1 EXPERIMENTO DE SOBRECARGA COM 15.000 MENSAGENS GOOSE POR SEGUNDO EM UMA REDE IEC 61850, E A INVESTIGAÇÃO DE SUAS CONSEQUÊNCIAS Paulo Sergio Pereira Junior
2 Resumo O Objetivo deste artigo é testar um sistema digitalizado de proteção, interligado por uma rede em IEC 61850, trocando informações em um cenário inóspito com um carregamento especial, utilizando mensagens de mesma prioridade, GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events).
3 Introdução Desafios Proteção IEC 61850 Tipos de Comunicação Cliente Servidor GOOSE (61850-8-1) SMV (61850-9-2) GOOSE Tempo Crítico Trabalha na 2ª Camada OSI Substituição do Cabeamento Rígido nas Lógicas
Aspectos Relevantes IEC 61850 4 & Ethernet Prioridade: Priority Tags Evolução da rede ethernet Separação Virtual: Virtual LAN Evolução da rede ethernet Repetições de Envio: Garantir a Chegada (IEC 61850)
5 Frame Ethernet
6 Priority Tag Norma IEEE 802.1p - Priority Tags Tratamento diferenciado pelos switchs e roteadores Frame Ethernet : Prioridades Diferentes Existem 8 níveis de prioridade (de 0 até 7) Padrão GOOSE = 4. GOOSE sem problema em relação ao pacote normal de baixa prioridade em um carregamento
7 Virtual LAN Norma IEEE 802.1Q VLAN Separa virtualmente uma rede onde os dispositivos estão interligados fisicamente Diminui o fluxo de dados que trafegam sem necessidade por certa parte da rede Poupa largura de banda
8 Carregamento GOOSE + VLAN VLAN ID 001 IED s e VLAN ID 002 Carga
9 Mecanismo de Repetição Repetições de Envio de acordo com a IEC 61850 Repetições visando garantir a sua chegada, caso um pacote seja extraviado Evento» mensagem enviada e repetida tendendo a uma progressão geométrica Facilita a entrega do pacote aumentando em várias vezes sua probabilidade de sucesso
10 Mecanismo de Repetição Figura presente na Norma IEC 61850 exemplificando a repetição
11 Mecanismo de Repetição T inicial = 1ms T final ou T max = 1s Multiplicador = 2 Evento; Instantâneo; Instantâneo; Tini; (2 x Tanteior)+Tini;... 1 2 3 4 5 6 7 8 9... 0, <= 1ms, <=1ms, 1ms, 3ms, 7ms, 15ms, 31ms, 63ms, 127ms, 255ms, 511ms, 1000ms. [Em Regime 1s]
12 Observação / Dúvida Recursos» Sem problemas quando carregamento na rede por pacotes com prioridades menores ou sem prioridade! E quanto da concorrência entre pacotes caso exista um carregamento de msg GOOSE na rede, poderia isso influir na performance de nosso sistema?
13 Hipótese Subestação: 20 Relés + 20 Retaguarda IEDs Datasets Atualizações / s Msg / s Tráfego 40 * 30 * 2 2.400 Médio 40 * 30 * 10 12.000 Pesado 15.000 msg/s = 67 µs entre msgs Tempo para analisar o pacote
Implementação da Lógica 14 Selecionada 50BF [100ms] 230kV / 69kV 200MVA 7UT GOOSE 7SJ
15 Testes Realizados / Objetivos 1 Teste: Sistema em Condição Normal S/ Carga 2 Teste: Carregamento GOOSE + VLAN 3 Teste: Carregamento GOOSE sem tratamento Comparação: Avaliação dos Resultados
2 IED s Siemens, 1 Switch RuggedCom, 1 Mala de Testes CE-6006 Conprove 16
17 - Publisher: 7SJ - Subscriber: 7UT CE-6006 Rede Ethernet 7UT 7SJ Circuito de contato Circuito de corrente
1 Teste Condição Normal - Referência 18 Sem carregamento Referência de Performance 10 Testes Todos OK Média Tempo = 133,70 ms
2 Teste Carregamento GOOSE + VLAN 19 Separação de Trafego Duas Redes Virtuais VLAN ID 001 IED s e VLAN ID 002 Carregamento Carregamento 15.000 msg GOOSE /s 10 Testes» Todos OK Média Tempo = 134,05 ms
3 Teste Carregamento GOOSE 20 Sem separação de trafego 15.000 mensagens GOOSE / s O IED deverá interpretar todos estes pacotes 10 Testes» Todos OK Média Tempo = 134,96 ms
21 Comparativo Sem Carregamento Carreg. + VLAN Carregamento 133,7 ms 134,05 ms 134,96 ms 145 140 135 130 125 120 115 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º Média Sem Carga Carga + Vlan Carga
22 Conclusões RECURSOS: Prioridade, V-LAN e Repetição Normal x V-LAN = 0,35 ms diferença Normal x Carregamento = 1,26 ms diferença Menor que 1/10 de ciclo Pouco ou Nada afetado Substituição Fiação Rígida» Eficaz
23 Muito Obrigado! Paulo Sérgio Pereira Júnior www.conprove.com.br