Cigré/Brasil. CE B5 Proteção e Automação. Seminário Interno de Preparação para a Bienal 2008

Transcrição

1 Cigré/Brasil CE B5 Proteção e Automação Seminário Interno de Preparação para a Bienal 2008 Rio de Janeiro, de junho de 2008

2 Dados do Artigo Número: B5-109 Título: Functional and Interoperability Tests Using the IEC61850 Standard Applied to Substations Research and Development in Brazil Autoria: A. Cascaes Pereira*, I. P de Siqueira, J. M. Ordacgi Filho, M. E. C. Paulino, L. Biondi Neto, C. D. Oliveira, D. Caceres and R. Schimmel País: Brasil

3 Objetivos Alertar para a necessidade de a nova tecnologia, viabilizada pela norma IEC 61850, ser internalizada nos meios acadêmicos, envolvendo alunos e professores das diversas áreas afins, utilizando, se possível, uma plataforma de desenvolvimento constituída por um conjunto de IEDs de proteção de fabricantes diferentes, além de uma rede LAN, os equipamentos de teste e as ferramentas de software necessários. Auxiliar e orientar a nova geração de alunos a desenvolver, especificar, analisar os sistemas propostos e acompanhar os testes funcionais, de interoperabilidade e de desempenho em sistemas de automação de subestações (SAS) empregando o padrão IEC

4 Objetivos Apresentar informações sobre o desenvolvimento da plataforma de desenvolvimento a ser instalada no Laboratório de Proteção e Automação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ, utilizando a norma IEC 61850, com a finalidade de fornecer suporte aos pesquisadores das áreas de proteção de subestações, automação, comunicação e ciência da computação. Discutir a execução de testes funcionais e de interoperabilidade em Sistemas de Automação de Subestações (SAS) e a verificação do desempenho das funções distribuídas sob diversas condições, incluindo situações de trafego muito elevado e de ruído intenso na rede de comunicação.

5 O novo estágio tecnológico representado pela norma IEC ainda não recebeu dos meios acadêmicos, no Brasil e em outros países, a necessária atenção e esforço de familiarização e desenvolvimento. Torna-se urgente unir as diversas áreas dos cursos de engenharia envolvidas, como por exemplo, sistemas de potência, comunicação e sistemas de computação. A forma mais eficiente de se alcançar esta união é através de projetos piloto que utilizem o padrão IEC 61850, para que professores e alunos, juntamente com especialistas de fabricantes, possam participar dos desenvolvimentos. Deverão estar incluídas disciplinas como proteção de sistemas elétricos, automação, comunicação digital, linguagem XML, entre outras.

6 Para suprir a carência apontada acima a UERJ está se preparando para realizar um projeto de P&D envolvendo uma plataforma de desenvolvimento que consiste de um conjunto de IEDs de diferentes fabricantes, interligados por uma LAN (Local Area Network) Ethernet de 10/100 Mb/s, atendendo a norma IEC e trocando entre si informações de proteção e automação. A topologia da LAN entre cada IED e os switches correspondentes será em estrela, usando cabo metálico. Entre os switches será utilizado um anel em fibra ótica, o qual se liga ao nível estação através de duas estações de engenharia para processamento, armazenagem de dados e IHM, conforme mostram as figuras a seguir.

7 Arquitetura Preliminar da Plataforma de Desenvolvimento com IEC da UERJ

8 ETHERNET OPC UTP ETHERNET IEC F.O. SWITCH SWITCH SWITCH SCADA ENGENHARIA GPS GATEWAY ETHERNET IEC UTP SWITCH ETHERNET IEC UTP Alimentador 1 Motor 1 Alimentador 2 Alimentador 3 Motor 3 Alimentador 4 Alimentador 5 Motor 5 Transformador Motor 2 Motor 4 Gerador RACK 1 RACK 2 RACK 3 Evolução da arquitetura da Plataforma de Desenvolvimento com IEC da UERJ

9 Para evitar a circulação das mensagens por tempo não controlado, o anel deverá operar aberto. Em caso de interrupção do anel, sua reconfiguração será realizada rapidamente (< 4 ms), utilizando-se o algoritmo Rapid Spanning Tree (RST) definido pelo IEEE 803.2w. O sincronismo entre os IEDs será obtido a partir do sinal de um equipamento GPS ligado à porta IRIG-B de cada IED, com precisão menor do que 1 ms. O equipamento de teste e as ferramentas de engenharia a serem utilizados deverão ser compatíveis com a norma IEC e empregar a linguagem XML.

10 Serão realizados testes positivos (situações em que o SAS deve responder) e negativos (situações em que o SAS não deve responder). As funcionalidades indicadas no presente trabalho correspondem às de uma subestação industrial de grande ou médio porte (load shedding, partida, sincronismo e parada de geradores, intertravamentos, transferência de fontes, seletividade lógica, esquema de falha de disjuntor, oscilografia etc.). A mesma metodologia de teste, os equipamentos e ferramentas de software, podem também ser utilizados para subestações de transmissão.

11 Durante os testes serão utilizados os arquivos de cada IED: ICD, PICS, MICS e PIXIT e gerados os arquivos SSD, SCD e CID. Considera-se que cada IED tenha sido previamente submetido a testes de conformidade com a norma IEC por uma terceira parte. Os testes deverão ser executados passo a passo. Primeiramente, será confirmado se todas as funções internas estão operando corretamente. Em seguida, os testes de sistema serão iniciados. Serão realizados testes funcionais e de interoperabilidade para cada função distribuída, começando com dois IEDs e aumentando gradualmente o número de IEDs até que todo o SAS tenha sido testado.

12 Não é pratico nem possível testar todas as possibilidades de comunicação de cada relé com os demais IEDs do SAS. O número de possibilidades é muito grande e cresce exponencialmente com o número de IEDs. Entretanto, serão estabelecidos cenários de teste, correspondendo às situações mais desfavoráveis esperadas, procurando-se ter uma cobertura de teste a mais ampla possível. Deve-se considerar que, quando estão envolvidos IEDs de fabricantes diferentes, a realização de testes funcionais e de interoperabilidade no ambiente controlado de um laboratório é muito superior à situação em que a pesquisa de defeitos e a sua correção são executados no campo.

13 Proposição para Teste de Interoperabilidade Envolvendo Vários IEDs

14 No trabalho é proposto um teste para verificar a capacidade de formação de VLANs e de priorização das mensagens dos switches utilizados na LAN. Teste Proposto para os Switches Ethernet

15 Dúvidas

16 Conclusões O uso de IEDs baseados no padrão IEC requer o emprego de novas metodologias e equipamentos de teste compatíveis com o padrão. A utilização da linguagem SCL permite o desenvolvimento de novas ferramentas computacionais e a adaptação de outras já existentes, facilitando grandemente e automatizando a execução dos testes. Com esta linguagem os IEDs podem se auto-descrever. Esta característica, juntamente com o emprego de ferramentas de software, conduz a uma redução significativa dos erros decorrentes da configuração manual. Durante os testes de funções distribuídas, os IEDs futuros ou não disponíveis no momento do teste podem ser simulados por meio de ferramentas de software específicas.

17 Conclusões Além dos testes de conformidade de cada IED específico, os testes do SAS completo, incluindo IEDs de diferentes fabricantes, interligados por uma rede LAN deverão ser realizados na fábrica ou em laboratório, de modo a identificar e corrigir eventuais problemas que poderiam retardar o comissionamento de forma não controlada. Tendo em vista a importância e a complexidade do assunto, os autores alertam para a necessidade de preparação dos técnicos e engenheiros que estarão envolvidos nas áreas de proteção e automação de subestações, para que o padrão IEC possa ser mais rapidamente assimilado e utilizado nas diversas aplicações.

18 Question 2.3 Respostas às questões do REP The introduction of IEC opens the possibility to model a PCS as a network of logical nodes that can be simulated as software modules. Offline and on-line models can be used for design, integration, relay setting, testing, fault analysis, maintenance, network loading and throughput analysis. For which purpose are software models and simulators used or suggested by utilities, vendors and integrators of protection and control systems? Resposta: The possibility of using software modules and simulators is one of the big advantages of the IEC The configuration, parameterization, setting, interconnecting and other tasks may now be completed automatically, saving time and money and avoiding human errors. Another big advantage is the use of software modules to simulate the operation of missing IEDs during distributed functions testing.