Tese de Doutorado

O setor elétrico de potência enfrenta desafios em eficiência, sustentabilidade e evolução tecnológica. No contexto de mudanças rumo a redes inteligentes (smart grids), a digitalização de subestações elétricas surge como um tema de fronteira na pesquisa. A adoção das tecnologias mais recentes em subestações promete benefícios relacionados à engenharia, à otimização operacional, e à melhoria da manutenção, transformando-as em subestações inteligentes". Porém, a compreensão das tecnologias e seus benefícios em aplicações específicas ainda é limitada. Além disso, faltam métodos e ferramentas holísticas reportadas para avaliar os impactos e estimar os benefícios da digitalização em subestações para suportar a decisão de investimento em tais projetos. Esta pesquisa analisa a digitalização de subestações elétricas com uma abordagem sistêmica. A presente Tese, formatada como uma coleção de artigos, apresenta a pesquisa como três estudos interconectados, bem como seus artigos resultantes. O primeiro estudo revisa sistematicamente a literatura em subestações digitais, e propõe um modelo fundamentado na literatura para classificar sua evolução tecnológica. O segundo estudo apresenta um estudo de caso comparativo, com foco na discussão de fatores contextuais do setor de transmissão elétrica no Brasil. O terceiro estudo aplica uma combinação de revisão de literatura, entrevistas semi-estruturadas e uma survey com especialistas para propor um abrangente modelo conceitual de avaliação de impactos para subestações elétricas digitais, aplicando-o na avaliação qualitativa de uma subestação piloto como estudo de caso. Assim, esta pesquisa contribui para a literatura com um modelo de classificação e um modelo de avaliação originais. Essas ferramentas foram aplicadas em estudos de caso contextualizados, destacando sua utilidade na avaliação de projetos de subestações. Espera-se que os resultados possam ser instrumentais em iniciativas de digitalização de subestações elétricas, contribuindo com a evolução do setor elétrico.

The electric power sector faces challenges in efficiency, sustainability, and technological evolution. Within the broader shift toward smart grids, the digitalization of electrical substations emerges as a cutting-edge research topic. The adoption of the latest technologies in substations promises benefits in engineering, operational optimization, and improved maintenance, transforming facilities into smart substations. However, there is still limited understanding of the technologies, and of their benefits in specific applications. Furthermore, there is a lack of reported holistic methods and tools to assess the impacts and to estimate the benefits of digitalization in electrical substations to support investment decisions in such projects. This research analyses the digitalization of electrical substations with a systemic approach. This Thesis, formatted as an article collection, presents the research as three interconnected studies and resulting papers. The first study systematically reviews the literature on digital substations, and proposes a literature-grounded model to classify their technological evolution. The second study presents a comparative case study focused on the discussion of contextual factors in Brazils power transmission system. The third study applies a combination of literature review, semi-structured interviews, and a specialist survey to propose a comprehensive conceptual framework to assess the impacts of digital electrical substations. It also applies this framework to the qualitative assessment of a pilot substation as a case study. As such, this research contributes to the literature on digital substations, with an original classification model and an assessment framework. These tools have been applied in contextualized case studies, highlighting their usefulness in substation project assessment. It is expected that the results of this research can be instrumental to digital electrical substation initiatives, contributing to the evolution of electric power systems.