Tese de Doutorado

Com o advento da Indústria 5.0, o setor elétrico foi contemplado com equipamentos que impulsionam uma elevada penetração de micro-geração de energia distribuída, edifícios, casas e medidores inteligentes, etc, impondo novos desafios para o funcionamento do sistema elétrico de potência (SEP). Este novo ambiente exigiu uma rede inteligente e inclui a transformação do simples cliente de energia elétrica em um Cliente Inteligente que pratica um consumo inteligente e para tal exige ter acesso as informações. A rede elétrica inteligente (REI) é basicamente a integração de sistemas avançados de automação e medição inteligente com o SEP, através de tecnologias da informação e comunicações (TIC). A comunicação de dados é um gargalo nesta integração e não tem sido estudada com a devida importância na literatura atual. A utilização de simulações de comportamento de infraestruturas muito complexas, como as utilizadas em REI, é uma estratégia que tem sido bastante difundida por superar as limitações das soluções analíticas tradicionais. O presente trabalho apresenta a pesquisa e desenvolvimento de uma estrutura laboratorial de simulação que integra a REI com a rede de dados, com objetivo de permitir a comunicação massiva do tipo máquina-máquina (mMTC) entre os elementos de REI e softwares da concessionária de energia. São utilizados recursos de computação de borda e tecnologias de virtualização de função de rede (NFV) com multiacesso (MEC), além de plataformas para cidades inteligentes e IoT. A avaliação desta proposta é realizada por meio de simulações e emulações, ou seja, esta estrutura utiliza dados adquiridos a partir de equipamentos reais e/ou emulados e de simulações compartilhados pelo laboratório de REI (NAPREI) da POLI-USP. Neste documento, é apresentado a metodologia que é utilizada para implementação da arquitetura, bem como as estruturas do laboratório da validação e teste da mesma. Por fim são apresentadas algumas aplicações do ambiente laboratorial para testes e validação de uma funcionalidade de alguns serviços avançados que podem ser ofertados por concessionárias de distribuição de energia em estudos de casos na plataforma para cidades inteligentes, InterSCity. O trabalho demonstra como a rede de dados bem dimensionada e otimizada permite a integração REI, no contexto de cidades inteligentes.

With the advent of Industry 5.0, the electrical sector has been equipped with equipment that drives high penetration of distributed power micro-generation, buildings, homes and smart meters, etc., imposing new challenges for the operation of the electrical power system. This new environment has required a smart grid and includes the transformation of the simple electricity customer into a Smart Customer who practices smart consumption and, for this, requires access to information. The smart power grid (SPG) is basically the integration of advanced automation and smart metering systems with the SPG, through information and communication technologies (ICT). Data communication is a bottleneck in this integration and has not been studied with due importance in the current literature. The use of behavior simulations of very complex infrastructures, such as those used in SPG, is a strategy that has been widely disseminated because it overcomes the limitations of traditional analytical solutions. This paper presents the research and development of a simulation laboratory structure that integrates the REI with the data network, with the objective of enabling massive machine-to-machine communication (mMTC) between the REI elements and the power distribution companys software. Edge computing resources and network function virtualization (NFV) technologies with multi-access (MEC) are used, in addition to platforms for smart cities and IoT. The evaluation of this proposal is carried out through simulations and emulations, that is, this structure uses data acquired from real and/or emulated equipment and simulations shared by the REI laboratory (NAPREI) of POLI-USP. This document presents the methodology used to implement the architecture, as well as the laboratory structures for its validation and testing. Finally, some applications of the laboratory environment for testing and validating a functionality of some advanced services that can be offered by energy distribution companies in case studies on the platform for smart cities, InterSCity, are presented. The work demonstrates how a well-dimensioned and optimized data network enables SPG integration in the context of smart cities.