Suporte para IEC 61850 em Religadores automáticos

Os Religadores Automáticos da NOJA Power implementam um completo conjunto de protocolos de comunicação baseados em padrões internacionais o qual ira assegurar a interoperabilidade com os IEDs de outros fabricantes e ajudar à integração em Smart Grids.

Comunicado de imprensa

Outubro 2014
Esquema de proteção Reforçada

Figura 1: Esquema de proteção Reforçada (Disparo bloqueado, usando intertravamento reverso) através de mensagens GOOSE.

A NOJA Power anuncia hoje suporte para o IEC61850 na série OSM de RAs. IEC 61850 permite uma comunicação rápida e confiável entra os RAs da NOJA Power e IEDs de outros fabricantes usados nos sistemas de distribuição de energia elétrica.

O IEC 61850 é uma família de padrões internacionais que especificam o uso de um conjunto de protocolos estabelecidos, incluindo GOOSE (Generic Object-Oriented System Event, Consulte "Sobre a IEC 61850" abaixo). Mensagens GOOSE são usadas para compartilhamento em alta velocidade de informações dos processos de coordenação através de redes Ethernet que interligam os IEDs, independentemente do fabricante do equipamento (controle RC10 e comunicações cubículo da NOJA Power para a série OSM tem uma interface Ethernet instalado como padrão). Mensagens GOOSE compensam pela a variabilidade da rede e ao mesmo tempo protegem a integridade dos dados, podendo ser transportados através de tecnologias como WiMax (um padrão 802.16 wireless-rede IEEE) para comunicação com IEDs através da subestação.

A série OSM de RAs da NOJA Power (ver "Sobre a série NOJA Power OSM") já possui suporte para dados SCADA, para a comunicação entre dispositivos e centros de controle usando o IEEE 1815 (DNP3 média tensão (15, 27 e 38 kV)) e IEC 60870-5-101 / -104 IP sobre serial ou canais de comunicação Ethernet. Além disso, a NOJA Power suporta a comunicação direta entre RAs para a coordenação da automação usando um protocolo proprietário. A introdução do IEC 61850 - através de uma plataforma firmware atualizada para os RAs da NOJA Power planejados para a lançamento no final deste ano - irá completar o conjunto de protocolos de comunicação utilizados em redes inteligentes.

A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) e os fabricantes Europeus e Norte Americanos de equipamentos que ajudaram a desenvolver o IEC 61850 estão promovendo a família de normas como a base para comunicação e controle de IEDs e os regimes da Automação da Distribuição (DA). A interoperabilidade que a adoção generalizada do IEC 61850 concede é importante na realização de Smart Grids- sistemas de distribuição de energia elétrica, bidirecionais informatizados que monitoram, protegem e otimizam automaticamente o funcionamento de seus elementos - interligados, pois oferece a promessa de superar os desafios de integração e testes entre os sistemas que compreendem equipamentos de fabricantes diferentes.

Ganhando impulso imparável

"O IEC 61850 está rapidamente ganhando impulso irrefreável como o padrão de comunicação e controle de preferência para as infraestruturas inteligentes do futuro", diz Neil O'Sullivan, diretor executivo da NOJA Power. "Nossos RAs são um componente essencial das redes inteligentes e os nossos clientes esperam cada vez mais que a NOJA Power suporte o padrão, para garantir a interoperabilidade entre os nossos produtos e os de outros fabricantes de IEDs. Com o lançamento de nossa plataforma de firmware atualizado no final deste ano, vamos atender a essa expectativa de crescimento. "

Sobre IEC 61850

IEC 61850 é uma família de padrões internacionais que especificam o uso de um conjunto de protocolos de comunicação para a integração de todas as funções de proteção, controle, medição e monitoramento em uma rede de eletricidade moderna. O IEC 61850 está sendo desenvolvido e mantido sob os auspícios da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) e faz parte da arquitetura Comitê Técnico 57 da IEC, destinada para sistemas de energia elétrica. O IEC, fabricantes de equipamentos elétricos e concessionárias desenvolveram o padrão em um esforço de colaboração, o que nos leva ao trabalho iniciado pelo Instituto norte-americano de Energia Elétrica (EPRI), em 1988.

O IEC 61850 baseia-se em protocolos anteriores, incluindo Mensagem de Especificação de Fabricação (MMS) e em Evento de Subestação Genérico Orientado a Objeto (GOOSE). O MMS fornece as funções verticais para supervisão e controle, que permitem que os dispositivos façam registros de dados e em seguida, relatem esses dados para outro equipamento, enquanto o GOOSE é uma função de coordenação de processo horizontal usado para compartilhamento de alta velocidade de informação. O uso de GOOSE prevê a indeterminação das redes Ethernet e protege a integridade dos dados.

A maioria das infraestruturas modernas de distribuição e transmissão de energia elétrica são operadas usando um pequeno número de protocolos padrão. Em geral, estes não possuem os modelos abstratos de dados que permitem o IEC 61850 formar e preservar o significado original da informação. A retenção do significado original do IEC 61850 é importante por permitir que o equipamento automatizado seja capaz de receber, compreender, categorizar e criticamente agir sobre a informação.

O padrão está sendo estendido para além do âmbito original da automação de subestações, dentro dos domínios da gestão de ampla área de transmissão de energia elétrica, sistemas de distribuição e de controle dos recursos energéticos distribuídos, usinas hidrelétricas e parques eólicos. Com o tempo, espera-se atingir toda a gama de comunicação, para controle e monitoramento de todos os aspectos do sistema de energia elétrica. Esta extensão do IEC 61850 promete aumentar consideravelmente a comunicação entre e a coordenação nas redes de transmissão e infraestruturas de distribuição elétrica, um requisito vital para a implementação de uma rede Smart Grid.

IMPLEMENTANDO O IEC 61850

"IEC 61850 é um padrão global para as redes e sistemas de comunicação em subestações", explica David Dart, Diretor de P&D da NOJA Power. "Ele define uma "linguagem de descrição" para automação de subestações que fornece um consistente sistema de engenharia e uma integração de dispositivos de tal forma que os IEDs [dispositivos eletrônicos inteligentes], ferramentas e sistemas sejam interoperáveis. Essa interoperabilidade é essencial na transformação de redes convencionais em redes inteligentes. "

"Mas a implementação dos protocolos subjacentes da norma em uma subestação inteira é uma grande empreitada, por isso, as concessionárias preveem separar os processos em etapas menores e continuar com cuidado."

Dart explica que uma abordagem adotada pelas concessionárias é se concentrar em parte da IEC 61850, inicialmente, para se planejar estratégias de implementação de teste para aquele elemento em particular. Um exemplo é o sistema de Eventos de Subestação Orientado a Objeto Genérico.

"Mensagens GOOSE são muitas vezes um ponto de partida para os fabricantes que empregam IEC61850, porque isso é algo que pode ser configurado entre IEDs compatíveis sem muita dificuldade", diz ele.

"Mensagens GOOSE é uma arquitetura e metodologia que fica dentro do ambiente de IEC61850 e facilita o compartilhamento em tempo real de informações entre dispositivos na subestação."

A frase chave aqui é "tempo real". Isso significa que as mensagens precisam ser enviados e entregues rapidamente, sendo assim as mensagens GOOSE usam uma camada Ethernet de baixo nível e os pacotes são “Marcados" para garantir que eles estão priorizados pelos roteadores de rede. Dependendo da aplicação, a transmissão de mensagens GOOSE podem ser de 30 a 35 por cento mais rápidas do que os sistemas convencionais que usam fios instalados de ponto-a-ponto.

As mensagens são enviadas "horizontalmente" entre IEDs sem ter que viajar através da unidade mestre, o que é exigido por alguns outros protocolos de comunicação. Além disso, mensagens GOOSE empregam um sistema de "multicast" pelo qual um grupo pré-selecionado de todos os IEDs recebem a mensagem simultaneamente e passam a agir sobre ela, se necessário. De fato, observa Dart, "No esquema multicast o grupo ligado, está olhando ativamente para as mensagens GOOSE de seus parceiros".

Para muitas concessionárias mensagens GOOSE é um bom lugar para começar a sua implementação do IEC 61850 porque grande parte da infraestrutura para suportar a tecnologia normalmente já está em vigor, por exemplo, as redes Ethernet de alta largura de banda. Isso não quer dizer que mais investimento não será necessário, porque nem todos os Switches Ethernet são projetados para priorizar pacotes de mensagens GOOSE. No entanto, mensagens GOOSE são muitas vezes menos caros e mais simples de serem colocadas em prática do que outros elementos da norma IEC 61850.

A Principal vantagem das mensagens GOOSE é o multicasting de alta velocidade entre um grupo de IEDs, pois permite que as concessionárias implementem esquemas de proteção que antes eram impraticáveis com as técnicas de mensagens tradicionais, devido à latência da rede.

Uma aplicação típica de subestação usando religadores da série OSM da NOJA Power é mostrado na figura 1

Mensagens GOOSE do protocolo IEC61850 da NOJA Power permite a comunicação em tempo real entre religador OSM.

A implementação de mensagens GOOSE do padrão IEC61850 nos Religadores Automáticos da NOJA Power permite aos usuários executar a comunicação em tempo real entre os religadores.

A figura mostra um alimentador de entrada de um transformador de subestação protegido por um religador OSM da NOJA Power, em seguida, a linha divide-se em cinco alimentadores de saída, cada um protegido por um religador OSM adicional. Uma falha no segundo alimentador de saída é detectada por uma das proteções de fase, Tempo de corrente (PHPTOC) no dispositivo 1 que tenta eliminar a falha realizando operações de religamento.

Em um sistema de proteção convencional, embora PHPTOC1 está ligado a PHPTOC3 via Ethernet, a latência da ligação é tal que PHPTOC3 reage à falha antes que ela receba a mensagem de que PHPTOC1 já está tentando eliminar o problema.

Em tal cenário, é possível que PHPTOC3 poderia bloquear, derrubando os cinco alimentadores de saída mesmo que a falha seja detectada em apenas uma linha das linhas.

Com as mensagens GOOSE implementada e os seis auto-religadores ligados em um grupo multicasting, o colaborador seria capaz de pôr em prática um regime de proteção reforçada. Nesta situação, PHPTOC1 poderia enviar uma mensagem GOOSE para PHPTOC3 para informar que ele está tentando limpar a falha e PHPTOC3 não deve disparar. A vantagem sobre o esquema convencional é que todos os alimentadores de saída permaneceriam ativos enquanto PHPTOC1 sofre a operação de religamento, conseguindo limpar a falha ou isolá-la através do bloqueio.

"Concessionárias já implementaram esquemas de proteção em que religadores religadores automáticos se comunicam diretamente uns com os outros para isolar uma falha e diminuir a parte da rede que é afetada", diz David Dart. "Mas, as mensagens GOOSE permitem que os usuários garantam que o sistema reage de forma muito mais rápida - Uma propriedade essencial para qualquer Smart Grid "