Aulas de Prot. Cont. e Otim. em SmartGrids

Este arquivo tem como objetivo servir de roteiro de acompanhamento das discussões que vem sendo realizadas nas aulas da disciplina de pós-graduação Proteção, Controle e Otimização de sistemas elétricos e Redes Elétricas Inteligentes (PCOSmartGrid).

Segue uma descrição ordenada temporalmente com os assuntos abordados em cada um dos encontros, bem como os links para acesso aos materiais utilizados nas aulas:

Aula 1 - 17-09-2025

Essa foi a primeira aula da disciplina. O primeiro procedimento realizado foi a apresentação do conteúdo da disciplina. Como essa é uma disciplina compartilhada, com o professor Raimundo Furtado, e os conteúdos a serem abordados por cada professor são independentes, só a parte do conteúdo do professor Lucas foi apresentada.

Essa parte da disciplina será dividida em três partes bem definidas, são elas:

• Modelagem da rede elétrica de distribuição utilizando OpenDSS.
• Tópicos básicos de técnicas de otimização.
• Aplicação de técnicas de otimização no contexto de redes elétricos inteligentes.

Um detalhamento mais abrangente dos temas a serem abordados na disciplina podem ser encontrados aqui.

Depois da apresentação do programa da disciplina, nessa mesma aula, foi dado inicio à exposição do conhecido sistema de testes IEEE 13 barras. Esse sistema possui alguns dos principais elementos que são particulares e característicos da modelagem de sistemas de distribuição, como por exemplo:

• Linhas trifásicas, bifásicas e monofásicas em configuração aérea e subterrânea.
• Diferentes tipos de estruturas de linhas de distribuição.
• Cargas monofásicas e trifásicas conectadas em delta e estrela.
• transformadores com diferentes tipos de conexões.
• reguladores de tensão.
• bancos de capacitores.
• sequência de fase intercambiada.

Essas características permitem que os principais aspectos de modelagem de sistemas de distribuição possam ser bem explorados.

O sistema IEEE 13 barras pode ser encontrado descrito em detalhes neste artigo.

Aula 2 - 24-09-2025

Nessa aula foi dado continuidade na descrição dos principais elementos do sistema de testes IEEE 13 barras. Após o sistema 13 barras ter sido apresentado, também foi dado inicio à apresentação do software OpenDSS, com uma breve introdução sobre sua utilização.

O OpenDSS é um software aberto, desenvolvido sob a liderança do Instituto Americano EPRI, e está disponível para download gratuitamente.

Outro recurso importante para o aprendizado do OpenDSS é a sua documentação oficial.

Aula 3 - 01-10-2025

Nessa aula o modelo matemático de linhas de distribuição trifásicas foi apresentado. O material utilizado na exposição faz parte do material de aula do professor Vassilis Kekatos e está disponível aqui.

Após apresentados os conceitos teóricos matemáticos sobre linhas de distribuição, a forma como os elementos elétricos são conectados uns aos outros no OpenDSS foi apresentada, e os elementos elétricos transformador e linhas foram exemplificados. O material utilizado nessa exposição está disponível aqui.

Aula 4 - 08-10-2025

Inicialmente o conceito de redução de Kron foi discutido, e pode ser aprofundado no material sobre modelagem de linhas de distribuição do professor Kekatos. Logo em seguida foi realizado o link com o software OpenDSS. Foi mostrado que o OpenDSS pode ser executado de duas formas principais:

• Localmente via instalação e execução de interface gráfica.
• Remotamente via google colab.

O google colab é uma plataforma executada no ambiente web que disponibiliza um ambiente para construção notebooks Python, muito semelhantes aos já populares Jupyter notebooks.

Utilizando os Jupyter notebooks ou o google colab é possível executar o OpenDSS integrado a um ambiente controlado pela linguagem de programação Python, e com isso é possível ampliar bastante as possibilidades de análises a serem realizadas com OpenDSS.

Alguns dos recursos mais importantes utilizados nessa aula foram:

• slides sobre conceitos básicos de OpenDSS, disponíveis nos link 1 e link 2.
• slides sobre modos de simulação no OpenDSS, disponíveis aqui.
• documentação do google colab.
• documentação da biblioteca opendssdirect.py.

Aula 5 - 15-10-2025

Encontro realizado de forma remota para permitir o acesso de todos os alunos ao ambiente de programação Python disponibilizado pelo google colab.

Os temas abordados nesse encontro:

• Modo de execução snapshot, fluxo de carga único.
• Modelagem de fontes de energia equilibradas e desequilibradas, circuit, vsource.
• Modelagem de linhas de distribuição com e sem condutor neutro explícito, line, linecode, linegeometry.
• Modelagem de transformadores de distribuição, com conexão trifásica, transformer.
• Modelagem de cargas elétricas, load.

Aula 6 - 22-10-2025

Continuação da aula passada com execução de scripts OpenDSS utilizando google colab.

Temas abordados nesse encontro:

• Modo de execução faltstudy.
• Modo de execução daily.
• Curvas de carga loadshape.
• Elemento meter.
• Elemento monitor.
• Estudo de geração distribuída com utilização do elemento pvsystem.

Slides sobre o elemento pvsystem estão disponíveis neste link

Aula 07 - 29-10-2025

Aula remota com utilização do google colab.

• Revisão dos tópicos abordados nas aulas anteriores.
• Revisão detalhada sobre o elemento pvsystem
• Apresentação do elemento storage e das suas principais características.
• Explicação rápida sobre a utilização da API da biblioteca Python opendssdirect.py.

O material explicativo sobre o elemento storage está disponível neste link

O notebook com todos os procedimentos realizados nas aulas sobre OpenDSS em ambiente do google colab está disponível no link abaixo: Utilizando o OpenDSS para realização de estudos elétricos

Aula 08 - 05-11-2025

Não houve encontro em decorrência dos encontros universitários 2025.

Foi encaminhada uma atividade com prazo de entrega para 19-11-2025.

A descrição da atividade está disponível neste link

Aula 09 - 12-11-2025

Nesta aula foi dado inicio à discussão a respeito da modelagem de recursos energéticos distribuídos (RED), ou no inglês distributed energy resources (DER). Como visto nas aulas anteriores, o OpenDSS possui elementos padronizados que modelam alguns dos principais tipos de RED presentes nos sistemas de distribuição atuais, como por exemplo os elementos pvsystem e storage.

A questão é que os RED que já estão implementados no OpenDSS disponibilizam apenas recursos básicos de modelagem, limitando assim a realização de certos tipos de análises importantes de serem efetuadas no contexto de integração de RED à rede elétrica.

Dessa forma, foi apresentado o padrão IEEE 1547-2018, que tem como título: IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces

Esse padrão disponibiliza diversas orientações e proposições de funcionalidades que têm como objetivo principal possibilitar a expansão dos RED por meio de funções avançadas de suporte à rede elétrica, tais como:

• auxílio à rede principal no suprimento de suporte de potência ativa, reativa e ajuste de tensão.
• suportabilidade à condições adversas na rede.
• suporte na melhoria dos índices de qualidade de energia.
• função de ilhamento em determinadas porções da rede elétrica.
• questões relacionadas à interoperabilidade e interface entre dispositivos RED.

Tendo em vista o potencial de aplicação e a importância que esse padrão tem em um cenário de expansão de RED, o instituto americano EPRI, que também é o principal responsável pelo desenvolvimento do OpenDSS, lançou outra importante iniciativa, o OpenDER. Trata-se da implementação prática de todos os requisitos estabelecidos e descritos pela IEEE 1547. Essa implementação prática tem dois elementos principais:

• A biblioteca Python OpenDER disponibilizada livremente por meio de um repositório público no GitHub
• Um documento pdf, batizado de modelo de especificação da IEEE 1548-2018, também disponibilizado livremente pelo EPRI em formato pdf.

Após a explicação dos principais conceitos relacionados ao padrão IEEE 1547 2018, foram explorados os conceitos mais básicos da biblioteca Python OpenDER por meio de um notebook no google colab.

Todos os notebooks utilizados durantes as aulas de OpenDER e OpenDERinterface serão disponibilizados para consulta e execução em uma pasta compartilhada do google colab. O link para acesso à pasta compartilhada encontra-se disponível ao final da descrição da próxima aula.

Aula 10 - 19-11-25

Nesta aula foram aprofundados os conceitos relacionados à norma IEEE 1547 2018, assim como a utilização da biblioteca Python OpenDER. O EPRI além de disponibilizar a OpenDER, também disponibiliza livremente uma outra biblioteca chamada OpenDERinterface que possibilita a integração das funcionalidades de modelagem da biblioteca OpenDER com o simulador da rede elétrica, o OpenDSS.

A biblioteca openDERinterface utiliza como padrão a biblioteca OpenDSSinterface para prover a comunicação com o OpenDSS. No entanto essa biblioteca ainda possui algumas limitações em sua integração com o ambiente Linux, dessa forma, foi disponibilizada uma adaptação que ao invés de utilizar a OpenDSSinterface para a comunicação com o OpenDSS utiliza a biblioteca OpenDSSDirect que possui um suporte ao Linux mais consolidado. Para instalar essa adaptação nos notebooks do google colab basta digitar em uma célula de código o seguinte comando:

pip install opender-interface-direct

Dessa forma foi possível utilizar todas as funcionalidade disponibilizadas pela OpenDERinterface sem maiores problemas no ambiente do google colab. Os notebooks utilizados nessa aula estão disponíveis em pasta compartilhada no google drive e podem facilmente serem visualizados e executados utilizando um ambiente de google colab.

Todos os notebooks com exemplos das bibliotecas Python OpenDER e OpenDERinterface estão disponíveis por meio de notebooks do google colab nesse link: notebooks com exemplos no google colab

Aula 11 - 26-11-25

Tema abordado: Conceitos básicos de otimização.

Nesta aula foram abordados conceitos básicos sobre o problema de otimização clássica, programação linear.

O material utilizado para elaboração dessa aula está disponível nesse link.

Aula 12 - 03-12-25

Foi dado continuidade à apresentação dos conceitos introdutórios sobre otimização com foco na técnica de otimização clássica via programação linear.

Foram recordados os conceitos sobre a forma padrão do problema de programação linear de varáveis de folga. O mesmo exemplo apresentado na aula anterior foi montado na forma padrão. Em seguida foi apresentado, utilizando o google colab, a biblioteca para representação de problemas de otimização em Python, Pyomo.

Com o Pyomo é possível representar todos os elementos de um problema de otimização de maneira simples e objetiva, sejam problemas de otimização linear, inteira, mista, ou não linear. Após a representação do problema exemplo utilizando o Pyomo também foi apresentado como instalar e passar o problema do Pyomo para um solver de otimização. No caso da apresentação no google colab, por questões de simplicidade, foi utilizado o conhecido solver de otimização linear, GLPK.

Por fim a aula foi concluída com a apresentação das equações do problema de fluxo de carga não linear de uma rede elétrica e sua simplificação por meio da elaboração do problema de fluxo de carga linearizado. Para ilustrar a ideia do fluxo de carga linearizado e do fluxo de potência ótimo linearizado foi utilizada uma rede de três barras, com duas gerações e uma carga que deveria ser atendida da forma mais eficaz possível, ou seja com o menor custo de geração.

Todo o desenvolvimento realizado está disponível no google colab disponível no link abaixo:

• Material sobre fluxo de potência linearizado.
• Material sobre Pyomo.
• Google colab com implementações em Pyomo e com resolução de fluxo de carga ótimo linearizado. Disponível neste link

Trabalho final da disciplina

Para finalizar o período de exposições teóricas os seguintes temas de trabalhos foram passados para os participantes da disciplina:

1. Revisão sobre proteção adaptativa.
2. Representação da rede elétrica e do controle Volt-Var com OpenDER.
3. Otimização da rede elétrica com presença de DER.
4. Controle Volt-Var em microrredes.

Equipes por temática

• Tema 1: Pablo, Wiglla e Simão.
• Tema 2: Caio, Levi e Luis.
• Tema 3: Romulo, Arthur, Davi.
• Tema 4: Amanda e Edenilson.