Biblioteca de eventos de assinatura de rede permite análise aprofundada da rede elétrica

A Grid Signature Event Library energiza a compreensão do comportamento da rede pelas concessionárias e pesquisadores, fornecendo acesso a conjuntos de dados de formas de onda das operações da rede. (Imagem:Adam Malin/ORNL, Departamento de Energia dos EUA)

Resumos técnicos: Você poderia me contar como esse projeto começou?

Aaron Wilson: Eu não fui o criador da Grid Event Signature Library  . Era relativamente novo quando entrei no laboratório em 2019, mas só decolou realmente por volta de 2021. Assumi na primavera de 2022.

Recebemos financiamento do DOE para criar uma biblioteca de assinaturas de eventos da rede elétrica. Seria um recurso indispensável para as pessoas observarem como algumas dessas formas de onda se comportam no sistema, para que soubessem o que procurar em seus próprios sistemas. À medida que obtemos mais dados de diferentes parceiros e continuamos a promover isso nos últimos anos, isso realmente começou a ganhar força.

Resumos técnicos: Deixe-me tentar obter uma imagem melhor do sistema. Você tem uma maneira padronizada de classificar as formas de onda e rotular os eventos associados?

Wilson: Um dos desafios que enfrentamos há alguns anos foi atribuir um esquema de rotulagem uniforme a todos os diferentes tipos de dados que recebíamos dos fornecedores. Percebemos que cada um tinha seu jeito de atribuir um rótulo a algo que acontecia. Geralmente nos era fornecido na forma de uma descrição textual do que o operador ou engenheiro anotou ao registrar o evento. Então, depois de vasculharmos tudo o que tínhamos na época, decidimos montar um sistema hierárquico que abrangesse tudo o que temos, tanto daquele conjunto de dados quanto do que temos do conhecimento geral do domínio sobre o sistema de energia. Em seguida, criamos uma taxonomia bastante uniforme em todo o nosso conjunto de dados. Assim, sempre que recebemos novos dados, temos amplitude suficiente nessa taxonomia para podermos dar-lhe um espaço apropriado.

Resumos técnicos: Você pode me dar uma ideia do que é a taxonomia?

Wilson: Possui três camadas, chamamos-lhes grupos, classes e subclasses. Grupos são tipos de categorias de alto nível, coisas como quais fases são afetadas no sistema de energia - normalmente você tem três fases. Existe um grupo chamado condições, onde você encontrará coisas como desastres naturais e eventos relacionados ao clima. Abaixo daqueles em classes e subclasses é onde você começa a se aprofundar nas categorias mais específicas que atribuiríamos a esses diferentes eventos.

Resumos técnicos: Você poderia me dar um exemplo de quais tipos de categorias você pode ter?

Wilson: Por exemplo, podemos ter uma categoria chamada “condições” como grupo, e então podemos ter “clima” como classe, e então a subclasse pode ser “tempestade com raios”. Ou podemos ter um grupo chamado apenas de “eventos”, e podemos ter uma classe abaixo denominada “qualidade de energia”, e abaixo dela podemos ter um “surto de corrente” ou um “transitório”.

Resumos técnicos: Como você relaciona surtos ou transientes atuais com eventos?

Wilson: Um transitório é um evento na forma como o definimos. A maneira como definimos um evento é algo que ocorre como uma anomalia – um comportamento anormal que você não esperava.

Então, pense na tensão e na corrente como elas se comportam na rede. Como temos um sistema AC, ele se comporta de forma senoidal e o sistema é projetado de forma que esses fenômenos, esses campos eletromagnéticos, atravessem da forma mais limpa possível, o que significa que não há ruído ou eventos anômalos. Um exemplo de anomalia pode ser quando acontece algo que causa o disparo de um disjuntor ou a desconexão de uma seção da linha. Esses tipos de coisas são o que chamamos de eventos aqui. Um transitório pode ser algo como talvez um banco de capacitores tenha sido ligado ou desligado e isso causa um pequeno surto de corrente que entra no sistema. Se o seu sistema não for projetado para lidar com esse nível de corrente, isso poderá causar danos ao seu equipamento.

Resumos técnicos: O que um usuário pode fazer com essas informações?

Wilson: O usuário pode criar uma conta no site e então acessar o que chamamos de nosso painel. A partir daí você pode usar diferentes critérios de consulta para encontrar eventos em nossa biblioteca. Dentro do dashboard, você pode ver informações relacionadas aos dados, como data e hora; a descrição textual que nos foi fornecida; a taxa de amostragem em que foi relatado; o tipo de sensor que foi usado para registrá-lo. E há um botão para baixá-lo. Há também um recurso próximo a cada evento nos registros que permitirá que você veja um gráfico dele no site antes de fazer o download.

Resumos técnicos: Então, se eu sou uma concessionária, devo registrar um evento que está acontecendo na minha rede e depois compará-lo com o seu banco de dados?

Wilson: Essa é definitivamente uma maneira. Uma coisa sobre a qual temos conversado em nosso grupo de três laboratórios é o desenvolvimento de uma ferramenta que integraremos à biblioteca e que permitiria a alguém realizar o que poderia ser chamado de pesquisa reversa de imagens. Você receberia um dado do lado da concessionária, não sabe o que o causou e deseja encontrar algo no banco de dados que corresponda o mais próximo possível. Isso pode ajudá-lo a ter uma ideia do que poderia ter acontecido. Esse é um projeto em andamento.

A outra coisa para a qual poderia ser usado é apenas uma educação geral, para aprender como são alguns desses eventos, apenas para treinar o olho de um engenheiro que não sabe como algumas dessas coisas funcionam. Você poderia entrar e pesquisar, digamos, o nome do tipo de evento, como arco - quero ver como é o arco para compará-lo com o que tenho.

Suponha que eu seja um operador e vejo uma coisa estranha que aconteceu em meus dados e estou tentando descobrir o que é ou o que representa porque algo ruim aconteceu como resultado. Posso dizer:“Acho que está formando um arco”. Posso então entrar e pesquisar "arco" e comparar a aparência da minha forma de onda com a aparência dos dados do arco no banco de dados e dizer:"São semelhantes? Ah, parece que está bastante relacionado, pode ser isso." Ou pode ajudar a descartar isso.

Resumos técnicos: Se eu sou o operador da rede, depois de saber que tipo de evento é, como posso usar essa informação?

Wilson: Bem, depende de qual é o tipo de evento. Se você acha que vê o que chamaríamos de falha incipiente, se você viu um padrão que pode indicar arco futuro, você pode compará-lo com algo no banco de dados e ser capaz de pará-lo antes que ele realmente quebre um isolador ou danifique o equipamento. Isso seria muito valioso – o arco voltaico é uma anomalia difícil de detectar.

Resumos técnicos: Mas ainda preciso localizá-lo de alguma forma.

Wilson: Claro, mas isto é apenas uma base de dados, não é necessariamente um sistema que lhe diga onde algo pode ocorrer, porque cada circuito é diferente.

Resumos técnicos: Ao coletar as formas de onda para seu banco de dados, a forma de onda não pareceria diferente dependendo, por exemplo, da distância entre o sensor e o evento?

Wilson: Absolutamente. Existem muitos fatores que entram em jogo ao organizar um banco de dados como este. Se você quisesse observabilidade total em seu sistema, teria que instalar sensores a cada X metros. Isso simplesmente não é viável economicamente. Portanto, você deve fazer julgamentos fundamentados ao usar algo assim.

No exemplo do arco, as medições provavelmente seriam muito próximas de onde esse evento específico está acontecendo, apenas com base na física de como as frequências dos eventos de arco viajam ao longo do condutor. Então, você poderia razoavelmente dizer que isso estava acontecendo por perto - eu não poderia lhe dar quantos pés ou milhas, essa informação não está necessariamente contida aqui na biblioteca. Esse é um grande problema de pesquisa, na verdade.

Resumos técnicos: Quer adicionar alguma coisa?

Wilson: Isso é algo em que estamos trabalhando há alguns anos. Há um forte sentimento de construção desta base de dados para utilização nos mundos académico e de investigação, e não apenas como uma ferramenta para serviços públicos. Há muito desenvolvimento de IA em andamento agora, especialmente para a rede elétrica. O DOE está lançando muitas chamadas para diferentes aplicações de IA e baseadas em dados na rede. O objetivo também é ajudar a apoiar alguns desses esforços.

Resumos técnicos: Você está trabalhando na atualização da quantidade ou qualidade do banco de dados?

Wilson: Sim, e sim. Esses são esforços contínuos. Estamos sempre ávidos por dados em todos os lugares.

Resumos técnicos: Quem você espera que forneça mais dados?

Wilson: Bem, sempre queremos dados das concessionárias porque elas normalmente têm coisas que são mais representativas do mundo real. Poderíamos simular quantos dados quisermos e colocá-los lá, mas no final das contas eles não cobrem todos os casos secundários que você pode ver no mundo real. E então, tudo o que temos aqui agora vem de sensores reais que registraram dados em campo, não são simulados a partir de um programa. Não quero dizer que não haja valor nos dados simulados, mas não podemos capturar todos os comportamentos anômalos na simulação sem realmente conhecer a física de cada circuito existente no país e no mundo.