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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
CONPROVE ENGENHARIA
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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).
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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
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Aspectos Relevantes IEC 61850
& Ethernet
• Prioridade: Priority Tags
Evolução da rede ethernet
• Separação Virtual: Virtual LAN
Evolução da rede ethernet
• Repetições de Envio: Garantir a Chegada
(IEC 61850)
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Frame Ethernet
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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
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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
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Carregamento GOOSE + VLAN
• VLAN ID 001 IED´s e VLAN ID 002 Carga
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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
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Mecanismo de Repetição
Figura presente na Norma IEC 61850 exemplificando a repetição
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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]
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...
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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?
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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
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Implementação da Lógica
Selecionada – 50BF [100ms]
230kV / 69kV
200MVA
7UT
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GOOSE
7SJ
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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
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2 IED´s Siemens, 1 Switch RuggedCom,
1 Mala de Testes CE-6006 Conprove
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- Publisher: 7SJ
- Subscriber: 7UT
CE-6006
Rede
Ethernet
7UT
Circuito de contato
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7SJ
Circuito de corrente
1˚
Te
s
te
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Condição Normal - Referência
• Sem carregamento
• Referência de Performance
• 10 Testes
• Todos OK
• Média Tempo = 133,70 ms
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2˚
Te
s
te
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Carregamento GOOSE + VLAN
• 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
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3˚
Te
s
te
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Carregamento GOOSE
• 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
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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
Sem Carga
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5º
6º
7º
Carga + Vlan
8º
9º
10º Média
Carga
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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
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Muito Obrigado!
Paulo Sérgio Pereira Júnior
www.conprove.com.br
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