Rogério Silva / Henrique Santos, ieee/pes 2010 Transmission and Distribution Latin America, 08/Nov, 2010

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IEC61850

Cenário Atual e Novos Desafios

Rogério Silva / Henrique Santos, IEEE/PES 2010 Transmission and Distribution Latin America, 08/Nov, 2010

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Sumário

Introdução

Revisão 2

Desafios restantes Ed. 1

Revisão 3

Redundância

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IEC 61850 é a norma internacional para sistemas de

automação de subestações

Padroniza a comunicação em rede entre equipamentos

na subestação e sistemas de supervisão/controle

Suporta todas as funções de automação e operação das

Suas características técnicas a tornam flexível e à prova

de futuro

Os conceitos da IEC 61850 também são aplicáveis nas

áreas de automação como monitoramento e controle

IEC61850

Introdução

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IEC61850

Introdução

Conecta todos os equipamentos da subestação formando

um sistema integrado

Supervisão e controle de todos os IEDs

Transformadores de instrumentação

Relés de proteção

Controle de sistema

Medições

Sinais de trip

Manobras, etc...

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IEC61850

Necessidade de uma norma global

Até agora diferentes protocolos sendo

usados: SPA, DNP 3.0, Modbus, etc.

Automação de Subestações sem norma

Tipos de dados sem padrão

Problemas de comunicação

Uso de diversos conversores

Criação de diferentes softwares e

linguagens

Rápidos avanços tecnológicos

Soluções proprietárias normalmente

definem comunicação nas camadas

Física e de Enlace, onde eventualmente

podem ocorrer mudanças

Aumento constante da quantidade de

dados necessários para

supervisão/controle

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IEC61850

Necessidade de uma norma global

Alta confiabilidade

Problemas de interoperabilidade e testes

Diferentes filosofias de proteção e controle

Grande quantidade de cablagem de cobre

para comunicação e intertravamentos

Gastos elevados com treinamento de

operadores

Vida útil de hardware e software cada vez

menores

Equipamentos de campo (disjuntores,

trafos, TCs, TPs, chaves seccionadoras)

vida útil de 40 anos

Equipamentos de controle e proteção têm

vida útil de 15 anos devido a tecnologia

de comunicação

ACSI

APP

COM

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IEC61850

Benefícios de uma norma global e única

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Revisão 2

Desde a primeira edição, o

desenvolvimento da norma é

continuado

A segunda parte, prevista para 2010, é

composta de 15 partes

Mudanças incluem:

Inclusão de Technical Reports

Inclusão de novas áreas de atuação

Correções da edição 1

Redundância

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Revisão 2 - Novidades

Novas áreas de aplicação

IEC61850 inicialmente definida apenas

para ambiente de subestação (incluindo

funções de proteção)

Novas aplicações incluem:

Sistemas eólicos

Sistemas hidroelétricos

Sistemas térmicos

Sistemas Fotovoltaicos

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Revisão 2 - Novidades

Novas áreas de aplicação

Aspectos da inclusão dessas

aplicações:

Serviços da IEC61850 provaram

cumprir os requerimentos

conhecidos para essas aplicações, e

podem ser aplicados sem

mudanças.

O modelo de dados pode ser

extendido apenas com a adição de

LNs relativos às funções dessas

aplicações

O modelo de comunicação usado é

comum e bem difundido (TCP/IP

Ethernet)

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Desafios Restantes Ed. 1

IEC61850-9-2

Define a comunicação para o barramento de processo

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Desafios Restantes Ed. 1

IEC61850-9-2

Benefícios permitidos são:

Permite a troca de vários cabos de cobre por apenas um par de fibra óptica

Desconexão do primário e do secundário (manutenção facilitada)

Interface em fibra faz a aplicação independente do princípio de medição do

instrumento (eletromagnético, capacitivo, ótico, outros)

Ainda pendente pois os instrumentos de medição são dependentes de outras

normas:

IEC61869, ainda em desenvolvimento, não podendo ser referenciada na rev. 2

da IEC61850

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Desafios Restantes Ed. 1

Sincronização de tempo para medição

Não há solução definida para

sincronismo em microssegundos para

medição

UCA desenvolveu uma recomendação

de aplicação

IEC61850-9-2LE (Light Edition)

Sincronização via pps (+ /- 4µs)

Está sendo trabalhada uma solução

baseada na IEEE1588, que irá suportar

sincronismo via Ethernet

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Revisão 3

Já em desenvolvimento através de uma força-tarefa

Tópicos em desenvolvimento:

Arquiteturas Ethernet dentro de subestações incluindo redundância e

configuração de switches ethernet

Uma configuração para supervisão e diagnóstico de equipamentos primários,

chamada CMD (Condition Monitoring and Diagnosis)

November 16, 2010 | Slide 15

Redundância

Introdução

Consiste em duplicar a rede

Especialmente em aplicações onde sinais majoritários são trocados via rede

(GOOSE)

Redundância na rede Ethernet não é contemplada da edição 1

As arquiteturas de redundância em rede Ethernet existentes não seguem uma

norma reconhecida, são soluções proprietárias

Não há garantia de interoperabilidade do sistema

Não há auto-supervisão da rede e checagem de comunicação do relé

Vários tipos de solução quando a norma estiver disponível

Outras técnicas como switch interno ou Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

podem resultar em perdas de dados

IEC61850 rev. 2 adota a IEC62439

-3

como padrão para redundância

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Redundância

Cenário Atual

Anel de redundância de Backbone:

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Redundância

Cenário Atual

Redundância em anel (RSTP):

November 16, 2010 | Slide 18

Redundância

IEC62439

IEC62439: Highly Available Automation

Network Suites

Define requisitos para redes

redundantes

Não estipula topologias (Anel,

estrela, etc)

Usada hoje em todas as redes

industriais Ethernet, pois é

independente de protocolo

November 16, 2010 | Slide 19

Redundância

IEC62439

Define dois tipos principais de

redundância, podendo ser escolhido

apenas um, ou ambos para a rede

utilizada.

Redundância na rede: a rede

oferece links e switches

redundantes, mas os nós da rede

não são redundantes

Uso de RSTP (Rapid Spanning Tree

Protocol) – Tempo de recuperação

de até 1 seg.

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Redundância

IEC62439

Redundância nos nós

Os dois nós do relé são conectados a dois pontos de acesso diferentes

Somente um nó está ativo por vez

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Redundância

IEC62439-3

A IEC61850 adotou a IEC62439-3 como referência para redundância

IEC62439-3: Redundância na rede e nos nós

Duas redes ativas ao mesmo tempo

Protocolos usados: PRP e HSR

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Redundância

PRP

Paralel Redundancy Protocol

Rede fisicamente duplicada

Recovery-Time nulo

Tamanho do sistema ilimitado

Custo alto

November 16, 2010 | Slide 23

Redundância

PRP

workstation1

logger

printer

COM

NCC

DANP

SAN

duplex bay

COM

NCC

legacy

duplex bay

back-up workstation2

Gateway

legacy

SAN

non-redundant bay

DANP

gateway

DANP

gateway

switch A1

switch B1

SAN

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Redundância

HSR

High-Availability Seamless Redundancy

Mesmo princípio do PRP, porém em rede anel

Comunicação em ambos os sentidos do anel

Redes separadas em VLANs ao invés de fisicamente (Dois IPs para cada porta)

Não há switches externos -> baixo custo

Tamanho de rede limitado (latência do switch)

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Redundância

HSR

end

node

end

node

end

node

end

node

end

node

end

node

end

node

sender

receiver

„A“-frame

„B“-frame

switch

RedBox

singly attached nodes

interlink

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