Cigré/Brasil
CE B5 – Proteção e Automação
Seminário Interno de Preparação para a
Bienal 2006
Rio de Janeiro, julho/agosto, 2006
Dados do Artigo
• Número: B5-110
• Título: Requirements of Interoperable Distributed
Functions and Architectures In IEC61850-Based SA
Systems
• Autoria: Klaus-Peter Brand, Peter Rietmann, Tetsuji
Maeda, Wolfgang Wimmer
• País:
Suiça
Objetivos
 Analisar a aplicação de funções distribuídas (como
coordenação lógica, intertravamento e falha de disjuntor),
incluindo topologias de barramento complexas, isto é, aquelas
com fluxo dinâmico (com variação dos circuitos de entrada e
saída).
 Propor que futuras revisões da norma IEC 61850 incluam
topologias mais complexas.
 Propor que futuras revisões da norma IEC 61850 definam
melhor a conexão de um único IED a uma rede de comunicação
redundante.
Destaques
Requisitos Básicos Práticos:
Independem da tecnologia e devem ser levados em conta na implantação e
otimização das funções. Deve-se considerar:
 Interoperabilidade
 Disponibilidade - requer redundância para funções críticas e produtos
altamente confiáveis
 Funções críticas - não devem ser afetadas pela falha de um componente
Destaques
Requisitos Básicos Práticos:






Desempenho e segurança - depende do tipo de função
Manutenção em um ou mais vãos não deve afetar os demais
Expansão do Sistema - deve poder ser realizada com o sistema on line
Reforma de vãos existentes - não deve afetar os vãos novos
Operação Local - deve ser possível, no nível vão
Teste e Comissionamento - TAF de vãos típicos com demais vãos simulados
Destaques
Arquiteturas de Comunicação:
 Referência [1] - Reliability Investigations for SA Architectures Based on
IEC 61850 - analisa a sua influência na segurança e disponibilidade
 Anel - solução mais econômica e adequada para a maioria das aplicações.
 Tempo de reconfiguração - não deve exceder 100 ms.
 Retardo na transmissão - 100 s para cada switch. Considerar também
comprimento das mensagens e taxa de transmissão
Destaques
Arquiteturas de Comunicação
 Alta disponibilidade e reconfiguração rápida - usar redes redundantes
 Dupla estrela - Requer adições não padronizadas no protocolo, não sendo
garantida a interoperabilidade.
 Sistemas de proteção redundantes: se cada sistema tiver comunicação
independente a interoperabilidade fica mantida.
Destaques - Exemplo de Função Distribuída
Bloqueio Reverso ou Coordenação Lógica
 Mensagens GOOSE - A partida da proteção de qualquer das saídas envia
bloqueio para a unidade instantânea das proteções de entrada.
 Manutenção - em um vão de saída não prejudica o esquema.
 Acréscimo de vão de saída - os vãos de entrada devem ser alterados
Destaques - Exemplo de Função Distribuída
Bloqueio Reverso ou Coordenação Lógica
Solução Distribuída - é usada para subestações em que os vãos de entrada e
saída são previamente conhecidos. O acréscimo de novos vãos requer adaptações nas unidades de entrada.
 Solução Centralizada - todos os sinais de partida são enviados a um IED
central, que identifica a topologia e distribui os sinais de bloqueio. Tem a
desvantagem de tornar o sistema dependente da unidade central. Pode-se usar
redundância na unidade central e instalar a lógica no IED da proteção do vão de
entrada.
Destaques - Exemplo de Função Distribuída
Proteção Contra Falha de Disjuntor
 Mensagens GOOSE - são enviadas pelo IED do vão do disjuntor em
falha para os IEDs dos disjuntores adjacentes.
 Definição dos disjuntores adjacentes - pode ser feita previamente, em
função do estado topológico da subestação.
Destaques - Exemplo de Função Distribuída
Proteção Contra Falha de Disjuntor
 Solução Distribuída - tem as mesmas vantagens e desvantagens do
caso anterior (bloqueio reverso). O acréscimo de novos vãos requer muitas
adaptações.
 Solução Centralizada - utiliza um algoritmo matriz de barramento e
definição dos disjuntores adjacentes. Nas expansões são requeridas
adaptações apenas na unidade central (que deve ser redundante). Pode ser
usado o mesmo IED do vão do disjuntor de barra.
Dúvidas
1. On the summary of this paper it is mentioned that it is not
always possible to find an interoperable solution in some
cases like the connection of a single IED to one or two
communication networks or with distributed functions on
complex switchyard topologies with dynamic power flows.
What would be the authors proposed solution for those
cases?
2. On item 6 it is said that for HV substations a much shorter
transmission time is recommended for critical and noncritical functions. What is, approximately, acceptable
transmission times for these HV substations?
Conclusões
 Funções distribuídas de controle e proteção - podem compartilhar a
mesma estrutura de comunicação. Os problemas e soluções de manutenção,
expansão, reforma etc. são, em geral, semelhantes para vários tipos de funções
distribuídas.
 Funções de Controle - deve haver opção para controle local.
 Funções de Proteção - devem ter robustez para a falha de um componente
 Subestações MT (distribuição) - combinam as funções de controle e
proteção no mesmo IED. As mensagens GOOSE têm 10ms (funções criticas)
ou 100ms (funções não críticas). A configuração pode ser em anel simples.
Conclusões
 Subestações AT (transmissão) - Usam proteções redundantes, tempos de
transmissão bem menores e comunicação independente para cada proteção.
 Interoperabilidade - não é garantida para conexão de um único IED a uma
rede redundante.
 Desafio - aplicação de funções distribuídas a topologias complexas com
fluxos de potência dinâmicos, mantendo a interoperabilidade.
 Futuras edições do IEC61850 - fortemente recomendado que padronizem
a interface de dados para topologias mais complexas e para conexão de um
IED a uma rede dupla.
Respostas às questões do REP
• Resposta:
There is a big advantage in developing and testing standardized substation
architectures once and then re-use this solution for automation project of other
similar substations. This will minimize the engineering work and save
development, testing and commissioning times.
The same concept applies to developing and testing standardized application
and communication software for a typical bay, considering all the particular
details, and to re-use it to the other similar bays of the same substation.
Respostas às questões do REP
• Resposta:
Digital relays, as well as the PCs, use a common hardware which is shared
with several software modules. This allows the hardware to have a
standardized fabrication and the software to be extensively tested before been
installed, improving significantly the component reliability.
For every specific application, new functions may be added. Verification of
these new functions is performed during system tests, which includes the IEDs
and the communication subsystem. It is considered that every individual
component has been previously submitted to conformance with IEC 61850
standard tests and approved. The conformance tests are normally done by
internationally acredited institutions.
Respostas às questões do REP
• Resposta:
Existe grande vantagem em desenvolver e testar soluções que sejam aplicáveis
a um determinado tipo de subestação, levando em conta a arquitetura do
sistema de comunicação e reutilizar esta solução para as demais subestações
de mesmo tipo, economizando recursos de engenharia e tempo de teste e
implantação.
O mesmo conceito se aplica ao desenvolvimento e teste de software aplicativo
e de comunicação para um vão típico, considerando todos os detalhes
particulares, e reutiliza-lo em outros vãos similares da mesma subestação.
Respostas às questões do REP
• Resposta:
Nos relés digitais, como nos PCs, existe um hardware comum que é
compartilhado por vários módulos de software. Isto permite que o hardware
seja desenvolvido e fabricado de forma padronizada e que cada módulo de
software possa ser extensivamente testado antes de sua instalação no
hardware, melhorando significativamente sua confiabilidade. Ao conjunto
hardware e software formando um IED é possível adicionar novas funções.
O funcionamento destas novas funções é verificado durante o teste do sistema,
o qual inclui os IEDs e a comunicação. Nesta fase é considerado que cada
componente individual foi previamente submetido a testes de conformidade
com a norma IEC 61850 e aprovado. Os testes de conformidade são
geralmente realizados por instituições credenciadas internacionalmente.