Subestações em Redes de Transporte de Energia Eléctrica: que futuro? André dos Santos

Transcrição

1 Engenharia 4.0 Desafios e Oportunidades para as Infraestuturas do Futuro Outubro 2017 Subestações em Redes de Transporte de Energia Eléctrica: que futuro? André dos Santos

2 Tópicos 1. O presente 2. O futuro 3. Recursos Humanos

3 O Presente

4 A rede Nacional de Transporte 4

5 Subestação de Transporte

6 O Posto de Comando na Subestação de Transporte

7 Arquitectura dos Sistemas de Protecção e Automação Parque de equipamento de Alta Tensão Sala de equipamento de Protecção e Automação (IED) Despacho Nacional Painel 1 Sala de commando SCADA local Painel 2 * Adaptado de P. Pereira, CISCO Substation Automation Design, Junho

8 Arquitectura dos Sistemas de Protecção e Automação SCADA Nacional Nível da Subestação Equipamento Central Nível do Painel Automação Contagem Protecção Nível do Processo Transformadores de medição Disjuntores Transformadores 8

9 O paradigma do cobre e os sistemas de comunicação Parque de equipamento de Alta Tensão Sala de equipamento de comando e protecção Solução! ICT 9

10 Principais Normas IEC 61850, IEC e IEEE 1588 Objectivos: Interoperabilidade entre equipamentos Intermutabilidade de equipamentos Estável no tempo Consensual entre os fabricantes e os utilizadores 10

11 Tipos de trafego Ethernet IEC 61850, IEC e IEEE 1588 MMS ( ), Manufacturing Message Specification utilizado na comunicação vertical entre os IED e o SCADA local ou a GATEWAY para o Despacho Nacional. Baseada na comunicação TCP/IP GOOSE ( ) Generic Object Oriented Substation Event utlizada na comunicação horizontal entre IED para a realização de funções de comando e protecção críticas, ex. encravamentos, bloqueios, disparos. Baseada na comunicação Ethernet broadcast. SV ( , 9-2, ), Sampled Values utilizada na publicação de medidas amostradas de corrente e de tensão através de comunicação de streams Ethernet broadcast. Taxa de publicação típicas entre 5.2 Mbps a 10.8Mbps. Merging Units (MU). PTP (1588), Precision Time Protocol utilizada para sincronização dos equipamentos através da rede Ethernet. GrandMaster clock, Boundary clock, Transparent clock e Slave Clock 11

12 Requisitos de tempos de recuperação após falha de comunicação Comunicação Nível Tempo de recuperação SCADA para IED Subestação 100 ms Entre IED Painel 4 ms Protecção de barras Painel 0 ms Sampled values Painel 0 ms 12

13 Requisitos de sincronização entre IED Aplicações genéricas(<1 msec) Lista de eventos Registos oscilograficos de incidentes Aplicações especiais (< 10 msec) Sample Values Class T3: Samples Values ±25 msec Class T4: Samples Values ±4 msec Class T5: Samples Values ±1 msec 13

14 Regime de Neutro Então a isto chamam a Engenharia 4.0? Sobretensão atmosférica Regime Transitório Protecção de Distância Traffic policing Traffic profile Impedância de Thevenin Coordenação de Isolamentos Port Tensão Grandmaster clock Rigidez dieléctrica Ethernet PRP Boundary clock Router GOOSE Corrente Server MAC address Protecção Diferencial Protecção Máxima Intensidade Latência Broadcast Transformador de Medição Internet Protocol PTP Saturação MAC address filtering HSR GATEWAY Edge port Client OSI Bandwidth Header Oscilação de Potência Potência Activa Switch Resistência de defeito Curto-circuito MMS SCADA Impedância QoS Trunk link Componentes Simétricas Susceptância Traffic priority TCP/IP Potência Reactiva Unicast Network impairment Merging Unit 14

15 Topologias de redes criticas Ethernet High-availability Seamless Redundancy (HSR) Parallel Redundant Protocol (PRP) IED/MU HSR IED/MU IED/MU IED/MU IED/MU IED/MU

16 Rede Ethernet para Protecção e Automação - Típica - GM Clock SCADA GATEWAY IED IED Station Bus PRP Process Bus HSR Process Bus PRP IED/MU IED/MU IED/MU IED/MU IED/MU IED/MU 16

17 O Futuro

18 Self-healing MU 1 (Merging unit) IED 1 MU 2 (Merging unit) IED 2 IED 3 IED 4 18

19 Sensorização / Caracterização de estado Sensorização de grandezas eléctricas e mecânicas para caracterização em tempo real do estado dos activos Transformadores de Potência Descargas parceais Perdas dieléctricas Temperatura de pontos quentes Ciclos de carga Gases disolvidos 19

20 Sensorização / Caracterização de estado Disjuntores Número de manobras Corrente cortada Pressão do SF6 Sobre tensões de manobra 20

21 Co-simulação Simular coordenadamente a rede de energia com a rede de comunicação, utilizando os melhores simuladores (modelos) existentes para cada mundo Simulação ICT Simulação Redes de Energia Several virtual IED Several virtual IED using playback using playback functionality IED Virtual functionality Several virtual IED Several virtual IED using playback using playback functionality IED Virtual functionality 21

22 Simulation Methodology Co-teste Testar simultaneamente o sistema de protecção e comando e a rede de comunicações Ethernet 1. Teste labororial 2. Prova de Conceito Simulador de redes de energia Emulador de redes de comunicação Simulador de redes de energia Rede ICT real Gerador de trafego IED Virtual A IED Virtual A IED B IED C IED B IED C 22

23 R&D NESTER Real Time Simulation Laboratory 23

24 Democratização da industria Os Standards permitem que qualquer um possa desenvolver Hardware+Software para desempenhar funções de Comando, Monitorização e Protecção RASPBERRY PI BANANA PRO 24

25 Recurso Humanos Engenharia 4.0

26 Novo Perfil do Engenheiro Competências em Redes de Energia Eléctrica Competências em Redes de Comunicações Competências de Programação Quantos cursos superiores em Portugal estão hoje a formar engenheiros com estas 3 competências? 26

27 Conclusões

28 Conclusões Os actuais sistemas de Protecção e Automação são baseados em standards que permitem a interoperabilidade entre fabricantes. A rede de comunicações local é um dos componentes críticos dos sistemas. Os sistemas de Protecção e Automação devem ser concebidos em conjunto com as redes de Ethernet locais. Os engenheiros das subestações deverão ter competências transversais em Redes de Energia e de Comunicações. 28

29 Obrigado