Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.19/2819
Título: Monitoring platform for photovoltaic plants
Autor: Ribeiro, Hugo Zeferino Pereira
Orientador: Lima, Miguel Francisco Martins de
Marques, Bruno Filipe Lopes Garcia
Palavras-chave: Parque Fotovolatico
Sistema de Supervisão, Controlo e Aquisicção de Dados
Redes de Comunicações
Aquisição de Dados
Base de Dados
Data de Defesa: 16-Jan-2015
Resumo: A apresentação desta dissertação conclui o curso de Mestrado em Energia e Automação Industrial - Engenharia Electrotécnica, da Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Viseu. É o resultado de um trabalho de desenvolvimento, de estudo e pesquisa realizado no âmbito do desenvolvimento de sistemas SCADA (Supervision Control And Data Acquisition) e a sua utilização/implementação em parques fotovoltaicos. O desenvolvimento do trabalho realizou-se na Área de Automação e Controlo do Departamento Técnico da Martifer Solar. Os sistemas de geração de energia elétrica solar fotovoltaica necessitam de ferramentas de análise e tratamento de dados. A generalidade das entidades desenvolvedoras de sistemas SCADA estão habituadas a criar aplicações de cariz industrial. Um sistema desta natureza implica, além do conhecimento de desenvolvimento de aplicações industriais, um conhecimento específico da produção de energia elétrica proveniente da energia solar. Desta forma, é possível averiguar eficazmente quais as variáveis de campo e temporizações associadas à sua monitorização e registo. ´E ainda possível aferir, por exemplo, o tratamento estatístico a dar às variáveis, o seu correto processamento, gestão e severidade de alarmes, entre outros. Como referido, esta dissertação foi desenvolvida em parceria com a empresa Martifer Solar. Uma das suas áreas de negócio consiste em desenvolver soluções EPC (Engineering, Procurement and Construction) no ramo da energia solar. Sob um contrato EPC, o contratante projeta a instalação, adquire os materiais necessários e constrói o projeto, diretamente ou através da subcontratação de parte do trabalho ou do seu todo. Um dos subsistemas incluídos no EPC é o sistema de monitorização que permite operar de forma eficiente os equipamentos associados á instalação fotovoltaica. A necessidade deste tipo de sistemas e a sua especificidade implica que, frequentemente, se tenha de recorrer a empresas externas para o desenvolvimento de software de monitorização o que, por sua vez, aumenta o custo total do projeto. Acresce ainda o facto de tal implicar a transmissão de know-how a empresas que posteriormente poder˜ao vender software baseado neste know-how a outras empresas concorrentes no ramo de desenvolvimento de soluções de sistemas de monitorização. A adicionar aos riscos anteriormente expostos, existe ainda o facto de que, sempre que é necessária uma alteracção aos sistemas previamente instalados, os custos cobrados pelas empresas que desenvolveram a solução são exorbitantes. Por todas as razões apresentadas, tornou-se evidente a importância do desenvolvimento de um sistema de monitorização na Martifer Solar. Com o intuito de desenvolver um sistema de monitorização o mais otimizado e eficiente poss´ıvel, ´e necess´ario definir, à priori, a arquitectura da rede de campo a instalar nos parques fotovoltaicos. Tal an´alise engloba, por exemplo, definir em que situações será necessária a utilização de autómatos programáveis, dataloggers, gateways ou conversores da camada física de protocolos para comunicação com os equipamentos a monitorizar. Consequentemente, através deste estudo, também é feita uma primeira definição da organização que o sistema de monitorização apresentará. Tal organização deverá reflectir da forma mais fiel possível o layout do parque fotovoltaico a monitorizar. Ainda mais importante, a análise cuidada do projeto permite definir qual o meio f´ısico a utilizar e seguidamente permite identificar quais os protocolos de comunicação a considerar. No desenvolvimento do sistema de monitorização, a análise dos equipamentos e do meio físico, permitem uma quantificação prévia das variáveis referentes a cada um dos equipamentos que se pretendem monitorizar. Esta primeira análise é fulcral para definir os pré-requisitos que o software de desenvolvimento utilizará, para a criação do sistema de monitorização. A escolha da ferramenta de desenvolvimento para a execução dum projeto deste tipo é fulcral. Estabeleceu-se um conjunto de características de forma a avaliar diferentes softwares e frameworks de desenvolvimento. A escolha desse software recaiu naquele que cumpria a maior quantidade de requisitos pré-estabelecidos. O software SCADA, além de programável graficamente, deverá ter a possibilidade de ser programado através de excertos de código em linguagem de programação comumente utilizadas no mercado, tais como a linguagem VBA, C++, JAVA, etc. Tendo em conta a localização das instalações fotovoltaicas, isto é, localizados em zonas remotas e sem operadores locais a tempo inteiro, é importante que o software SCADA possua características que permitam um acesso remoto ao sistema de monitorização para sua análise e, em caso de existirem alarmes, melhor depurar a razão dos mesmos. A existência de uma política de utilizadores com diferentes privilégios deverá estar presente para que cada um dos perfis de utilizadores tenham capacidades de interação diferentes. A capacidade de armazenamento de informação é outro dos requisitos de extrema importância quando o objetivo passa pela concentração de dados através do software SCADA. A ligação a motores de bases de dados é um requisito imprescindível, tanto pela forma como a informação poderá ser organizada nestes motores, como pelo facto de existirem requisitos de compatibilidade com um sistema já existente na Martifer Solar que concentra os dados de todas as plantas fotovoltaicas numa só ferramenta denomidada de Martifer Solar OMS (Operation Management System). Como requisito prioritário temos o custo de uma aplicação deste tipo. No que se refere à aplicação, podemos distinguir entre o custo do software de desenvolvimento e o custo do desenvolvimento (horas/homem). O custo do software de desenvolvimento é um factor que pode muito facilmente inviabilizar um projeto. Assim, o custo de aquisição deverá ser o mais baixo possível, de acordo com as suas potencialidades. Por outro lado temos o custo de desenvolvimento para atingir o objetivo de criar uma aplicação SCADA no mais curto espaço de tempo e tendo sempre em mente a reutilização do desenvolvimento inicial da aplicação em novos projetos com o mínimo de alterações. Após escolhido o software de desenvolvimento, foi iniciado o processo de criação da ferramenta de acordo com as características necessárias à correta operação do sistema fotovoltaico. Foram desenvolvidos vários ecrãs que permitem ao utilizador visualizar de forma intuitiva os dados provenientes do parque fotovoltaico, nomeadamente os ecrãs: • Inicial - possui informação generalizada referente ao parque fotovoltaico. Entre essa informação encontra-se, por exemplo, a localização geográfica do parque, dados de produção do dia em questão e alarmes mais recentes; • Equipamento - nesta interface é possível visualizar, em tempo real, o valor das variáveis por equipamento monitorizado; • Performance - neste são expostos os indicadores de desempenho inerentes ao parque fotovoltaico; • Alarmes - permite visualisar, em tempo real, sinais de alarme, avisos ou estados dos equipamentos monitorizados; • Histórico alarmes - permite a consulta de alarmes, avisos ou estados dos equipamentos monitorizados em histórico; • Histórico de dados - permite a consulta em tabela dos dados provenientes dos equipamentos monitorizados. Estes dados estão armazenados numa base de dados. É possível fazer a consulta dos dados numa base temporal de minutos, horas, dias, meses ou anos. De forma a apresentar os dados mencionados, o software de monitorização foi programado de modo a executar os cálculos estatísticos necessários e adequados para cada uma das variáveis; • Gráficos - permite visualizar graficamente os dados armazenados em histórico; • Produção - permite visualizar dados de produção de energia desde o tipo de equipamento mais “próximo” do gerador fotovoltaico at´e ao contador de energia colocado no ponto de injeção; • Dashboard - neste ecrã visualizam-se as variáveis mais representativas de cada um dos equipamentos. De forma a tornar a plataforma de monitorização uma ferramenta mais poderosa, para além dos ecrãs mencionados, foram desenvolvidas uma panóplia de funcionalidades, tais como: • Envio de dados de histórico por correio eletrónico em formato .csv; • Envio de notificações de alarme por correio eletrónico. O operador define os alarmes a receber; • Cálculos estatísticos para tratamento da informação proveniente dos equipamentos monitorizados; • Processamento inteligente de informac¸ ˜ao dos equipamentos; • Funções de gestão e manutenção da base de dados; • Backups periódicos e automáticos à base de dados; • Gestão de ficheiros em disco; • Monitorização do servidor onde a plataforma está instalada (processos, serviços, espaço em disco, aplicações de arranque, entre outros); • Envio de dados para um servidor FTP; • Envio de notificações por correio eletrónico de erros inerentes ao código dos programas que gerem a plataforma. A plataforma de monitorização, para além da interface gráfico e as funcionalidades mencionadas, possui também uma base de dados onde toda a informação proveniente dos equipamentos é armazenada. Utilizou-se para este projeto uma base de dados SQL. Para a criação da base de dados do sistema, uma série de pontos foram tidos em conta: • Gestão de utilizadores; • Indexação apropriada de colunas de forma a melhorar o desempenho da base de dados; • Otimização de queries de forma a tornar as consultas e operações mais rápidas; • Gestão de espaço em disco; • Gestão do crescimento dos ficheiros que compõem a base de dados. De acordo com as características necessárias a este sistema e considerando as soluções comerciais conhecidas, foi possível desenvolver uma das melhores e mais completas aplicações para a monitorização de parques fotovoltaicos existentes no mercado, completamente orientada para este sector. Esta aplicac¸ ˜ao permite apresentar dados ao operador com frequˆencias de amostragem na ordem do segundo e armazenamento de histórico de dados com capacidade para mais de 20 anos a trabalhar ininterruptamente. Os objetivos propostos foram concluídos com sucesso.
URI: http://hdl.handle.net/10400.19/2819
Designação: Mestrado em Energia e Automação Industrial
Aparece nas colecções:ESTGV - DEE - Dissertações de mestrado (após aprovadas pelo júri)

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