Artigo da Disciplina - Smart Grids For Smart Cities - Introdução

Hoje começo a realizar diversos posts relacionados ao artigo que estou desenvolvendo na disciplina Smart Grids For Smart Cities. Irei disponibilizar diversas informações que podem contribuir com área de pesquisa. Assim, hoje relato um pouco sobre os conceitos de Smart Grid, Self-Healing e Inteligência Artificial.

Sistemas elétricos de potência (SEP) atuam na geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, assim para promover a eficiência e a confiabilidade destes sistemas, diversos avanços tecnológicos nas áreas de automação, computação, telecomunicação e engenharias tem contribuído com foco no desenvolvimento de tecnologias para atuarem diretamente nos SEP [1], [2]. A partir da conjuntura destas diversas áreas do conhecimento para estimular avanços tecnológicos nas infraestruturas elétricas, desenvolveu-se as Smart Grid [2].

Smart Grid é uma rede de fornecimento de energia totalmente automatizada, que busca garantir o fluxo bidirecional de eletricidade e informações entre a usina, o dispositivo e todos os pontos intermediários, por meio do monitoramento e controle de todos os clientes e nós [3]. De acordo com [4], Smart Grid utilizam tecnologias computacionais de monitoramento, controle e comunicação, com objetivo de promover maior confiança, segurança e eficiência (econômica e energética) de geradores e distribuidores de energia. [5], [6] acrescentam ainda que as Smart Grid também tem como propósito a melhoria da durabilidade dos sistemas, por meio da integração de fontes de energias alternativas e renováveis, bem como o uso de controles automatizados e sistemas de comunicação.

A utilização de Smart Grid pode proporcionar benefícios como self-healing, que é um dos recursos mais importantes para que uma rede seja considerada inteligente [7],[8],[9]. Este conceito refere-se a capacidade que a rede de distribuição possui para se recuperar diante de um distúrbio, isolando um problema e restaurando as cargas no menor tempo possível assim, reduzindo o número de clientes afetados [10]. O uso de self-healing melhora a confiabilidade e qualidade do sistema de distribuição, sendo um diferencial frente aos sistemas tradicionais de distribuição [11]. Várias são as maneiras de fazer uso de self-healing, desde de lógica nos próprios Intelligent Eletronic Devices (IEDs), ao uso de Inteligência Artificial (IA) [12].

Buscando melhorar a proteção, a IA pode ser empregada para sanar problemas relacionados a falhas causadas por distúrbios das Smart Grid e na implementação de self-healing [13] .Aplicação de técnicas de IA na análise da confiabilidade de sistemas de energia tem tido um impulso crescente nas últimas décadas, porque elas provaram ser capazes de superar desvantagens significativas de métodos mais tradicionais [14]. De acordo com [15], [16], a IA auxilia no aspecto operacional, no suporte ao planejamento e à tomadas de decisão, permitindo implementar funcionalidades importantes que ainda são realizadas por humanos, como a de self-healing. Segundo, [17] em uma rede de distribuição, no contexto de Smart Grid, com o uso de self-healing e inteligência artificial, os benefícios aplicados são: uma rápida restauração, mais cargas restauradas e menor necessidade de envio de técnicos a campo para solucionar os problemas. A utilização de técnicas de IA como: Lógica Fuzzy, Algoritmo Genético, Agentes Inteligentes e Redes Neurais Artificiais, fornece diagnósticos precisos de faltas de energia, os quais apresentam resultados mais eficientes e convincentes, pois obtém-se robustez, confiabilidade e eficiência [18].

Assim, este artigo irá revisar o estado da arte, analisando como as técnicas de IA citadas, estão sendo empregadas nos sistemas self-healing para auxiliar no monitoramento e restabelecimento de falta de energia nas Smart Grid. A principal motivação para este estudo, é que a IA está obtendo relevância neste domínio. O restante deste artigo está estruturado da seguinte forma: a Seção 2 apresenta a metodologia de pesquisa utilizada. Seção 3 descreve os resultados desta pesquisa e a Seção 4 apresenta as considerações finais.

Referências:

[1] Ferreira, Adriano, Paulo Leit ̃ao, and Pavel Vrba. ”Challenges of ICT and artificial intelligence in smart grids.”2014 IEEE International Workshop on Intelligent Energy Systems (IWIES). IEEE, 2014.

[2] Liserre, Marco, Thilo Sauter, and John Y. Hung. ”Future energy systems: Integrating renewable energy sources into the smart power grid through industrial electronics.”IEEE industrial electronics magazine 4.1 (2010):18-37.

[3] DOE, U. Grid 2030: A national vision for electricity’s second 100 years. US DOE Report, (2003): 137–140.

[4] Yu, Xinghuo, and Yusheng Xue. ”Smart grids: A cyber–physical systems perspective.”Proceedings of the IEEE 104.5 (2016): 1058-1070.

[5] Amin, S. Massoud, and Bruce F. Wollenberg. ”Toward a smart grid: power delivery for the 21st century.”IEEE power and energy magazine3.5 (2005): 34-41.

[6] Brown, Richard E. ”Impact of smart grid on distribution system design.”2008 IEEE Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century. IEEE,2008.

[7] El-Ghareeb, Abdelrahman E., Hamdy M. Mousa, and Ashraf B. El-Sisi. ”Intelligent agent for smart grid fault location isolation using Simulink.”2017 12th International Conference on Computer Engineering and Systems (ICCES). IEEE, 2017.

[8] Jiao, Zaibin, Xiaobing Wang, and Heteng Gong. ”Wide area measurement/wide area information-based control strategy to fast relieve overloads in a self-healing power grid.”IET Generation, Transmission Distribution 8.6 (2014): 1168-1176.

[9] Zhang, Anlong, et al. ”Research on Wide-Area Protection and Control Scheme for Closed-Loop Distribution Network.”2018 International Conference on Power System Technology (POWERCON). IEEE, 2018.

[10] Arefifar, Seyed Ali, Yasser Abdel-Rady I. Mohamed, and Tarek HM El-Fouly. ”Comprehensive operational planning framework for self-healing control actions in smart distribution grids.”IEEE Transactions on Power Systems 28.4 (2013): 4192-4200.

[11] Zheng, Yi, and Wei Cong. ”Distributed fault self-healing system and identification and management method for topology of the smart distribution network.”2017 8th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). IEEE, 2017.

[12] Fonseca, Jonatha Revoredo Leite da. Aplicação da técnica de self healing na reconfiguração automática de redes elétricas utilizando o padrão IEC61850. MS thesis. Brasil, 2017.

[13] Tong, Chong, et al. ”Artificial intelligence-based lightning protection of smart grid distribution system.”2017 International Symposium on lightning Protection (XIV SIPDA). IEEE, 2017.

[14] Wu, Lili, et al. ”A survey of contingency analysis regarding steady state security of a power system.”2017 North American Power Symposium(NAPS). IEEE, 2017.

[15] Rigas, Emmanouil S., Sarvapali D. Ramchurn, and Nick Bassiliades.”Managing electric vehicles in the smart grid using artificial intelligence: A survey.”IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 16.4(2014): 1619-1635.

[16] Roncero, Javier Rodríguez. ”Integration is key to smart grid management.”CIRED Seminar 2008: Smart Grids for Distribution. IET, 2008.

[17] Oualmakran, Youssef, Joaquim Melendez, and Sergio Herraiz. ”Self-healing for smart grids: Problem formulation and considerations.”20123rd IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGTEurope). IEEE, 2012.

[18] Spatti, Danilo Hernane. Automatização de processos de detecção de faltas em linhas de distribuição utilizando sistemas especialistas híbridos. Diss. Universidade de S ão Paulo, 2011.