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IEC61850Cenário Atual e Novos Desafios
Rogério Silva / Henrique Santos, IEEE/PES 2010 Trans mission and Distribution Latin America, 08/Nov, 201 0
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Sumário
� Introdução
� Revisão 2
� Desafios restantes Ed. 1
� Revisão 3
� Redundância
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� IEC 61850 é a norma internacional para sistemas de automação de subestações
� Padroniza a comunicação em rede entre equipamentos na subestação e sistemas de supervisão/controle
� Suporta todas as funções de automação e operação das SE
� Suas características técnicas a tornam flexível e à prova de futuro
� Os conceitos da IEC 61850 também são aplicáveis nasáreas de automação como monitoramento e controle
IEC61850Introdução
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IEC61850Introdução
� Conecta todos os equipamentos da subestação formando um sistema integrado
� Supervisão e controle de todos os IEDs
� Transformadores de instrumentação
� Relés de proteção
� Controle de sistema
� Medições
� Sinais de trip
� Manobras, etc...
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IEC61850Necessidade de uma norma global
� Até agora diferentes protocolos sendousados: SPA, DNP 3.0, Modbus, etc.
� Automação de Subestações sem norma
� Tipos de dados sem padrão
� Problemas de comunicação
� Uso de diversos conversores
� Criação de diferentes softwares e linguagens
� Rápidos avanços tecnológicos
� Soluções proprietárias normalmentedefinem comunicação nas camadasFísica e de Enlace, onde eventualmentepodem ocorrer mudanças
� Aumento constante da quantidade de dados necessários parasupervisão/controle
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IEC61850Necessidade de uma norma global
� Alta confiabilidade
� Problemas de interoperabilidade e testes
� Diferentes filosofias de proteção e controle
� Grande quantidade de cablagem de cobrepara comunicação e intertravamentos
� Gastos elevados com treinamento de operadores
� Vida útil de hardware e software cada vezmenores
� Equipamentos de campo (disjuntores, trafos, TCs, TPs, chaves seccionadoras) vida útil de 40 anos
� Equipamentos de controle e proteção têmvida útil de 15 anos devido a tecnologiade comunicação
ACSI
APP
COM
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IEC61850Benefícios de uma norma global e única
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Revisão 2
� Desde a primeira edição, o desenvolvimento da norma écontinuado
� A segunda parte, prevista para 2010, écomposta de 15 partes
� Mudanças incluem:
� Inclusão de Technical Reports
� Inclusão de novas áreas de atuação
� Correções da edição 1
� Redundância
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Revisão 2 - Novidades Novas áreas de aplicação
� IEC61850 inicialmente definida apenas para ambiente de subestação (incluindo funções de proteção)
� Novas aplicações incluem:
� Sistemas eólicos
� Sistemas hidroelétricos
� Sistemas térmicos
� Sistemas Fotovoltaicos
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Revisão 2 - Novidades Novas áreas de aplicação
� Aspectos da inclusão dessas aplicações:
� Serviços da IEC61850 provaram cumprir os requerimentos conhecidos para essas aplicações, e podem ser aplicados sem mudanças.
� O modelo de dados pode ser extendido apenas com a adição de LNs relativos às funções dessas aplicações
� O modelo de comunicação usado écomum e bem difundido (TCP/IP Ethernet)
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Desafios Restantes Ed. 1IEC61850-9-2
� Define a comunicação para o barramento de processo
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Desafios Restantes Ed. 1IEC61850-9-2
� Benefícios permitidos são:
� Permite a troca de vários cabos de cobre por apenas um par de fibra óptica
� Desconexão do primário e do secundário (manutenção facilitada)
� Interface em fibra faz a aplicação independente do princípio de medição do instrumento (eletromagnético, capacitivo, ótico, outros)
� Ainda pendente pois os instrumentos de medição são dependentes de outras normas:
� IEC61869, ainda em desenvolvimento, não podendo ser referenciada na rev. 2 da IEC61850
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Desafios Restantes Ed. 1Sincronização de tempo para medição
� Não há solução definida para sincronismo em microssegundos para medição
� UCA desenvolveu uma recomendação de aplicação
� IEC61850-9-2LE (Light Edition)
� Sincronização via pps (+ /- 4µs)
� Está sendo trabalhada uma solução baseada na IEEE1588, que irá suportar sincronismo via Ethernet
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Revisão 3
� Já em desenvolvimento através de uma força-tarefa
� Tópicos em desenvolvimento:
� Arquiteturas Ethernet dentro de subestações incluindo redundância e configuração de switches ethernet
� Uma configuração para supervisão e diagnóstico de equipamentos primários, chamada CMD (Condition Monitoring and Diagnosis)
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RedundânciaIntrodução
� Consiste em duplicar a rede
� Especialmente em aplicações onde sinais majoritários são trocados via rede(GOOSE)
� Redundância na rede Ethernet não é contemplada da edição 1
� As arquiteturas de redundância em rede Ethernet existentes não seguem umanorma reconhecida, são soluções proprietárias
� Não há garantia de interoperabilidade do sistema
� Não há auto-supervisão da rede e checagem de comunicação do relé
� Vários tipos de solução quando a norma estiver disponível
� Outras técnicas como switch interno ou Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) podem resultar em perdas de dados
� IEC61850 rev. 2 adota a IEC62439-3 como padrão para redundância
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RedundânciaCenário Atual
� Anel de redundância de Backbone:
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RedundânciaCenário Atual
� Redundância em anel (RSTP):
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RedundânciaIEC62439
� IEC62439: Highly Available AutomationNetwork Suites
� Define requisitos para redes redundantes
� Não estipula topologias (Anel, estrela, etc)
� Usada hoje em todas as redes industriais Ethernet, pois éindependente de protocolo
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RedundânciaIEC62439
� Define dois tipos principais de redundância, podendo ser escolhido apenas um, ou ambos para a rede utilizada.
� Redundância na rede: a rede oferece links e switches redundantes, mas os nós da rede não são redundantes
� Uso de RSTP (Rapid Spanning TreeProtocol) – Tempo de recuperação de até 1 seg.
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RedundânciaIEC62439
� Redundância nos nós
� Os dois nós do relé são conectados a dois pontos de acesso diferentes
� Somente um nó está ativo por vez
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RedundânciaIEC62439-3
� A IEC61850 adotou a IEC62439-3 como referência para redundância
� IEC62439-3: Redundância na rede e nos nós
� Duas redes ativas ao mesmo tempo
� Protocolos usados: PRP e HSR
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RedundânciaPRP
� Paralel Redundancy Protocol
� Rede fisicamente duplicada
� Recovery-Time nulo
� Tamanho do sistema ilimitado
� Custo alto
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RedundânciaPRP
workstation1
loggerprinter
COM
NCC
DANP
DANP
SAN
duplex bay
COM
NCC
legacy
legacy
duplex bay
back-up workstation2
Gateway legacy
SAN
non-redundant bay
DANPgateway
DANPgateway
switch A1
switch B1
SAN
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RedundânciaHSR
� High-Availability Seamless Redundancy
� Mesmo princípio do PRP, porém em rede anel
� Comunicação em ambos os sentidos do anel
� Redes separadas em VLANs ao invés de fisicamente (Dois IPs para cada porta)
� Não há switches externos -> baixo custo
� Tamanho de rede limitado (latência do switch)
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RedundânciaHSR
end node
end node
end node
end node
end node
end node
end node
sender
receiver
„A“-frame „B“-frame
switch
RedBox
singly attached nodes
interlink
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