Management Systems. ESQNN’2000 proceedings - European Symposium on Artificial Neural Networks, Bruges, Bélgica. Abril 2000.

15    • LEE H.; PARK D.;AHN B.; PARK Y.; A Fuzzy Expert System for the

Integrated Fault Diagnosis, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 15, NO. 2, Abril, 2000.

•    LO C.; CFIEN S.; LIN B. Coding-based schemes for fault Identification in communication networks. John Wiley & Sons, Inc. New York, NY, USA,

20    1998.

•    KLIGER, S.; YEMINI, S.; YEMINI, Y.; OHSIE, D.; STOLFO, S. A coding approach to event correlation. In IFIP/IEEE International Symposium on Integrated Network Management, 4, p. 266-277. 1995.

•    MAMDANI, E. H. An experiment in linguistic synthesis with a fuzzy logic

25    controller. International Journal of Man-Machine Studies, Vol. 7, No. 1,

pp. 1-13, 1975.

•    MEIRA, D. A Model for Alarm Correlation in Telecommunications Networks. Tese de Doutorado em Ciência da Computação. Instituto de Ciências Exatas (ICEx) da UFMG. Belo Horizonte, Brazil, 1997.

•    OHSIE, D. A., Modeled Abductive Inference for Event Management and Correlation. Ph.D. Thesis. Graduate School of Arts and Sciences. Columbia University, 1998.

•    YEMINI, S.; KLIGER, S.; MOZES, E.; YEMINI, Y.; OHSIE, D. High Speed and Robust Event Correlation. IEEE Communications Magazine, p. 82-90, Maio, 1996.

•    YEMINI, Y.; YEMINI, S.; KLIGER, S. Apparatus and Method for Event Correlation and Problem Reporting, United States Patent 5,528,516, 1996.

No âmbito patentário, alguns documentos descrevem alguns sistemas e/ou métodos de monitoramento e diagnóstico em redes elétricas. As referências que circunscrevem a invenção sem, contudo, antecipá-la ou sequer sugeri-la, são listadas a seguir.

O documento US 5,388,189 descreve uma rede de dados onde são fornecidos alarmes que são filtrados para a eliminação de alarmes redundantes e também fornece diagnósticos.

O documento US 7,840,395 descreve um sistema elétrico, onde são proporcionadas análises de falhas em tempo real.

O documento US 2011/066301 descreve um sistema e método para monitoramento e controle de um sistema elétrico.

O documento US 2008/120080 descreve um sistema para filtragem de alarme e interpretação de dados em tempo real de um sistema elétrico.

O documento US 2012/022707 descreve uma rede elétrica, onde são monitorados os eventos ocorridos e fornece a visualização de dados.

O documento US 2011/282508 descreve uma plataforma de segurança que pode controlar a distribuição de energia elétrica e operações em uma rede de transmissão e de distribuição de energia elétrica em tempo real onde pode ser analisados os dados.

A presente invenção difere dos documentos citados, entre outras razões técnicas, por fornecer um sistema para a realização de diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos localizados em redes

de transmissão e geração de energia elétrica, através de regras denominadas “regras genéricas", onde estas regras utilizam correlação de eventos, preferencialmente desenvolvidas para redes com constantes modificações de topologia. A presente invenção une o conceito baseado em regras com o conceito baseado em modelos e que facilita e agiliza a construção da base de conhecimento, além de diminuir a necessidade de atualização devido a mudanças na topologia da rede elétrica. A presente invenção proporciona um número reduzido de regras necessárias para modelar os problemas em uma rede elétrica ao permitir que uma mesma regra possa ser reutilizada por vários equipamentos.

Sumário da Invenção

A presente invenção fornece um método para realizar diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos localizados em redes de transmissão e geração de energia elétrica através de regras denominadas “regras genéricas”. O método da presente invenção une o raciocínio baseado em regras com o raciocínio baseado em modelos e que facilita a construção da base de conhecimento, além de diminuir a necessidade de atualização devido a mudanças na topologia da rede elétrica. O método da presente invenção fornece um número reduzido de regras necessárias para modelar os problemas na rede elétrica ao permitir que uma mesma regra possa ser reutilizada por vários equipamentos.

É, portanto, um objeto da presente invenção um método para realizar diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos localizados em redes de transmissão e geração de energia elétrica, referido método compreendendo as etapas de:

i.    atualizar o estado de todos os equipamentos;

ii.    iniciar estruturas de dados;

iii.    criar diagnósticos; e

iv.    atualizar o estado dos equipamentos com os sintomas da rede.

Em um outro aspecto, sendo portanto um outro objeto da invenção, é provido um método onde regras genéricas são aplicadas sobre classes de equipamentos, referido método compreendendo as etapas de:

i.    checar se equipamento está conectado (energizado) ou não conectado

ii.    checar se equipamento estava conectado (energizado) ou não conectado;

iii.    inserir regra(s) e/ou macro(s) e/ou atributo(s) ao(s) equipamento(s) e/ou tipo(s) de equipamento(s);

iv.    gerar diagnósticos para cada equipamento E, para cada regra R em equipamento e para cada atributo A em equipamento através de condição de existência e condição de ativação;

v.    substituir variáveis no texto do(s) diagnóstico(s); e

vi.    enviar diagnóstico(s).

O método da invenção pode adicionalmente compreender as seguintes etapas:

vii.    Remover diagnóstico(s) com sintoma(s) expirado(s);

viii.    Recuperar diagnósticos com sintomas da rede; e

ix. Adicionar sintomas no equipamento associado.

onde as ditas regras genéricas são aplicadas sobre classes de equipamentos, traduzindo se a linha de transmissão está ou não conectada a algum equipamento energizado.

Preferencialmente, um equipamento pode possuir vários equipamentos associados, e, por sua vez, um equipamento associado pode possuir vários equipamentos associados.

O método da presente invenção preferencialmente utiliza a lógica Causa-Raiz para recuperar diagnósticos com sintomas na rede.

O método da presente invenção preferencialmente utiliza a lógica Primitivas Topológicas para informar a topologia atual da rede na geração dos diagnósticos.

A presente invenção proporciona um sistema capaz de realizar diagnósticos automáticos e em tempo real de falhas em equipamentos localizados em redes de transmissão e geração de energia elétrica através de regras denominadas “regras genéricas".

Em um aspecto, a presente invenção proporciona um sistema

compreendendo:

i)

Meios para geração da topologia;

ü)

Meios para interligar redes;

iii)

Meios para manter uma representação da topologia da

ív)

rede elétrica;

Meios para gerar diagnósticos através de regras genéricas

v)

com base nas informações colhidas;

Meios para gerar as telas dos diagnósticos;

vi)

Meios para geração de relatórios.

O sistema da invenção pode adicionalmente compreender:

vii) Meios para informar a disponibilidade de funcionamento cada módulo do sistema.

Preferencialmente, referidos meios para geração da topologia podem ser uma concretização denominada “Topogiggio”, onde este acessa as tabelas do sistema se gerenciamento da rede elétrica, como por exemplo, Sage (Sistema Aberto de Supervisão e Controle) e gera arquivos XML contendo a topologia completa da rede elétrica.

Preferencialmente, os referidos meios para interligar redes pode ser um Gateway, que acessa sistema se gerenciamento da rede elétrica, como por exemplo, o Sage (Sistema Aberto de Supervisão e Controle) para recuperar em tempo real alarmes, eventos, grandezas analógicas e/ou estados de abertura de todos os disjuntores e chaves da rede elétrica.

Preferencialmente, os referidos meios para atualizar o estado da topologia podem ser uma concretização denominada “Model”, que acessa o Gateway. Possui um filtro de ruído que avalia se as informações recuperadas do sistema, sendo corretas ou não, caso não estejam, alarmes ou eventos são

removidos ou inseridos, de forma que, ao final o estado da topologia fique consistente.

Breve Descrição das Figuras

5    A figura 1 mostra um sistema de análise de causa-raiz com informações

do Smart Alarm e topologia sendo (RPF) Relações de Propagação de Fluxo, (MBF) Modelo Baseado em Fluxo, (FD) Filtro de Diagnósticos, (FE) Filtro de Equipamento, (Ml) Modelo Intermediário, (RP) Regras de Propagação, (C) Cronologia e (MF) Modelo Final.

10    A figura 2 mostra um exemplo de topologia.