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© ABB Group November 16, 2010 | Slide 1 IEC61850 Cenário Atual e Novos Desafios Rogério Silva / Henrique Santos, IEEE/PES 2010 Transmission and Distribution Latin America, 08/Nov, 2010

Siemens 61850

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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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