Versão 1.2-KEMA
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Histórico de Revisões
Versão 1.0
Local
Págs.
Data
Descrição
28-AGO-2007 Versão Preliminar para revisão interna no CEPEL.
Versão 1.1
Local
Págs.
Data
Descrição
03-SET-2007 Documento enviado à KEMA para aprovação.
Versão 1.2
Local
Págs.
2.1, 2.3, 3.1.2,
3.1.3, 3.1.4,
3.1.6, 3.3.2,
3.3.3, 3.3.4,
3.4.1, 3.4.2, fig
3.4-1, 3.4.3,
3.4.5, tabela A1.
Data
Descrição
17-SET-2007 Modificações requisitadas pela KEMA em 05 de
Setembro.
Versão 1.2-KEMA
Local
Todo o
documento
Págs.
Data
Descrição
17-DEZ-2007 Editado pela KEMA com base na implantação final e
nas discussões com o CEPEL.
Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF
Relatório 13.1: Especificações das Aplicações Selecionadas
KEMA Inc / KEMA Brasil / CEPEL
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Proprietário
Anexo 1 – Especificação de Projeto das Aplicações Desenvolvidas
17 de Dezembro de 2007
Conteúdo
1.
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Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF
Relatório 13.1: Especificações das Aplicações Selecionadas
KEMA Inc / KEMA Brasil / CEPEL
Proprietário
Anexo 1 – Especificação de Projeto das Aplicações Desenvolvidas
17 de Dezembro de 2007
1.
Introdução
O Projeto do Sistema de Medição Sincronizada Fasorial do ONS-MME ESTAL, internamente
conhecido no ONS como projeto 11.11, tem como principal objetivo a realização de estudos e o
desenvolvimento de medições fasoriais de tempo real no Sistema Interligado Nacional Brasileiro,
com objetivo de aprimorar o nível de segurança operativa do sistema e de aumentar os limites de
interligação entre as diferentes regiões do sistema.
A Fase 7 do projeto selecionou aplicações que utilizam dados de medições fasoriais para uso pelo
ONS no suporte a tomada de decisão de tempo real.
O principal propósito da Fase 8 é de desenvolver um piloto das aplicações selecionadas. Uma
definição funcional detalhada foi produzida antes das atividades de implementação da Fase 8 do
projeto.
Como parte das atividades da Fase 8, a KEMA contratou o CEPEL para projetar e desenvolver as
quatro aplicações selecionadas e para integrá-las a um ambiente de simulação.
1.1
Objetivo
Este documento apresenta o resultado da especificação de projeto inicial das quatro aplicações
desenvolvidas para servir como prova de conceito da aplicabilidade de medições fasoriais em
ferramentas de apoio para centros de controle de sistemas de energia.
O projeto atual se aplica apenas às aplicações selecionadas, conforme abaixo:
StressMon – monitora diferenças angulares entre diferentes locais de um sistema de
potência para detectar aproximação dos limites de estabilidade pré-definidos.
LoopAssist – monitora módulos de tensão e diferenças angulares em disjuntores
envolvidos com o fechamento de loops de transmissão no sistema de
potência
SyncAssist – monitora diferenças de módulos de tensão, diferenças angulares e desvios de
freqüência em equipamentos de transmissão envolvidos no fechamento de
loops de transmissão no sistema de potência
DampMon (também chamado SOM – System Oscillations Monitoring) – monitora mudanças
nos ângulos de fase, de modo a detectar e analisar oscilações no sistema de
potência.
1.2
Escopo
O escopo do presente documento inclui:
Apresentar uma visão geral do ambiente computacional desejado;
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Relatório 13.1: Especificações das Aplicações Selecionadas
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Anexo 1 – Especificação de Projeto das Aplicações Desenvolvidas
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Apresentar os requisitos gerais a serem seguidos no projeto e no desenvolvimento das
aplicações pretendidas;
Identificar como as aplicações pretendidas se encaixam na arquitetura do sistema
EMS/de simulação;
Identificar e limitar modificações de software e de dados que precisem ser aplicadas as
plataformas EMS/de simulação existentes;
Apresentar uma especificação funcional detalhada das aplicações desejadas;
Uma definição de alto nível para cada aplicação de medição fasorial selecionada pode ser
encontrada nos documentos listados no item 1.4.
Este documento fornece algumas telas das aplicações com a intenção de suportar as descrições
funcionais. Definições detalhadas das telas são fornecidas no Manual do Usuário.
1.3
Premissas básicas
No relatório 12.3 do projeto ESTAL, é assumido que a plataforma de implementação preferida para
as aplicações selecionadas deve ser o sistema OTS, do ONS, em uso no Centro Nacional de
Operação do Sistema do ONS – CNOS –, em Brasília.
Ele incluirá um ambiente completo de SCADA/EMS e um ambiente com simulador de sistema de
potência, fornecendo uma implementação com todos os recursos aos quais os operadores do CNOS
já estão familiarizados. Isto também fornecerá um meio de visualizar uma possível futura
implementação de tempo real das aplicações no ambiente de produção.
O SAGE/SCADA será modificado de modo a atualizar partes de sua base de dados de tempo real
com casos salvos sincronizados das medições oriundas das PMU virtuais geradas pelo OTS, em
uma periodicidade compatível com a capacidade destes sistemas e da rede que conecta o SAGE
cliente ao servidor do OTS.
Todas as 61 PMU da lista inicial fornecida pelo ONS serão implementadas na base de dados de
produção de tempo real do SAGE. De fato, as PMU se localizarão em bays e não em barramentos.
O CEPEL modelará isto de forma semelhante a modelagem aplicada às medições de tensão no
SAGE, que também estão em bays. As novas PMU e as novas medições fasoriais aparecerão
automaticamente nas telas de tabelas do SCADA, exibindo dados das RTU e de ponto.
Todas as telas de tabela das aplicações são derivadas de tela única com 24 colunas, escondendo
colunas específicas para cada tela de tabela. StressMon, LoopAssist e SynchAssist são
implementados como um aplicativo único.
Onde for relevante, botões serão adicionados às telas das aplicações para inverter a ordem do
cálculo do valor da diferença para um par de medições fasoriais em particular.
Todos os pares (um par é definido como a diferença entre duas medições fasoriais, isto é, entre
medições de ângulo ou de tensão) são predefinidos na base de dados estática; porém, um novo par
pode ser definido na base de dados de tempo real através de seleção direta, na tela regional, e ser
então salva na base de dados estática. Será possível inverter a ordem da definição do par através
de um simples clique.
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Será possível ir da tela de índice geral do SAGE para a tela de índice dos aplicativos fasoriais.
Os módulos do SAGE que serão modificados para fornecer a atualização atômica da base de dados
do SAGE serão limitados apenas aos envolvidos na integração do SAGE/SCADA com o OTS. Dessa
forma, eventuais adaptações nos protocolos de comunicação IEC/61850 e TASE2/ICCP, ou o
desenvolvimento do protocolo IEEE-37.118, estão fora do escopo deste projeto.
1.4
Documentação de referência
O projeto descrito neste relatório é baseado nas informações e descrições apresentadas nos
seguintes documentos:
1.5
2.
•
Hans van Meeteren, Yi Hu, Khoi Vu, - “ONS ESTAL PMU Project Reports – Report 12.3:
Specifications for selected PMU applications for supporting real-time decision-making”,
KEMA Inc., USA, July 26, 2007
•
Hans van Meeteren, “Implementing selected Phasor Measurements Applications in ONS
Dispatcher Training Simulator”, KEMA Inc., USA, August, 2007
•
Yi Hu, “Selected ESTAL PMU Applications` Architecture and Visual Design”, KEMA Inc.,
USA, July 20, 2007
Glossário
•
SAGE – Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia, um EMS desenvolvido pelo
CEPEL
•
OTS – Operator Training Simulator, desenvolvido pela EPRI.
•
Organon – ferramenta de análise de estabilidade, em uso no ONS.
•
ESTAL – (Energy Sector Technical Assistance Loan) – um programa do MME
•
MMI – Interface Homem-Máquina
Ambiente
Este item apresenta uma visão geral do ambiente de desenvolvimento e execução das aplicações
selecionadas.
A arquitetura da plataforma EMS/de simulação é apresentada no item 2.1. As fontes de dados mais
importantes são listadas no item 2.2.
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2.1
Plataforma EMS / de Simulação
A Figura 2.1-1 apresenta uma visão de arquitetura do ambiente EMS / de simulação.
Os principais componentes da arquitetura são:
•
SAGE – sistema EMS desenvolvido pelo CEPEL e em uso no Centro Nacional de
Operação do Sistema (CNOS), do ONS.
•
Simulador OTS – Operator Training Simulator, desenvolvido pela EPRI.
•
Organon – uma ferramenta de análise de segurança dinâmica, desenvolvida pelo
ONS.
•
Protocolo de Comunicações – o simulador OTS conecta-se ao SAGE através de
protocolos de comunicação, de modo a mantê-los levemente acoplados.
•
Núcleo do SOM – um módulo de computação com o objetivo de detectar e analisar
oscilações no sistema de potência.
•
Posição do Instructor - um conjunto de recursos para auxiliar instrutores e
engenheiros na preparação dos cenários de simulação para o OTS.
Uma cópia do ambiente de produção no CNOS será usada como base para este projeto. Todas as
quatro aplicações serão desenvolvidas e testadas sobre essa base. Mudanças e extensões ao
código existente do SAGE e ao modelo de dados existente eventualmente terão que ser aplicadas.
Como resultado deste projeto, estas mudanças serão incorporadas na base do SAGE.
Options /
Results
SageOrg
Interface
User
SAGE
Real-Time
Database
Operator
SAGE
MMI
Linux
MS-Windows
Base Case
ONS
Organon
SAGE
State Estimator
SAGE
Scada
Selected Time
Series Output
SOM output
parameters
Communications
protocol
EPRI-OTS
Engine
OTS
Database
SOM
Engine
Linux
User
MS-Windows
Instructor
Position
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Figura 2.1-1- Arquitetura geral do ambiente EMS / de simulação
O simulador do OTS é usado para fornecer uma solução de fluxo de potência para toda a rede de
energia representada na base de dados do SAGE (atualmente por volta de 1500 barramentos).
Soluções completas são fornecidas com uma periodicidade selecionada (tipicamente a cada 1 ou 2
segundos). Medições analógicas e status digitais são transmitidos com a mesma periodicidade para
o SAGE, através de um protocolo de comunicações.
Deve-se notar que períodos exatos de 1 ou 2 segundos não são realizáveis com a atual
implementação, uma vez que o tempo de solução do núcleo de cálculo do OTS é altamente variável
(tipicamente de 50 a 200 milissegundos).
O chamado “Instructor Position” do OTS fornece recursos para configurar um cenário de simulação
adequado e também para interferir com uma simulação em execução. Além das telas de tabela do
“Instruction Position”, a pessoa encarregada do controle da simulação pode fazer uso do conjunto de
telas do SAGE (telas de tabela, unifilares, gráficos etc.).
Para aquisição de sinal em alta taxa de amostragem, o aplicativo Organon do ONS é usado como
ferramenta de simulação. Para este propósito o Organon recebe casos salvos solucionados do
Estimador de Estados do SAGE periodicamente ou a pedido do operador. Esta característica pode
ser usada para estabelecer um caso base para simulação no Organon, juntamente com algumas
entradas específicas para guiar a simulação.
O Organon não deverá ser executado continuamente para testar as aplicações fasoriais. Ele deve
ser disparado para produzir resultados para uma dada janela de tempo (tipicamente 10 minutos). Os
resultados do Organon são entrada para o aplicativo DampMon (SOM), para visualização nas telas
do SAGE.
Não há necessidade de exibir as quatro aplicações fasoriais explicitamente na arquitetura, uma vez
que elas serão implantadas como aplicações convencionais do SAGE. O único módulo exibido é o
núcleo do SOM (parte do aplicativo DampMon), devido ao fato de que exige um ambiente específico
(MS-Windows).
2.2
Fontes de Dados
Na arquitetura acima as seguintes fontes de dados são as mais relevantes para o atual projeto de
aplicativo:
•
Base de dados de tempo real do SAGE – a base de dados de tempo real do SAGE é
usada por todos os aplicativos e ferramentas de interface homem-máquina como modo
preferencial de comunicações entre processos, de modo a reduzir a acoplagem.
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2.3
•
Arquivo de resultado do SOM – um arquivo contendo parâmetros de sumário
calculados pelo SOM para ser armazenado na base de dados de tempo real do SAGE,
para exibição ao operador e para arquivamento.
•
Saída das séries temporais selecionadas – resultados detalhados de simulação do
Organon para localidades selecionadas no sistema de potência.
•
Caso Base – caso do tempo real do sistema de potência, gerado pelo Estimador de
Estado para uso pelo Organon.
•
Opções / Resultados – um modo de se passar comandos de execução, a partir das
telas do SAGE, para o Organon, e também para receber resultados para apresentação
ao operador através da interface homem-máquina (MMI) do SAGE.
Impactos nas plataformas existentes
Como resultado do desenvolvimento e da integração das quatro aplicações selecionadas, o atual
ambiente EMS / de simulação será impactado de diversos modos, como:
Tipos de medição – as medições fasoriais podem ser consideradas e tratadas da mesma
forma que medições analógicas, com relação a seus atributos, verificação de limites e
tratamento de alarme. Apesar disso, novos tipos de medições analógicas podem ter que ser
adicionados à Tabela de Medições Analógicas, mudando, portanto, o atual modelo de dados
do SAGE;
Atualização das medições – nenhuma mobilização especial para aquisição de medições
fasoriais será necessária no ambiente de simulação atual, uma vez que o OTS fornecerá o
conjunto completo de medições a cada 1 ou 2 segundos (nenhuma necessidade de se
distinguir medições convencionais de medições fasoriais).
Processamento das medições – medições de ângulo de fase são apenas outro tipo de
medição convencional e são processadas (por exemplo, para geração de alarmes) do
mesmo modo que quaisquer outras medições analógicas. Para qualquer valor de medição
fasorial é possível acessar uma tela que mostra todos os atributos usando a tela de
detalhamento análgico. Isto é consistente com as outras telas do SAGE / SCADA usadas
por operadores do ONS. As mensagens de alarme serão descritivas.
Alarmes – alarmes para diferenças e para divergência de valores serão implementados.
Visualização de gráficos – gráficos de valores analógicos que não são medições. Por
exemplo, gráficos de valores de divergência e de diferença serão implementados.
Novas fontes de dados (Organon) – este aplicativo será estendido para produzir arquivos
específicos para uso pelo SOM. Os formatos dos arquivos devem ser definidos na fase de
implementação, entretanto deve-se notar que a criação de arquivos do Organon deve ser
feita pelo pessoal do ONS.
Novas fontes de dados (SAGE) – os resultados do SOM constituirão uma nova fonte de
dados para o SAGE. Um código especial será produzido para entrar com esses dados na
base de dados de tempo real do SAGE. O formato do arquivo deve ser definido na fase de
implementação.
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2.4
Requisitos gerais
Os seguintes requisitos gerais são aplicáveis para o projeto atual:
3.
•
Maximizar o uso e o reuso dos recursos atuais.
•
Minimizar necessidades e obrigações futuras adicionais com relação à manutenção (isto
é: versões de software, atualização de fontes de dados e formatação de telas).
•
Criar um ambiente de teste e simulação semelhante ao ambiente de produção atual
(isto é: formatos de telas, facilidade de uso, estilos de interação).
•
Manter, o quanto possível, um modelo de dados único tanto para o ambiente de
simulação (para as aplicações selecionadas) quanto para o ambiente de produção.
•
Sempre que o modelo de dados de SAGE é alterado ou estendido para o uso pelos
aplicativos desenvolvidos no escopo deste projeto, deve-se prever que toda
configuração de dados dos novos aplicativos seja opcional, a fim de não criar impacto
no ambiente de produção. Esta provisão permitirá que se mantenha a configuração da
base de dados de simulação em sincronismo automático com a base de dados de
produção.
Projeto dos aplicativos
Esta seção fornece o projeto detalhado de cada aplicativo selecionado.
3.1
3.1.1
StressMon
Propósito
Monitorar a diferença de ângulo de fase entre pares de localidades ou entre regiões do sistema
de potência para detectar aproximação dos limites de estabilidade predefinidos. A monitoração
deve considerar ultrapassagem dos limites e divergência dos valores de referência previstos.
Os resultados podem ser usados para apoio à tomada de decisão em tempo real ou para
estudos posteriores.
3.1.2
Sinopse
O StressMon roda periódica e automaticamente no ambiente de tempo real, monitorando
diferenças de ângulo de fase entre pares de medições com relação a seus limites. Ele também
monitora o desvio da diferença angular calculada com relação a seus valores previstos,
conforme critérios pré-definidos. Ele automaticamente emite mensagens de alarme
relacionadas a ultrapassagem de limites, retorno ao normal, e desvio dos valores previstos.
Os cálculos são feitos para cada varredura do simulador do OTS. Esta função fornece
representações gráficas para visualização dos níveis de carregamento em corredores de
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transmissão selecionados e das tendências dos valores calculados ao longo do tempo. Os
resultados podem ser usados para apoio à tomada de decisão em tempo real ou para estudos
posteriores.
3.1.3
Requisitos de Dados
Entradas:
Identificação de pares de medições de PMU cujas diferenças de ângulo de fase devem
ser monitoradas - não disponível no modelo de dados base do SAGE. Os pares podem
ser predefinidos ou definidos pelo operador, através de cliques em dois valores
analógicos na tela de supervisão regional. Isto pode ser implementado em qualquer
diagrama unifilar, porém, o dois pontos selecionados têm que estar na mesma tela. O
software automaticamente gera o nome para o par selecionado; porém este nome pode
ser mudado pelo usuário. Na tela de exibição de pares pode-se simplesmente
selecionar, através da seleção de “Sim” ou “Não“, por qual aplicativo um par é
monitorado. Múltiplos operadores podem definir e desfazer definição de pares ao
mesmo tempo, sem influenciar um ao outro. Identificação de corredores de transmissão
(linhas de transmissão) que pertençam a cada par definido acima não está disponível
no modelo atual de dados base do SAGE; recursos de formatação de tela podem ser
usados como uma alternativa. Estas linhas de transmissão são objetos de transmissão
fictícios, que são usados na tela regional para mostrar o nível de carregamento. Estas
linhas não têm nenhum significado físico.
Limites para diferenças angulares – pode-se utilizar limites padrão de ponto analógico;
Diferenças angulares previstas - não disponível na base atual do SAGE. Nesta fase,
diferenças angulares previstas serão entradas manualmente na base de dados do
SAGE.
Regras para coloração dos corredores de transmissão de acordo com o nível de
carregamento calculado - uma mistura de recursos de formatação de tela e de arquivos
de configuração de tela pode ser usada;
Valores atuais para medições fasoriais pré-selecionadas específicas.
Saídas:
Identificação visual das localizações das PMU – com o uso de recursos de tela
existentes;
Identificação visual de nível de carregamento dos corredores de transmissão – recursos
de tela existentes podem ser usados. Várias alternativas para visualização dos níveis
de carregamento foram analisadas. Depois de discussão com a KEMA, duas
alternativas foram implementadas. A apresentação de níveis de carregamento será
independente do recebimento de alarmes.
Mensagens de alarme – armazenadas na base de dados de tempo real e exibidas nos
consoles dos operadores, nas listas de alarmes selecionados e com aviso sonoro
configurável;
Telas com tabelas – mostrando dados de todos os corredores de transmissão – telas
convencionais de tabelas podem ser usadas.
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3.1.4
Interação com o Usuário
Um conjunto de telas será desenvolvido para este aplicativo.
Os diagramas unifilares existentes devem ser reutilizados, a fim de manter uniformidade do uso
e de facilitar as futuras atividades de manutenção de telas. Este é o caso dos diagramas
regionais já desenvolvidos para o CNOS, cujo layout pode (e deve ser) ser mantido, ao mesmo
tempo em que devem ser adicionadas novas capacidades gráficas para satisfazer os requisitos
de visualização do StressMon.
Telas especiais de tabelas serão criadas. Tais formatos de tela serão enviados à KEMA para
considerações. Facilidades de tabelas como ordenação e filtragem podem ser usadas.
As referências para as novas telas e recursos para facilitar a navegação serão adicionadas às
telas existentes, tais como telas de índice.
A visualização da evolução temporal das diferenças angulares pode fazer uso de ferramenta
gráfica existente. Diversos resultados de corredor de transmissão podem ser exibidos em um
mesmo gráfico. Este tipo de visualização não pode ser feito no SAGE na mesma janela em que
uma tabela ou um unifilar esteja sendo mostrado. Para tal, é necessário abrir uma janela
separada.
3.1.5
Telas
A figura 3.1-1 é uma tela do SAGE, demonstrando como os níveis de carregamento nos
corredores de transmissão selecionados são apresentados ao operador. As posições das PMU
também são mostradas.
Figura 3.1-1 – Tela do SAGE mostrando as posições das PMU e o nível de estresse dos
corredores de transmissão selecionados
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A figura 3.1-2 exibe uma tela de tabela que mostra resultados do StressMon para todos os corredores
selecionados. Essa tela permite ordenação de dados.
Figura 3.1-2 - Tela de tabela do StressMon
A figura 3.1-3 mostra como a ferramenta gráfica existente pode ser usada para mostrar a evolução no tempo
das diferenças angulares em um corredor específico. É possível mostrar o valor real lido da base de dados
de histórico para que a tela de gráfico não comece “vazia” depois de o gráfico ser chamado. A tela mostrará:
•
Uma tendência do valor real (tendência começa quando tela for chamada)
•
Valor previsto (deve ser mostrado para toda a extensão da tela)
•
Limite de alerta (deve ser mostrado para toda a extensão da tela)
Será possível exibir o valor real lido da base de dados de histórico para que a tela não comece “vazia”
depois de o gráfico ser chamado.
Os gráficos são acessados da tela de tabela do aplicativo associado. Ao se fechar a tela de gráfico, a tela de
tabela associada aparecerá.
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O ajuste da escala de tempo é definido no arquivo de tela. Foi decidido configurar o gráfico para 36000
pontos com um segundo de intervalo, que resulta em 10 horas no gráfico. Os valores de limite das
quantidades desenhadas determinam o ajuste da escala vertical. Os valores de limite das quantidades
desenhadas mostrados no gráfico devem ser devidamente selecionados para posicionar corretamente os
valores do gráfico.
Figura 3.1-3 – Tendência do SAGE mostrando evolução de diferença angular
3.1.6
Impacto sobre as plataformas existentes
Tipos de medição – conforme especificado no item 2.3;
Atualização de medição - conforme especificado no item 2.3;
Valores previstos - a necessidade de se considerar um “valor previsto” e “desvio máximo do
valor previsto” terá impacto na extensão do atual modelo de dados do SAGE, ou ele pode ser
imputado de outra fonte de dados (como arquivos CSV). Uma possibilidade é adicioná-los como
atributos da “Tabela de Medição Analógica”. Outra alternativa é usar a provisão existente no
SAGE para “adaptação de limite”, que é especificado com base em níveis de carregamento
(leve, médio, pesado,...). Neste caso os atributos previstos seriam adicionados às Tabelas de
Adaptação de Limite.
A decisão relativa a como implementar os valores esperados fica para a fase de
implementação. Pares de Medições e Identificação de Corredores - pares de medições
fasoriais podem ser pré-configuradas na base de dados ou dinamicamente, através da
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Proprietário
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criação de pontos de cálculo por uma ferramenta gráfica. No caso de serem préconfiguradas, isto implicaria uma mudança no modelo de dados do SAGE. No caso de
corredores, eles poderiam ser configurados apenas nas telas para visualização de níveis de
carregamento. Porém, como tabelas estão envolvidas, haverá a necessidade de se
armazenar os dados em alguma fonte de dados (em arquivo simples ou na base de dados
de tempo real do SAGE). Portanto, uma modificação no modelo de dados do SAGE pode
ser necessária.
Uso do Núcleo de Cálculo – a determinação de diferenças angulares pode fazer uso do
Núcleo de Cálculo existente, que é integrado às funções do SCADA e que fornece detecção
automática de ultrapassagem de limites e também geração de alarme. Monitoração relativa
a previsões e a geração dos alarmes correspondentes deve ser implementada através de
um código específico.
3.1.7
Ativação
Esta função é ativada automaticamente e roda periodicamente sob controle do SAGE, independente de
ações dos operadores. A execução pode ser sincronizada com o período de varredura de aquisição das
medições fasoriais no ambiente de simulação (1 ou 2 segundos.).
3.1.8
Plataformas de Desenvolvimento e Instalação
O.S.: Linux, Plataforma: x386.
3.2
3.2.1
LoopAssist
Propósito
Monitorar módulo de tensão e diferença angular sobre disjuntores envolvidos no fechamento de
loops de transmissão no sistema de potência. Esta função pode ser útil para fornecer meios
para auxiliar o operador a direcionar o sistema de potência para uma situação de reconexão
válida, evitando sobrecargas, ou para fornecer uma medição do impacto de se fechar um loop
no sistema. Os resultados podem ser usados para apoiar decisões de tempo real ou para
estudos posteriores.
3.2.2
Sinopse
Esta função pode ser ativada através da seleção, pelo operador, de um ou mais loops para
serem monitorados através de telas de tempo real. O operador é responsável por escolher um
par de medições com estreita proximidade a cada loop a ser monitorado. Não há nenhuma
seleção automática destas medições.
Os pares podem ser predefinidos ou definidos interativamente pelo usuário a partir da tela
supervisão regional. Isto pode ser feito seja selecionando uma PMU ou através da seleção de
uma medição. A seleção pode ser mesclada na definição de um par. A seleção só pode ser feita
a partir da mesma tela. Quando existir um transformador no loop a ser fechado, fasores têm que
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ser selecionados no mesmo nível de tensão a fim de mostrar a uma diferença de tensão
significativa.
Após a seleção, a função computa periodicamente a diferença de módulo de tensão e diferença
angular de tensão para as medições em pares. Os cálculos podem ser feitos para cada
varredura do simulador do OTS (tipicamente 1 ou 2 segundos).
Esta função fornece representações gráficas para visualização das diferenças em módulo e em
ângulo para os pares selecionados e para visualização das tendências dos valores calculados
ao longo do tempo.
Não há necessidade de monitoração de limites de alarme.
3.2.3
Requisitos de Dados
Entradas:
Identificação de pares de medições fasoriais cujo módulo de tensão e diferenças
angulares devem ser monitorados - feito dinamicamente pelo operador em telas de
tempo real;
Limites para as diferenças angulares - podem ser entradas dinamicamente por telas de
tempo real, ou critérios amplos do sistema podem ser definidos. A diferença dos
módulos de tensão para um par selecionado de medições fasoriais será mostrada em
telas do LoopAssist e processada (monitoração de limites, etc.) semelhantemente ao
processamento da diferença angular. Isto é consistente com as informações que o
planejamento fornece, pois isto é indicativo para a mudança nos fluxos de potência
reativa depois do loop ser fechado. Depois de discussões com KEMA, foi decidido não
mostrar o módulo da diferença vetorial (além da diferença dos módulos de tensão) nas
telas do LoopAssist;
Regras para coloração de diferença de valores de acordo com a severidade ou
distância de uma situação de religação de anel - uma mistura de recursos de
formatação de tela e arquivos de configuração de tela pode ser usada;
Valores atuais para medições individuais de PMU selecionadas.
Saídas:
Identificação visual de posições selecionadas de PMU - com o uso de recursos de tela
existentes;
Representação visual de diferenças calculadas - recursos de tela existentes podem ser
usados. Existem várias alternativas para serem analisadas (gráficos em barra etc.). A
representação exata será definida na fase de implementação. Novas representações
podem ser desenvolvidas se preciso.
Um gráfico mostra a evolução no tempo das diferenças angulares nos loops.
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3.2.4
Interação de Usuário
Diagramas unifilares existentes podem ser usados com alguns elementos de diálogo
adicionados para permitir a seleção de pares de medição e início do cálculo.
A visualização da evolução no tempo do módulo e diferenças angulares pode fazer uso de uma
ferramenta gráfica existente. Essa ferramenta permite que vários ajustes sejam feitos pelo
operador durante a operação, como ajuste de limites de escala, fontes e cores, ampliação,
translado de tela, etc.
3.2.5
Telas
A figura 3.2-1 exibe uma tela de tabela que mostra resultados do LoopAssist para todos os
fechamentos de loop selecionados.
Figura 3.2-1 – Resultados do LoopAssist para todos os fechamentos de loop selecionados
A tela de supervisão regional e as telas de gráfico são semelhantes àquelas fornecidas na
seção 3.1.
3.2.6
Impactos nas plataformas existentes
Tipos de medição - conforme especificado no item 2.3;
Atualização de medição – conforme especificado no item 2.3;
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Pares de Medições - os valores calculados para diferenças em módulo e ângulo são para
serem criados dinamicamente, não exigindo nenhuma configuração prévia na base de
dados do SAGE.
Uso do Núcleo de Cálculo – a determinação de diferenças angulares pode fazer uso do
Núcleo de Cálculo existente, que é integrado com funções do SCADA. Deste modo, não há
necessidade de desenvolver código especializado para esse propósito.
3.2.7
Ativação
A ativação é por pedido do operador. Não há necessidade para este aplicativo permanecer sob
controle do SAGE, no que se refere a segurança, defeito, reinício, etc.
3.2.8
Desenvolvimento e Plataformas de Instalação
O.S.: Linux, Plataforma: x386.
3.3
3.3.1
SyncAssist
Propósito
Monitorar diferença de módulo de tensão, angular diferença e divergência de freqüência nos
equipamentos de transmissão envolvidos na reconexão de ilhas elétricas no sistema de
potência. Esta função pode ser útil para fornecer informações para ajudar o operador a
direcionar o sistema de potência para uma situação de reconexão válida, evitando situações
instáveis, eventos em cascata, ou sobrecargas severas. Os resultados podem ser usados para
suporta à tomada de decisão em tempo real ou para auditorias posteriores.
3.3.2
Sinopse
Esta função pode ser ativada a partir da seleção do operador quando ilhas elétricas são
descobertas no sistema de potência. A atual implementação do SAGE tem recursos (telas e
processador de topologia) para automaticamente descobrir, sinalizar, dar alarme, identificar
visualmente ilhas individuais e listar equipamento candidatos à reconexão.
Em tal situação, o operador pode escolher começar a monitoração de cada par de ilhas
selecionando pares de medições de PMU nas telas adequadas.
Esta função fornece representações gráficas para visualização das diferenças em módulo e
ângulo para os pares selecionados e tendências de valores calculados ao longo do tempo
também. Também fornece um cálculo e visualização do “Tempo de Duração da Diferença
Angular” entre duas ilhas. Os cálculos e a visualização são feitos o tempo todo, até quando a
diferença de tempo for tal que os resultados sejam inúteis. O aplicativo fornecerá um meio de
identificar visualmente quando a diferença de tempo estiver acima de um limite predefinido.
No simulador de sistema de potência do OTS, a diferença angular entre dois barramentos em
ilhas diferentes só depende dos fluxos de potência nas ilhas e a seleção do barramento de
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referência de fluxo de potência para cada ilha. Isso resultará em uma diferença angular que não
varia baseado na diferença de freqüência. Conseqüentemente, o comportamento de tempo da
diferença angular será determinado no aplicativo SynchAssist.
Após a seleção, o SyncAssist começa a monitorar periodicamente a diferença de módulo,
diferença angular e divergência de freqüência para cada par de ilhas. Os cálculos podem ser
feitos a cada varredura do simulador OTS (tipicamente 1 ou 2 segundos).
Para cada par de medições selecionadas, o SyncAssist adiciona uma definição de ponto de
cálculo dinâmico para a base de dados de tempo real. O operador pode então configurar limites
para aqueles cálculos a qualquer hora. Representações gráficas (numéricas, gráficos em barra,
gráficos 2D) farão uso desses limites para coloração. Os limites não serão usados para disparo
de alarmes.
Seria possível adicionar pares extras de medições para serem monitoradas em casos onde
existe várias posições alternativas para reconectar duas ilhas. Alarme só seria usado para
situações de sinalização onde as medições envolvidas nos cálculos ficam indisponíveis. Este,
entretanto, não é o caso quando usando o OTS.
Idealmente, esta função devia ser implantada com medições de uma taxa de varredura alta
(muito menos que 1s). Devido às limitações do ambiente de simulação, valores terão entrada
com uma taxa de varredura típica do SCADA (1 ou 2 segundos). Isso é considerado lento em
relação à potencial variação de diferença de freqüência entre duas ilhas.
Isso tem impacto nos padrões de uso do SyncAssist. O operador deve estar ciente que as
informações fornecidas por essa função, sejam elas numéricas ou gráficas, só têm sentido
quando a diferença de freqüência entre duas ilhas está abaixo de certo limite, ao redor de 0.1
Hz.
3.3.3
Requisitos de Dados
Entradas:
Identificação de pares de medições de PMU cujo módulo de tensão, ângulo e
diferenças de freqüência são para ser monitorados - feito dinamicamente pelo operador
através de telas de tempo real;
Regras para coloração de diferença de valores de acordo com a severidade ou
distância de situação de reconexão - uma mistura de recursos de formatação de tela e
arquivos de configuração de tela pode ser usada;
Valores atuais para medições de PMU selecionadas.
Saídas:
Identificação visual de posições de PMU selecionadas - com o uso de recursos de tela
existentes;
Representação visual de diferenças calculadas - recursos de tela existentes podem ser
usados. Existem várias alternativas para ser analisado (gráficos em barra, etc.). A
representação exata será definida na fase de implementação. Novas representações
podem ser desenvolvidas se preciso.
Gráficos 2D mostram a evolução no tempo do módulo de tensão, ângulo e diferenças
de freqüência entre ilhas.
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Gráficos 2D mostram a evolução no tempo do “Tempo de Duração de Diferença de
Ângulo” entre ilhas.
Essas duas telas de gráfico serão combinadas em um gráfico.
Os valores calculados devem ser escritos em arquivos no histórico para análise e
auditoria posteriores. O uso do histórico do SAGE e do banco de dados histórico pode
não ser adequado devido à natureza dinâmica do ilhamento e seleção dos pares de
medições.
3.3.4
Interação de Usuário
O Processador de Topologia do SAGE fornece informações de saída sobre diagramas unifilares
regionais para se identificarem visualmente ilhas individuais no sistema de potência e aberto
interconexões. Telas de tabelas listam equipamentos candidatos à reconexão que podem ser
usado para reconectar pares de ilhas. As estações divididas que pertencem a mais de uma ilha
são sinalizadas como tal.
Diagramas unifilares existentes podem ser usados com alguns elementos de diálogo
adicionados para permitir a seleção de pares de medição e início do cálculo.
Visualização da evolução no tempo de módulo, ângulo e diferenças de freqüência podem fazer
uso de uma ferramenta gráfica existente. Essa ferramenta permite que vários ajustes sejam
feitos pelo operador durante a operação, como ajuste de limites de escala, fontes e cores,
ampliação, translado de tela, etc.
Telas especiais de tabela serão criadas. Facilidades de tabelas como ordenação e filtragem
podem ser usadas.As referências para as novas telas e facilidades para melhorar a navegação
serão adicionadas a telas existentes, como telas de índice.
A visualização da evolução no tempo dos cálculos de “Duração Temporal da Diferença Angular”
pode fazer uso de uma ferramenta esquemática existente.
3.3.5
Telas
A figura 3.3-1 mostra a tela de tabela do SynchAssist.
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Figura 3.3-1: Tela de tabela do SynchAssist
3.3.6
Impactos nas plataformas existentes
Tipos de medição - conforme especificado no item 2.3;
Atualização de medição - conforme especificado no item 2.3;
Pares de Medições - os valores calculados para diferenças em módulo e ângulo devem ser
criados dinamicamente, não exigindo qualquer configuração prévia na base de dados do
SAGE. O código do SyncAssist cria esses pontos dinâmicos, fixa os limites apropriados e os
insere nas tabelas da base de dados de tempo real do SCADA.
Uso do Núcleo de Cálculo – a determinação de valores de diferença pode fazer uso do
Núcleo de Cálculo existente, que é integrado com funções do SCADA. Deste modo, não há
necessidade de desenvolver código especializado para esse propósito.
Computação de valores de “Time Duration” - pode também ser feita pelo Núcleo de
Cálculo, através do desenvolvimento e codificação de uma rotina de cálculo específico e
inserção dela no Núcleo de Cálculo. Este ponto será revisitado e decidido na fase de
implementação.
3.3.7
Ativação
Ativação por demanda, por pedido do operador. Não há necessidade para este aplicativo de
permanecer sob controle do SAGE, no que se refere a segurança, defeito, reinício, etc.
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3.3.8
Desenvolvimento e Plataformas de Instalação
O.S.: Linux, Plataforma: x386.
3.4
DampMon (SOM)
O aplicativo é chamado DampMon e o núcleo de solução é chamado SOM.
3.4.1
Propósito
Monitorar oscilações nas grandezas do sistema de potência. Estas grandezas podem ser brutas
ou medições fasoriais filtradas ou quantidades calculadas a partir de medições fasoriais, como
fluxos de linha ou fluxos de corredor de transmissão.
O aplicativo SOM calculará a amplitude das oscilações de uma longa cadeia de valores gerados
por uma simulação com ORGANON, em regime de amostra por amostra. O SOM calculará
adicionalmente a freqüência e fator de amortecimento característicos das oscilações de
potência. Estes três valores calculados (para cada grandeza monitorada) serão exibidos no
ambiente do SAGE como uma tela de tendência e a base de dados de tempo real do SAGE
será atualizada.
O ONS fornecerá uma lista de grandezas selecionadas para o teste deste aplicativo.
3.4.2
Sinopse
Este aplicativo é para ser dividido em dois importantes módulos:
Núcleo do SOM:
Este será um programa executável, rodando em uma plataforma Windows, que lerá um
arquivo contendo informações de fasores e marcações temporais e produzirá outro arquivo,
contendo informações sobre eventos oscilatórios, que pode ser lido pelo SAGE para
supervisão e apresentação. As saídas serão enviadas para o SAGE a cada 5 segundos. A
taxa de atualização da tela do SAGE pode ser de até 1 vez por segundo.
Os parâmetros amplitude, freqüência e amortecimento dos modos dominantes de oscilação
serão obtidos de um algoritmo de estimação modal, como método de Prony. As grandezas
de entrada para o SOM serão medições/simuladas a aproximadamente 10-30 amostras por
segundo. Cada janela de tempo (mais ou menos 5 segundos) de grandezas de entrada
será então processada por um algoritmo de estimação modal, como método de Prony,
produzindo os parâmetros de saída, antes de continuar pela próxima grandeza monitorada.
A lógica foi implementada de modo a descartar janelas que incluem casos salvos que
tenham sido gerados antes da oscilação começar. Isso é feito para suprimir resultados
incorretos. A taxa de amostra e o número de amostras usadas na janela do SOM podem
ser configurados.
O SOM deve ser iniciado manualmente. Isto pode ser feito no ambiente de Windows.
Depois do início do SOM, valores de saída estarão disponíveis para telas de DampMon.
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As grandezas a serem lidas e processadas pelo algoritmo do SOM são tensões, correntes
(módulo e ângulos) de seqüência positiva, freqüência e potência. Não existe nenhuma
provisão nesse projeto prova de conceito para calcular grandezas derivadas (potência e
componentes de seqüência) de grandezas primárias (correntes de fase e tensões).
Os arquivos de entrada de teste para o aplicativo SOM devem ser suficientemente longos
(minutos) para permitir o processamento de dados em janelas múltiplas, fornecendo então
um resultado de saída mais realista. Os cálculos do SOM serão feitos numa janela em
movimento e os parâmetros das eventuais oscilações serão obtidos e distribuídos para o
SAGE no fim de cada janela de tempo, de acordo com a Figura 3.4-1 abaixo.
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Processamento
dos valores de
saída
Processamento
dos valores de
saída
Valores de
entrada
disponíveis
Valores de
entrada
disponíveis
Processamento
dos valores de
saída
Valores de
entrada
disponíveis
Janela 1
Grandeza 1
Janela 2
Janela n
Janela 1
Grandeza n
Janela 2
Janela n
0
Time
5
10
15
Figura 3.4-1 - Processamento nas janelas de tempo das grandezas de entrada do aplicativo de
SOM
Monitoração e Apresentação
Os valores de saída do núcleo do SOM (módulo, fase e amortecimento de modos
dominantes de oscilação) serão monitorados e gerarão alarmes no caso de violação de
limites de amplitude ajustados para um tempo estabelecido. A partir de uma tela de tabela
será possível alcançar, pelos recursos padrão da MMI do SAGE, um gráfico de tempo com
informações semelhantes à figura 3.4-2, abaixo.
Figura 3.4-2 - Gráfico de tempo para amortecimento de saída do SOM
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3.4.3
Requisitos de Dados
Núcleo de cálculo do SOM:
Entradas:
Arquivo de dados temporais, relativamente longo (minutos) a uma taxa de amostragem
pré-definida (tipicamente 10 a 30 amostras/s), contendo fasores de saída gerados pelo
ORGANON, relativos às grandezas que deviam ser analisadas: tensões de seqüência
positiva (módulo e ângulo), freqüência e potência.
Saídas:
Arquivo de dados temporais, a uma taxa de amostragem pré-definida (tipicamente 1 a
cada 5 segundos), contendo três parâmetros de oscilação para cada grandeza
analisada: módulo, freqüência e amortecimento associados ao modo dominante de
oscilação. O conteúdo deste arquivo deve ser enviado para o SAGE a cada 5
segundos, não necessariamente assim que os parâmetros são calculados.
Monitoração e Apresentação
Entradas:
Identificação das grandezas monitoradas relativas a oscilações - não disponível no
modelo de dados base do SAGE;
Limites para os tempos e módulos de violação - limites de ponto analógico padrão
podem ser usados;
Valores atuais para medições individuais pré-selecionadas do SOM.
Saídas:
Identificação visual de posições monitoradas pelo SOM - com o uso de recursos de tela
existentes;
Mensagens de alarme - armazenadas na base de dados de tempo real e exibidas em
consoles do operador, em listas de alarmes selecionados e com aviso sonoro
configurável;
Tabelas na tela – exibindo dados de todos os corredores - telas padrão de tabelas
podem ser usadas,
3.4.4
Interação de Usuário
Diagramas unifilares existentes devem ser reusados, a fim de se manter uniformidade de uso e
facilitar atividades futuras de manutenção de tela. Esse é o caso dos diagramas regionais já
desenvolvidos para o CNOS, cujo layout pode (e deve) ser mantido, ao mesmo tempo
adicionando capacidades gráficas novas para satisfazer os requisitos de visualização do SOM.
Telas especiais de tabelas serão criadas. Facilidades de tabela como ordenação e filtragem
podem ser usadas.
Referências para as novas telas e facilidades para melhorar a navegação serão adicionadas a
telas existentes, como telas de índice.
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A visualização da evolução no tempo de parâmetros de oscilação pode fazer uso de uma
ferramenta gráfica existente. Parâmetros diferentes podem ser plotados em um mesmo gráfico.
3.4.5
Telas
A figura 3.4-2 acima mostra um projeto inicial para uma tela de tendência que mostra resultados
do SOM.
A figura 3.4-3 fornece uma tela tabelar que mostra os valores atuais de módulo, freqüência e
amortecimento de oscilações. Seus aspectos devem seguir os estilos apresentados na figura
3.1-2 mais acima.
Figura 3.4-3 - Tela tabelar do DampMon
3.4.6
Impactos nas plataformas existentes
Tipos de medição - conforme especificado no item 2.3;
Atualização de medição - conforme especificado no item 2.3;
3.4.7
Ativação
Ativação por demanda, por pedido do operador. Não há necessidade de este aplicativo
permanecer sob controle do SAGE, no que se refere a segurança, defeito, reinício, etc.
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3.4.8
Desenvolvimento e Plataformas de Instalação
SOM Engine:
O.S.: Windows, Plataforma: x86
Monitoração e Apresentação
O.S.: Linux, Plataforma: x86.
4.
Notas finais
Este projeto possui uma natureza especificamente exploratória, além de um cronograma muito
apertado para execução. Deste modo, não é esperado que o atual projeto venha a precisar de várias
revisões para alcançar uma forma final antes da implementação. O refinamento e os ajustes
necessários às especificações serão realizados na fase de implementação. Durante esta fase,
eventuais mudanças ou melhorias ao atual projeto que surjam terão que ser analisadas, discutidas e
acordadas de forma expedita.
Anexo A - Resumo das Aplicações
A tabela a seguir resume os mais importantes detalhes de projeto das quatro aplicações detalhadas
neste documento.
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Função
Definição
Taxa de
Varredura
StressMon
MONITORAR DIF.
ANGULAR ENTRE 2
LOCALIDADES PARA
1 ou 2 seg.
DETERMINAR
MARGEM DE
ESTABILIDADE
LoopAssist
Apoio no fechamento
de conexões em
paralelo (pode causar
sobrecarga /
instabilidade).
SyncAssist
Auxiliar no fechamento
de linhas entre ilhas
<< 1 s (1 ou 2
elétricas (quando não
seg. Para
houver um relé de
este projeto).
sincronismo
disponível)
DampMon
(SOM)
Monitorar oscilações
nas grandezas do
sistema de energia
1 ou 2 seg.
<< 1 s
Fonte de
dados
OTS
OTS
OTS
Organon
UI
Diagramas
unifilares
Tabelas
Alarmes
Corredores
Tendências
Diagramas
unifilares
Gráficos de
tendências
Execução
Contínua
Funções
Localizações pre-selecionadas das PMU
Cálculos dinâmicos
Checagem de limites
Valores esperados
Desvio da previsão
Cores indicando distância
Botão para Instruções de Operação
Mudar cor das tendências quando o limite
for excedido
Sob demanda
Sem medição de freqüência
Sem duração de tempo
Gráfico de tendências (Deriv. de V, derive.
do ângulo)
Diagramas
unifilares
Gráficos de
tendências
Alarmes
Sob demanda
Duração temporal da derivada do ângulo
abaixo do limite
Alarmes relativos a pontos não
disponíveis
Alarmes relativos a não execução de
testes de limites
Gráfico de tendências (Deriv. de V, derive.
do ângulo)
Tabelas
Diagrama de
barras
Gráfico de
tendências
Alarmes
Contínua (para
este projeto, sob
demanda)
Módulo
Freqüência característica
Fator de amortecimento
Tabela A-1 - Resumo de aplicativo
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