IEC Automação e Redes de Comunicação em Subestações de Energia Elétrica

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1 IEC Automação e Redes de Comunicação em de Energia Elétrica Paulo Roberto Pedroso de Oliveira (11) (11) ASCC Automação paulo@ascx.com.br

2 Norma IEC Sistemas e redes de comunicação em subestações 1. Comunicação entre dispositivos de campo GOMSFE - Generic Objects Models for Substation and Feeder Equipment CASM - Commom Aplication Service Models GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event 2.Adotaram tecnologia consagrada - TCP/IP 3. Comunicação entre bases de dados de tempo real TASE 2 - Telecontrol Application Service Element 2. ICCP - Inter Control Center Protocol

3 IEC FAQs Perguntas frequentes Esta tecnologia vai se tornar realidade ou é mais um vaporware? Por que devemos utilizá-la? Que vantagens teremos Eu entendo de proteção, agora necessito entender de redes de computadores? ( No, no, pero ayuda!!! ). Eu entendo de redes de computadores, agora necessito entender de proteção? ( No, no, pero ayuda!!! ). O IEC é um protocolo de comunicações? Ora, então que o pessoal de comunicações cuide dele. Por que misturar proteção, supervisão, redes? Estávamos tão bem, cada um no seu mundo. É realmente necessário? Estamos abrindo um buraco na segurança? E os algorítimos de proteção, estudos, ordens de ajuste? E as lógicas de controles e intertravamentos? Asset Management? Gerenciamento de Ativos? É necessário testar a aderência à norma? Quando? No Teste de aceitação de campo-tac ou no Testes de Aceitação de Fábrica TAF? Ferramentas de Engenharia para configuração? Independência de fornecedor? O que há de errado com o IEC ? Ou com o DNP 3?

4 Diferentes tipos de protocolos em função da quantidade de dados transmitidos: IED s s que trocam alguns bits em milissegundos (válvulas On/off, chaves de nível, n pressostatos,, etc.): protocolos do tipo SensorBuses. Exemplo Devicenet IED s s que trocam informações de alguns bytes em dezenas de milissegundos (transmissores de pressão, vazão, temperatura, válvulas de controle, etc.): protocolos tipo FieldBuses.. Exemplo: Profibus PA, Hart, Fieldbus Foundation H1; IED s s que trocam vários v blocos de bytes em dezenas ou centenas de milissegundos (relés s inteligentes, balanças, as, remote IO, etc.): protocolos tipo DeviceBuses.. Exemplo: Profibus DP, ControlNet e DeviceNet; IED s s que trocam vários v dezenas de blocos ou arquivos em segundos (UTRs( UTRs,, CLPs, SDCDs,, etc.): Protocolos do tipo DataBuses.. Exemplo Ethernet TCP/IP, Profinet.

5 IEC Conceitos Essenciais Automação da Subestação é uma rede de computadores. Relés de proteção, oscilógrafo, controles de bay, supervisório, etc, possuem endereço IP, MAC Address, etc. IEC codificou a informação. Transporte ficou com TCP/IP. Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados. GOOSE Generic Object Oriented Substation Event TRIP Só no Barramento de Estação local da S/E, entre relés de um esquema de proteção, não roteável, possui requisitos rígidos de velocidade e determinismo. Redes mistas, anel de fibra ótica, com protocolo RSTP para Relés de Proteção, e estrela (switch) concentrando os demais equipamentos. Gerenciamento de Ativos. Asset Management. Projetar/configurar. Ferramentas de engenharia. Configuradores SCL. Arquivos de Configuração -.ssd,.icd,.scd,.cid

6 IEC Conceitos Essenciais 1. IEC Descrição da codificação da informação. Modelagem da informação. Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados IED21 / CAVXCBR1 / Posição Bay440 / Disjuntor 1 de Cabreúva / Aberto 2. Transporte TCP/IP. IP, MACs, Switches, Roteadores, LANs, WANs, cabos UTP, RJ45, encapsular mensagem. 3. Topologias. Anel Ótico (RSTP) e Estrela (switch Ruggedcom) 4. Ferramentas de Configuração SCL. Areva Pacis Siemens Digsi ABB PCM 600 SEL, GE...

7 440 KV Arquitetura Tradicional Seccionadora, Disjuntor, Transformador Proteção da Alta de Bay Oscilografia Fiação de Cobre 138 KV COS Unidade Terminal Remota Ponto a Ponto Serial Proteção da Baixa

8 TP TC Nova Arquitetura Hardware/Topologia de Rede Seccionadora, Disjuntor, Transformador 440 KV Proteção da Alta de Bay Oscilografia COS TC TP 138 KV Fibra Ótica Unidade Terminal Remota Servidor de Subestação Supervisório Local Proteção da Baixa

9 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados 440 KV TP TC TVTR TCTR GGIO GAPC Ultrapassou Limite Superior XCBR XARC MMXU MW Soma corrente XSWI PDIS RFLO Distancia ATCC RDRE Registrador 138 KV GGIO - Generic input/output GAPC - Automatic Process Control XARC - Monitoring for arcs RFLO - Fault Locator RDRE - Disturbance Recorder ATCC - Tap changer controller

10 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados IEDs / MMXU / Tensão (corrente) LN = Nó Lógico - CL = Conexão Lógica - CF = Conexão Física IED 1 LN1 CL2 LN2 CL1 CF2 Função X IED 2 LN3 CF1 IED 3 CL4 CL3 LN4 Equip. Alta Tensão

11 Norma IEC Sistemas e redes de comunicação em subestações 1. Princípios Básicos 2. Glossário 3. Requisitos Gerais 4. Gerenciamento do Sistema e do Projeto 5. Requisitos de Comunicação 6. Linguagem de Configuração do Sistema de Automação de Subestação - SCL 7.1. Estrutura básica de comunicação para equipamentos de e Alimentadores - Princípios e modelos 7.2. Interface de serviço de comunicação abstrata - ACSI 7.3. Classes de dados comuns - CDC 7.4. Classes de dados e classes de nós lógicos compatíveis 8.1. Mapeamento do serviço de comunicação específico ( SCSM ) - Mapeamento para o MMS.

12 Norma IEC Sistemas e redes de comunicação em subestações 9.1. Link serial, ponto a ponto, multdrop, unidirecional Barramento do Processo 10. Teste de Conformidade Nível de Estação COS Supervisório Local Nível 3 2 Station Bus (Capitulo 8) Nível de Bay IEDs Process Bus (Capítulo 9) IEDs Processo Elétrico Proteção Dj, Sec, TP, TC 1 0

13 ILHAS DE DADOS EM SUBESTAÇÕES MULTIPLICIDADE DE PROTOCOLOS Medidor digital de faturamento Relés de Proteção de Bays Oscilografia Monitoração para otimização do uso dos ativos Monitoração de qualidade de energia UTR - Unidade Terminal Remota - Supervisão SSC Imagens - Informações para operação, manutenção e segurança empresarial Monitoração de equipamentos auxiliares ( no-breaks e telecomunicações ). Anunciadores de Alarme Registro de Eventos - Data Logger

14 4 a 20 ma. Protocolos seriais. IEC DNP3 Modbus Protocolos de Comunicação Abertos Regras que governam a comunicação entre dispositivos eletrônicos Modelo Mestre / Escravo Protocolo Setor Elétrico com arquitetura de Redes (LAN/WAN), orientado a objetos. IEC Protocolos Industriais com arquitetura de Redes (LAN/WAN), orientado a objetos. Profibus Foundation DeviceNet Modelo de Rede Multcast

15 A INFORMAÇÃO NA CADEIA DE AQUISIÇÃO A IMPORTÂNCIA DA COMPATIBILIDADE ENTRE OS VÁRIOS ELOS Formato dos dados e escalas de engenharia Processo Elétrico Fiação Relação TP TC Trandutores 4 A 20 ma Protocolo de Comunicação Configuração do Protocolo IED ou UTR Conversores A/D Banco de Dados Posição Seccionadora ou Disjuntor Telecomando Aplicativo Gerencial Softwares Visuais Centro de Operação Banco de Dados Cliente da UTR Servidor do Aplicativo Gerencial Telessinal Ponto Simples 0 Aberto 1 Fechado Telessinal Ponto Duplo 0 0 Em trânsito 0 1 Aberto 1 0 Fechado 1 1 Estado Proibido Telecomando Simples 0 Abrir 1 Fechar Telecomando Duplo 0 0 Comando Proibido 0 1 Abrir 1 0 Fechar 1 1 Comando Proibido Medição KV, A, MW, MVar Conversor de12 bits Inteiro Conversor de 16 bits Ponto Flutuante Escalas de Engenharia Relações de TP e TC Conversores A / D Byte Word Long Word

16 Agilidade na Comunicação (Throughput) Tempo decorrido entre a deteção de um evento e a atuação de uma saída baseada em uma decisão lógica. 1. Taxa de Transmissão 1,2 à 19,2 KBps IEC , DNP3 100 MBps IEC TCP/IP 2. Eficiência do Protocolo Overhead Número total de bytes da mensagem em relação à mensagem útil - dados. IEC , DNP3, Modbus otimizados para mínimo overhead IEC TCP/IP pouco otimizado em função das larguras de banda disponíveis atualmente 3. Modelo da Rede 3.1. ORIGEM / DESTINO 3.2. PRODUTOR / CONSUMIDOR ( Publisher / Subscriber ) ( Publicador / Assinante ) IEC 61850

17 2 Exemplos S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação 60 km. n S/E BAN UTR Protocolo DNP 3, IEC 101 Linha Serial Centro de Operação do Sistema O N S Informação 1 - Disjuntor está fechado 1 bit 0 aberto 1 fechado Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV 2 Bytes ou 4 números hexadecimal F21A Banco de Dados da UTR deve ser compatível com o do SSC ( COS ).

18 2 Exemplos S/E BAN linha para XAV Informação 1 - Disjuntor está fechado Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV Informação 60 km IEC Rede TCP/IP Centro de Operação do Sistema Informação 1 - Disjuntor está fechado BAN / XCBR1.Pos.stVal Vai a informação completa, sem necessidade de referência externa. Configura-se na origem e passa um arquivo XML para configurar o computador do COS. Simplifica trabalho de configuração. Informação 2 BAN está recebendo 600 MW de XAV BAN / MMXU / F21A Banco de Dados da UTR independe do Banco de Dados do SSC ( COS ).

19 Limitações dos Protocolos Seriais IEC DNP 3 Custos altos nos processos de engenharia. Cada protocolo tem a sua própria estrutura de representação de dados. US$ 28 Bi foram gastos no mundo em Publicação Forrester Inc. Gateways. Muitos protocolos Limitação da interoperabilidade. Diferentes funcionalidades. Protocolos Proprietários Dificultam o uso de ferramentas de mercado e do seu desenvolvimento. Diferentes padrões entre América, Europa e Ásia. Perfil do Protocolo Profile Procedimentos de Certificação Mercado Global requer : Redução de custo e competição. Padrões abertos que protejam os investimentos de obsolescência rápida no futuro.

20 GOMSFE - Generic Object Model Substation Feeder Equip. MMS - Manufacturing Message Specification Automação Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados UCA/IEC UCA/IEC Encapsular GOMSFE CASM MMS 4.Aplicação 3.Transporte-TCP GOMSFE CASM MMS 4.Aplicação 3.Transporte-TCP TCP BAN_Dj1_0_1 BAN_Dj1_0_1 2.Internet-IP 2.Internet-IP IP TCP BAN_Dj1_0_1 1.Física 1.Física ethernet-mac add ethernet-mac add MAC IP TCP BAN_Dj1_0_1 LAN

21 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados Capítulo 7.3 LN Dado Atributo da Dado BANQ5/Q0XCBR1.Pos.stVal Referencia do Nó Lógico Referencia do Dado Referencia do Atributo do Dado Aberto Fechado Capítulo 7.3

22 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados Capítulo KV TP TC TVTR TCTR GGIO GAPC Ultrapassou Limite Superior XCBR XARC MMXU MW Soma corrente XSWI PDIS RFLO Distancia ATCC RDRE Registrador 138 KV GGIO - Generic input/output GAPC - Automatic Process Control XARC - Monitoring for arcs RFLO - Fault Locator RDRE - Disturbance Recorder ATCC - Tap changer controller

23 Dispositivo Lógico / Nó Lógico / Objeto de Dados Capítulos 7.1 e 7.2 LN = Nó Lógico - CL = Conexão Lógica - CF = Conexão Física IED 1 LN1 CL2 LN2 CL1 CF2 Função X IED 2 LN3 CF1 IED 3 CL4 CL3 LN4 Equip. Alta Tensão

24 Arquitetura do Sistema Não é definida pela Norma IEC Arquitetura Lógica tem que ser definida Cliente/Servidor e em pares (peer to peer) Falha de dispositivo, dados inválidos, performance durante avalanches Gerenciamento da redundância : quente/fria, cluster Gerenciamento da Performance : Multcast, VLAN Arquitetura Física tem que ser definida Elétrica / Ótica Simples ou redundante Anel ou Estrela Switches Área sensível. Novas oportunidades. Garantir disponibilidade do sistema.

25 COS 10 Interfaces Lógicas 9 7 Engenharia IHM IHM 2 Proteção Remota Nível de Estação 1,6 1, ProtD Contr Prot Contr 4,5 Nível de Bay 4,5 Interface com Processo Sensores atuadores Nível de Processo 2 Proteção Remota

26 Interfaces Lógicas IF1 Troca de dados de proteção entre nível de bay e estação IF2 Troca de dados de proteção entre nível de bay e proteçao remota IF3 Troca de dados dentro do nível de bay IF4 Amostragens instantâneas TP e TC entre nível de processo e bay IF5 Troca de dados de controle entre nível de processo e bay IF6 Troca de dados de controle entre nível de bay e estação IF7 Troca de dados entre estação e engenharia remota IF8 Troca de dados direta para funções rápidas intertravamento IF9 Troca de dados dentro do nível de estação IF10 Troca de dados entre dispositivos da estação e o COS Centro de Operação do Sistema

27 Arquitetura Cliente Servidor (Vertical) Mensagens Expontâneas GOOSE (Horizontal) Publisher/Subscriber - Multicast Cliente conecta-se com vários servidores Barramento de Estação Capítulo 8 Comunicação Vertical GOOSE Comunicação Horizontal

28 MTBF (anos) e Disponibilidade ( %) de Dispositivos de Rede HUB ethernet 118,9 99,9954 Relé de Proteção 115,0 99,9945 Hardware IED 115,0 99,9945 Interface de Rede do IED 19,2 99,9715 PC Industrial ( Servidor ) 14,3 99,9615 Gateway-SCADA 14,3 99,9615 Switch ethernet 11,5 99,9523 Roteador ethernet 9,5 99,9423 Fonte - Schweitzer Engineering Laboratories

29 IEC Capítulo 3 Requisitos Gerais 1. Normas para equipamentos eletrônicos expostos a surtos eletromagnéticos e 2. Segurança de Rede 1. EMC Eletromagnetic Compatibility UTRs - PLCs IEDs - Ensaios de TIPO Tolerância de Tensão de Alimentação IEC : Taxa de Ondulação de tensão de alimentação - Ripple IEC : Flutuações de tensão e flicker IEC : Redução e interrupção de tensão IEC : Surtos IEC : Imunidade a transitórios rápidos IEC : Perturbação de altas frequências IEC : Descargas Eletrostáticas IEC : Campo Magnético CISPR22 : Limite de emissão conduzida e irradiada EMI Eletromagnetic Immunity IEC : Ensaio dielétrico - Tensão aplicada à Frequência industrial - Classes de isolação 2. Segurança de Rede Autenticação para acesso

30 Benefícios Tecnologia Tradicional Investimento de longo prazo GOOSE Clientes Padrões Novas Aplicações Integração de redes Aprendizado Cópia Absorção da tecnologia (cai a ficha) Mudanças profundas Fase do investimento

31 Custo Total Custo PADRONIZAÇÃO X DIVERSIFICAÇÃO CONCESSIONÁRIA COMO AGENTE INDUTOR DE SOLUÇÕES DE SEU INTERESSE Custo da Dependência (reduzir?) Capacitação Alvo Menor Custo Custo da Manutenção Globalização + Padronizado + Diversificado

32 IEC INTEGRAÇÃO/PADRONIZAÇÃO ARQUITETURA DE COMUNICAÇÃO PARA EMPRESAS CONCESSIONÁRIAS DE ENERGIA GOMSFE Corporação COS Distribuidor Usinas CRO ICCP ONS Produtividade, Simplifica acesso, Melhora serviço ao consumidor WAN-TCP/IP-Orientado à Objetos Consum Cliente/Servidor ANEEL M M E S/E Transm Publisher/Subscriber GOOSE

33 IEC Arquivos ICD, SSD, SCD, CID Trocar informações de configuração entre equipamentos de diversos fabricantes Capacidades dos IEDs IED DB ICD WS Engenharia Configurador do Sistema SCD Configurador de IEDs Especificações do Sistema SSD Tranferência de arquivos XML Ambiente Engenharia CID IEDs Gateway Ambiente S/E

34 IEC Arquivos ICD, SSD, SCD, CID Trocar informações de configuração entre equipamentos de diversos fabricantes ICD - IED Capability Descripition Descreve Tipo de Nó Lógico ( part 7.4) SSD - System Specification Description Descreve o diagrama Unifilar e os Nós Lógicos necessários SCD - Substation Configuration Description CID - Configured IED Description IED instanciado para o projeto, seu endereço.

35 IEC Considerações para projeto de Automação de. Proteção,, Oscilografia, Supervisão Dois enfoques : 1.Partir das funções necessárias na Subestação, verificar os dispositivos existentes no mercado. 2.Partir de dispositivos e esquemas de controle já existentes, montar a solução necessária. Soma das duas. Algoritimos de proteção, funções 50, 50BF, 59, etc, lógicas de intertravamento, relés 86, etc, estão fora do escopo da Norma IEC Cada fornecedor tem a sua solução, com suas virtudes. A competição continua existindo. Isto é bom? Qual é o escopo da Norma IEC 61850? Padronizar a informação e seu mecanismo de envio e recebimento. Comunicação com tecnologia Rede de Computadores. Padroniza. Todo mundo faz igual. Isto é bom? Utilizar SCL - Substation Configuration Language.

36 MODELAGEM DA INFORMAÇÃO Capítulo 7 da Norma IEC ORIENTAÇÃO A OBJETO 7.3. Objetos de Dados 7.4. Nós Lógicos Classe Objeto Instância

37 Conceito de Classe, Objeto, Instância Classe - abstração - descreve um conjunto de objetos, com os mesmos atributos, operações. Exemplo : Humanidade Objeto - concreto - uma instância : Ex : Juliana Paes, Gianechini, Rui Barbosa, Ana Hickman. Classe - Disjuntor Objeto - Disjuntor 5, 750 KV de Foz do Iguaçu.

38 IEC Visão do Dispositivo Nó Lógico (Server) / Dados Nome Item 7.4 Ex: LLN0, LPHD Atributos Item 7.3. Estados Medidas Operações Item 7.2 Control Substitution Get/Set Dir/Definition MMXU - Medições ( V, A, W, VA) MTTR - MWh XCBR - Disjuntor XSWI - Seccionadora PBPR - Relé de Proteção - Básico TCTR - Transformador de Medição YPTR - Transformador de Potência Data Data Set Report Pedir pelo número no Mc Donalds

39 IEC : Mensagem para abrir/fechar um disjuntor BAN01/Q0CSWI1.Pos.ctlVal Nome do atributo (fixo) Nome do Objeto de dados (fixo) Sufixo do nome do nó lógico (livre) Classe Nó Lógico (fixo) Prefixo do nome do Nó Lógico (livre) Nome do Dispositivo Lógico (livre) Nome do Nó Lógico

40 Hierarquia do Modelo de Dados Dispositivo Físico Em azul, faz parte da Norma Server 1 Server n Client 1 Logical Device 1 Dispositivo Lógico n Logical Node 1 Nó Lógico n Logical Node Zero Physical Dev. Information Data Object 1 Objeto de Dados n Attribute 1 Attribute n

41 Aproximadamente 350 Objetos de Dados Data Object Classes Number A - Phase to ground amperes for Phases 1, 2, and 3 System information 13 Physical device information Measurands Metered values Controllable Data Status information Settings Amps - Current of a non three phase circuit Ang - Angle between phase voltage and current AnIn - Analogue Input used for generic I/O ChAnVal - Array of analogue channel numbers and actual values at a certain time (time tag) CircA - Measured circulating current in a transformer paralleling application CtlV - Voltage on secondary of transformer as used for voltage control. Den - Density of gas or other insulating Medium DQ0Seq - Direct, quadrature, and zero axis quantity ECC - This is the measured current through a Petersen Coil in neutral compensated networks. FDkm - The distance to a fault in kilometres FDOhm - The distance to a fault in Ohms HaRmsA - Current Harmonic RMS (unnormalized THD) for A, B, C, N HaRmsV - Voltage Harmonic RMS (unnormalized THD) for AB, AN, BC, BN, CA, CN, NG HaTdA - Current Total Harmonic Distortion HaTdV - Voltage Total Harmonic Distortion More..

42 LLN0 Logical Node Zero LPDH Logical Node Physical Device Logical node zero (LLN0) representa os dados comuns do Dispositivo Lógico. Logical node physical device (LPHD) representa os dados comuns do Dispositivo Físico que suporta o Dispositivo Lógico. LLN0 e LPHD são definidos em todos Dispositivos Lógicos.

43 Tagged Internet Frame Quadro de Internet com TAG de Prioridade Pre 7 SFD 1 DA 6 SA 6 TAG Prior 4 ET 2 CP TP 2 MAC - Dados bytes FCS 4 Tag de Prioridade ( Virtual LAN) 2 bytes para identificação do TAG IEEE 802.1Q, Virtual Bridge Local Area Network 2 bytes para informação de controle do TAG EtherType 2 bytes para indicação do tipo de protocolo no pacote ethernet

44 GSE Generic Substation Event Ethertypes Baseado no ISO/IEC MAC Sublayer. Registrado no IEEE authority registration Uso Valor Ethertype APPID IEC GOOSE 88-B8 00 IEC GSE Management 88-B9 00 IEC Valores Amostrados 88-BA 01 APPID Application Identifier GOOSE Generic Object Oriented Substation Event GSSE Generic Substation State Event

45 IEC Conceito GOOSE O dispositivo envia informação em multcast O assinante (subscriber) recebe esta mensagem. Não assinantes a ignoram. Z é um assinante e recebe a mensagem. Y não é um assinante e a ignora. EXEMPLO: GOOSE Sender Device X GOOSE message Ethernet GOOSE Receiver Device Y GOOSE Receiver Device Z GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)

46 IEC Sincronização no Tempo Fundamental na análise de eventos Dois tipos : Conexão direta com GPS ou via Rede (SNTP) SNTP Simple Network Time Protocol. Particularização do NTP Network Time Protocol. Utiliza UTC Universal Time Coordinate. GMT Greenwich Mean Time. UTC Definido pela 13ª Conferência de pesos e medidas, em 1967 O SEGUNDO é a duração de períodos da radiação de cesio GPS Geographical Position Sistems Sistema de satélites que fornecem um pulso com precisão de 1 micro segundo,a cada 1 segundo. SecondOfCentury Tempo em segundos, desde 01/Janeiro/ :00:00 UTC. Terá segundos, que é igual dias ou 136 anos. Unix clock. DaylightSavingTime LocalTimeOffset. Brasil = GMT - 3

47 GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event Eventos de Proteção - Intertravamento - 4 ms 4ms à 10 Mbit/s - Transmite bits 4ms à 100 Mbits/s - Transmite bits 1)Voting - lógica entre relés 2)Bus Blocking - Coordenação-Vários alimentadores podem bloquear instantaneamente o disjuntor principal. 3)Load sheding - relés de subfrequencia. Enviar trip para um dentre vários disjuntores. Alívio de carga 4)Wide Area Goose -WAG - goose - mensagem não roteável - mensagem entre S/Es. LAN - 10 Mbits / 100 Mbits

48 CAPÍTULO 7.2 Estrutura de Comunicação ACSI Abstract Communication Service Interface Mapeamento do Serviço de Comunicação Específico SCSM Specific Comunication Service Mapping Mapeamento para o MMS Manufacturing Message Specification

49 IEC ACSI - Abstrato = o que / concreto = como 1) Cliente/Servidor - / Acessar valores dos dados 2) Publisher/Subscriber - Transmissão rápida - relés de proteção. Todo relé interessado no dado publicado é configurado como assinante. ACSI Cliente Aplicação Mensagem GOOSE Report Log Request Response LAN/WAN GOOSE Multcast Virtual ACSI Server Dados Dados Real Remota Medidor 1. Por evento 2. Periódico - Alarme Publisher Dead MISSÃO CRÍTICA Mensagens repetidas, sem necessidade de reconhecimento. Dados não críticos no tempo ( oscilografia ), não devem concorrer com os críticos. Processo

50 CAPÍTULO 9 BARRAMENTO DE PROCESSO SCSM SERIAL ISO/IEC Valores amostrados sobre linha serial, multidrop, unidirecional, ponto a ponto Amostras de valores de TP e TC sobre Ethernet

51 IEC 61850: Transmissão de Valores Amostrados Point-to-Point Ethernet LAN Ethernet Control Protection L1 Prot. L2 Prot. L3 Prot. L1 Mess L2 Mess L3 Mess Merging Unit Optional: Binary-Input Neutral L1 L2 Synchronisation, Monitoring, Test, Configuration Signal Processing L3 Neutral Busbar Closed System

52 Barramento de Processo baseado em Ethernet em tempo real. Novas abordagens do Padrão Ethernet velocidade, banda de transmissâo e confiabilidade. Station Bus COS Supervisório Local Nível 3 2 Time Sinc 1micro Seg Merging Unit Process Bus Processo Elétrico Proteção Dj, Sec, TP, TC 1 0

53 Barramento de Processo baseado em Ethernet em tempo real. TC Transformadores de Corrente TP Transformador de Potencial A forma de sinal no secundário do TP/TC pode ser convencional ou digital. Não é abordado pela Norma. Sinais são amostrados e transmitidos digitalmente para um ou vários (multcast) equipamentos de proteção. Unidade Concentradora Merging Unit Adquire de vários TPs/TCs associados a um Bay e os envia de forma padronizada via Ethernet. Norma padroniza esta saída. Relés recebem o telegrama padronizado, indiferente ao tipo de tecnologia aplicado ao TP/TC Base de tempo microsegundos Sinal externo do servidor de sincronismo. Fibra ótica, compensações de atrasos.

54 Barramento de Processo baseado em Ethernet em tempo real. Tecnologia 100MBps ou GBps - altos requisitos de disponibilidade e confiabilidade são exigidos. Nova geração com este desempenho. Qualidade dos componentes e capacidade de recuperação na perda de um componente ou link de comunicação. Sistemas redundantes supõem tempos de chaveamento. Necessário Hot standy, 2 sistemas totalmente operacionais, falha de um gera apenas um alarme e não a perda de comunicação Supervisão da Manutenção. Conceito tradicional de Proteção ( Principal / Alternado ) com núcleos de medição separados e bobinas de disparo para cada sistema de proteção, pode ser facilmente obtido duplicando o Barramento de Processo. Deriva daí também o Redundante de Bay. Opção de projeto um 3º Barramento para Supervisão e.

55 Características especiais do Barramento de Processo Banda de Transmissão adequada. Tempos de resposta garantidos. Redundância em anel, sem perda de dados. No caso interrupção do anel, não haver perda de telegramas. Sincronização de 1micro segundo, com redundância. No mesmo cabo trafegam sinais de Supervisão e, estado e trip via Goose. Requisitos ainda não atingidos pelo atual estado da tecnologia Ethernet. Rede Ethernet Isossíncrona em Tempo Real.

56 Rede Ethernet Isossíncrona em Tempo Real. IEEE P1588 IRT - Internet Real Time IEC Largura de Transmissão particionada Time Slice -1 ms Canal IRT. Configuração Anel, dados transmitidos nas 2 direções, chegam quase simultaneamente. Numa interrupção, praticamente não há tempo de chaveamento. Sincronização de tempo também redundante Canal IRT Canal IP Canal IRT Canal IP Canal IRT Canal IP Ciclo 1 Dados IRT Comunicação Deterministica Ciclo 2 Dados IP Comunicação Aberta Ciclo n

57 E M S - Energy Management Systems Black out - 9 de novembro de Norte do EUA e Canadá. 1. Configurador de rede - considera corretos os estados aquisitados do campo pelo SCADA. Seccionadoras e Disjuntores. 2. Estimação de Estados - determina a melhor estimativa possível dos módulos e ângulos das tensões nas barras do sistema elétrico. Considera Parâmetros e Topologia da Rede, para serem usados nos cálculos da solução de fluxo de potência.

58 E M S - Energy Management Systems Estimador de Estado TeleMedições MW, MVAr, KV, Taps TeleSinalizações Topologia da Rede Estimador de Estados Impedância série e shunt do modelo de rede do Sistema de Potência Tensão e Ângulo Todas as barras da rede Medição Base de Dados Estados

59 E M S - Energy Management Systems 3. Fluxo de Potência Estabelece a condição operativa para a rede, a partir das medições do Sistema SCADA e Estimador de Estados. Calcula as tensões e ângulos para as barras e os fluxos nos circuitos ( MW, MVAr, MVA ). Método de Newton-Raphson. Matrizes impedância/admitância.

60 E M S - Energy Management Systems 4. Análise de Contingência - comportamento do sistema elétrico frente a uma lista das mais críticas ou prováveis. Contingência Perda de um equipamento importante do Sistema. Linha de Transmissão, Transformador ou Usina Geradora Mesmo com a perda de alguns componentes, o Sistema mantém-se íntegro. Se ocorrer uma sequência de perdas, o Sistema pode entrar em colapso. Black out. O Operador de Sistema é informado e analisa continuamente as fragilidades do sistema, simulando-as e se preparando para correção. 5. de Emergência Lista de ações sugeridas ao operador, No sentido de mover o sistema para condição operativa normal. 6. de Segurança - mover de uma condição insegura para uma condição operativa normal.

61 E M S - Energy Management Systems CONDIÇÃO OPERATIVA INSEGURA - nem todas as restrições físicas dos equipamentos são respeitadas, para pelo menos uma contingência a que o sistema foi submetido na Análise de Contingência. Black outs após Brasil, EUA, Europa. preventivo - Avaliação de Segurança Dinâmica e Coordenado de Tensão. ECS e SOE - sincronização por GPS - Satélites Avaliação da estabilidade angular e de tensão. Ferramentas de auxílio ao operador. Interpretação inteligentes de alarmes.

62 E M S - Energy Management Systems Estimação de Estado - melhor estimativa possível para módulos e ângulos das tensões das barras. Dados redundantes originados no SCADA-Supervisory Control and Data Acquisition. Algorítimos-Leis de tensão e corrente de Kirchoff Erros - Ruídos na medição, Erros de parâmetros, Erros de Topologia, Erros grosseiros ( falha do transdutor ). Medição Fasorial GPS

63 BENEFÍCIOS Reduz custo no desenvolvimento e engenharia de sistemas. Agiliza e melhora a qualidade dos testes de aceitação em fábrica (TAF) e dos testes de aceitação em campo (TAC) Agiliza e melhora a qualidade das atividades de manutenção. Melhora a qualidade da Automação de de uma forma geral. Permite o Gerenciamento de Ativos Asset Management

64 Considerações Finais Conter o aumento dos custos de Supervisionar Proteger e Controlar um Sistema que tem a complexidade crescente. Disciplinar a forma de aquisição de dados em e os organizar de maneira eficiente. Visão do fornecedor - Vender mais. Visão do cliente - Comprar melhor. Melhor Qualidade e menor custo.