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André dos Santos 2017
Subestações em Redes
de Transporte de
Energia Eléctrica:
que futuro? André dos Santos
Engenharia 4.0 – Desafios e Oportunidades para as Infraestuturas do Futuro
Outubro 2017
André dos Santos 2017
Sala de equipamento
de Protecção e
Automação (IED)
Parque de
equipamento
de Alta Tensão
Sala de commando
SCADA local
Arquitectura dos Sistemas de Protecção e Automação
* Adaptado de P. Pereira, CISCO Substation Automation Design, Junho 2004
Despacho
Nacional
Painel 2
Painel 1
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André dos Santos 2017
Protecção
SCADA Nacional
Transformadores
de medição Disjuntores Transformadores
Equipamento Central
Automação Contagem
Nível da
Subestação
Nível do
Painel
Nível do
Processo
Arquitectura dos Sistemas de Protecção e Automação
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André dos Santos 2017
O paradigma do cobre e os sistemas de comunicação
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Parque de
equipamento
de Alta Tensão
Sala de equipamento
de comando e
protecção
Solução !
ICT
André dos Santos 2017
Principais Normas IEC 61850, IEC 61869 e IEEE 1588
Objectivos:
• Interoperabilidade entre equipamentos
• Intermutabilidade de
equipamentos
• Estável no tempo
• Consensual entre os fabricantes e os
utilizadores
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Tipos de trafego Ethernet
IEC 61850, IEC 61869-9 e IEEE 1588
• MMS (61850-8-1), Manufacturing Message Specification utilizado na
comunicação vertical entre os IED e o SCADA local ou a GATEWAY
para o Despacho Nacional. Baseada na comunicação TCP/IP
• GOOSE (61850-8-1) Generic Object Oriented Substation Event utlizada na comunicação horizontal entre IED para a realização de funções de
comando e protecção críticas, ex. encravamentos, bloqueios,
disparos. Baseada na comunicação Ethernet broadcast.
• SV (61850-9-1, 9-2, 61869-9), Sampled Values utilizada na publicação de medidas amostradas de corrente e de tensão através de
comunicação de streams Ethernet broadcast. Taxa de publicação
típicas entre 5.2 Mbps a 10.8Mbps. Merging Units (MU).
• PTP (1588), Precision Time Protocol utilizada para sincronização dos equipamentos através da rede Ethernet. GrandMaster clock, Boundary
clock, Transparent clock e Slave Clock
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Comunicação Nível Tempo de
recuperação
SCADA para IED Subestação
100 ms
Entre IED Painel
4 ms
Protecção de barras Painel 0 ms
Sampled values Painel 0 ms
Requisitos de tempos de recuperação após falha de
comunicação
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Requisitos de sincronização entre IED
• Aplicações genéricas(<1 msec)
– Lista de eventos
– Registos oscilograficos de incidentes
• Aplicações especiais (< 10 msec)
– Sample Values • Class T3: Samples Values ±25 msec
• Class T4: Samples Values ±4 msec
• Class T5: Samples Values ±1 msec
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Então a isto chamam a Engenharia 4.0?
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Corrente
Tensão
Potência Activa
Potência Reactiva
Transformador de Medição
Regime de Neutro
Componentes Simétricas
Protecção de Distância
Protecção Diferencial Protecção Máxima Intensidade
Regime Transitório
Oscilação de Potência
Coordenação de Isolamentos
Saturação
Impedância
Susceptância
Resistência de defeito Curto-circuito
Impedância de Thevenin Sobretensão atmosférica
Rigidez dieléctrica Ethernet
Internet Protocol
MAC address
MAC address filtering
Switch
Router PRP
HSR Header
QoS
Bandwidth
Latência
Network impairment
Traffic policing
Trunk link
Edge port OSI
Port
Traffic priority
Broadcast
Unicast
GOOSE
MMS
PTP
Traffic profile
GATEWAY
TCP/IP
SCADA
Client
Server
Grandmaster clock
Boundary clock
Merging Unit
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Topologias de redes criticas Ethernet
IED/MU
IED/MU
IED/MU
Parallel Redundant Protocol (PRP) High-availability Seamless Redundancy (HSR)
HSR
IED/MU
IED/MU IED/MU
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Rede Ethernet para Protecção e Automação
- Típica -
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Station Bus PRP
Process Bus HSR
SCADA GATEWAY
IED
IED
IED/MU
IED/MU IED/MU
IED/MU
IED/MU
IED/MU
Process Bus PRP
GM Clock
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Self-healing
IED 3
IED 4
IED 1
MU 1(Merging unit)
MU 2(Merging unit)
IED 2
MU 1(Merging unit)
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Sensorização / Caracterização de estado
Sensorização de grandezas eléctricas e mecânicas para
caracterização em tempo real do estado dos activos
• Descargas parceais
• Perdas dieléctricas
• Temperatura de
pontos quentes
• Ciclos de carga
• Gases disolvidos
Transformadores de Potência
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• Número de manobras
• Corrente cortada
• Pressão do SF6
• Sobre tensões de manobra
Disjuntores
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Sensorização / Caracterização de estado
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Co-simulação
Simulação ICT Simulação Redes de Energia
Several virtual IED using playback functionality
Several virtual IED using playback functionality
IED Virtual
Several virtual IED using playback functionality
Several virtual IED using playback functionality
IED Virtual
Simular coordenadamente a rede de energia com a rede
de comunicação, utilizando os melhores simuladores
(modelos) existentes para cada mundo
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Simulation Methodology
Rede ICT real
2. Prova de Conceito
Gerador de trafego
Emulador de redes de
comunicação
Simulador de redes de energia
IED B IED C
IED Virtual A
1. Teste labororial
Simulador de redes de energia
IED B IED C
IED Virtual A
Co-teste
Testar simultaneamente o sistema de protecção e
comando e a rede de comunicações Ethernet
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Democratização da industria
RASPBERRY PI BANANA PRO
Os Standards permitem que qualquer um possa
desenvolver Hardware+Software para desempenhar
funções de Comando, Monitorização e Protecção
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Novo Perfil do Engenheiro
Competências em Redes de Energia Eléctrica
Competências em Redes de Comunicações
Competências de Programação
Quantos cursos superiores em Portugal estão hoje a formar
engenheiros com estas 3 competências?
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Conclusões
Os actuais sistemas de Protecção e Automação são baseados
em standards que permitem a interoperabilidade entre
fabricantes.
A rede de comunicações local é um dos componentes críticos
dos sistemas.
Os sistemas de Protecção e Automação devem ser concebidos
em conjunto com as redes de Ethernet locais.
Os engenheiros das subestações deverão ter competências
transversais em Redes de Energia e de Comunicações.
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