Usos Práticos para IEC 61850 em Religadores de Voltagem Média

Se um engenheiro de uma concessionária se aventurou em qualquer lugar perto de uma conferência da indústria nos últimos 10 anos, poderia assumir-se que eles foram expostos ao novo padrão universal de definição de comunicações e subestações do IEC 61850. Embora tenha sido bem-sucedido no espaço de transmissão de eletricidade, tem-se visto muito pouco uso em redes de distribuição. O IEC 61850 tem sido geralmente limitado a implantação nas subestações, permitindo a substituição de sistemas de controle de cobre convencionais por fibra óptica e simplificando consideravelmente o desenvolvimento mecânico de novas construções de subestações. Com esses benefícios de campo comprovados, é razoável que a funcionalidade eventualmente se mova para o espaço de distribuição, à medida que os fabricantes transferem recursos de relés da subestação para outras formas de equipamento de distribuição. Na prática, muitas concessionárias em todo o mundo não operam suas redes de transmissão e, como tal, a aparência do IEC 61850 na rede de distribuição pode ser um passo tecnológico intimidante. Felizmente, há outros que passaram por isso e, com o sistema de Religador OSM da NOJA Power, liberando o IEC 61850 como padrão nos Controladores de Religador RC-10 e RC-15, vale a pena explorar algumas das aplicações comprovadas deste recurso.

Com o risco de uma simplificação bruta, o IEC 61850 é padrão para a definição de ativos de rede de distribuição elétrica. Ele usa um método baseado em objetos para definir o que cada subestação é capaz. Por exemplo, há um nome padrão para um disjuntor, ou um Transformador de Voltagem, ou um interruptor. Qualquer recurso em uma rede elétrica entrará em uma dessas categorias e o IEC 61850 define uma lista de estados ou atributos para qualquer recurso (por exemplo, disjuntor, CB, estado aberto ou fechado). Este método orientado a objetos para descrever ativos é muito útil ao tentar unir uma grande variedade de ativos em um único centro de controle. Por muitos anos, um dos desafios mais insuperáveis pelos engenheiros das concessionárias tem sido o desenvolvimento de um padrão global para seus ativos de rede.

Para dispositivos de distribuição integrados, como o Religador Automático, o dispositivo é uma entidade composta, na medida em que possui disjuntor, relés, VTs, CTs e outros atributos. Portanto, no que diz respeito ao IEC 61850, um Religador pode ser dividido em seus componentes compostos e direcionado individualmente. O IEC 61850, portanto, fornece às concessionárias a capacidade de integrar seus ativos ACR com outros dispositivos controlados pelo IEC 61850, mas, acima de tudo, oferece a capacidade de isolar funções individuais e padronizar o controle e a comunicação para esses ativos finais.

O IEC 61850 possui dois principais métodos de comunicação, MMS e GOOSE. O MMS é análogo aos protocolos de comunicação de anos passados, como DNP3 e IEC 60870-5-101 / 2/3/4. O MMS é um método de comunicação direta entre o Servidor e o Cliente (ou Master e Slave em termos DNP3). A maior diferença entre o novo e o antigo, é que o novo sistema é auto-descrevente. Removendo o formato do pacote de comunicações, um ponto binário DNP3 relatado pode ser "DNPID 1 é 0". Se a estação mestre não sabe o que é DNPID 1, a mensagem será inútil. O MMS IEC 61850 seria muito mais detalhado: "O Estado do disjuntor número 01 está aberto agora".

É um conceito que faz muito sentido - quando as gerações mais antigas eram o equivalente a comunicações "liga, desliga" do passado, o IEC 61850 possui uma divulgação completa. No caso de um autoreligador, a mensagem especificamente diz de que dispositivo ele veio, o que ele diz, e o que precisa ocorrer. Obviamente, as despesas gerais associadas à transmissão de grandes quantidades de dados exigem uma rede de comunicações rápida, e a mensagem GOOSE, especialmente, não deve ser considerada em nada menos do que as comunicações de fibra óptica. Para o MMS, o desempenho seria razoavelmente competitivo em uma rede 4G ou 3G, mas as vantagens certamente deveriam superar as cobranças de dados adicionais. O IEC 61850 é o equivalente a remover a necessidade de contexto na comunicação - não sendo necessário um mapa de pontos correspondente que o IEC 60870 ou o DNP3 sejam obrigatórios.

Portanto, a primeira grande vantagem do IEC 61850 em aplicativos de rede de distribuição é a capacidade de padronizar a lista de pontos. Como o arquivo de configuração IEC 61850 para qualquer recurso no campo pode ser facilmente padronizado, isso se traduz no recurso final no campo. Além disso, os pares de Relé da Subestação/ Disjuntor podem ter os mesmos pontos de dados que os religadores de campo. Com os Religadores Automáticos sendo implantados cada vez mais frequentemente nas subestações, é óbvio por que o IEC 61850 está sendo implantado nesses dispositivos.

O IEC 61850 também oferece aos usuários das concessionárias outra especificação de mensagens: GOOSE. Os eventos da subestação orientados a objetos genéricos são uma forma de sistema de mensagens curtas, que tem um tempo de comunicação muito curto, uma ordem de grandeza mais rápida do que o equivalente MMS ou DNP3. A GOOSE oferece uma comunicação de alta velocidade onde não há handshaking ou confirmação de uma mensagem recebida. É uma comunicação unidirecional, onde a emissora proclama a mensagem, e a responsabilidade de agir é colocada nos dispositivos receptores. A mensagem GOOSE é um método de comunicação que permite bloquear funções entre disjuntores de subestações ou instalações, substituindo a necessidade de contatos de cobre com fio para tais esquemas. A mensagem GOOSE nos religadores é particularmente útil em ambientes da subestação onde os dispositivos são implantados, pois os esquemas de bloqueio podem ser usados para evitar falsos disparos devido as faltas à terra do alimentador paralelo ou problemas de automação de rede.

"O IEC 61850 está definitivamente ganhando força entre nossa base de clientes global", diz Neil O'Sullivan, diretor administrativo do NOJA Power Group. "Onde os religadores são usados para construir zonas econômicas ou subestações rurais, é viável usar o IEC 61850 nessas subestações de forma muito econômica. Do mesmo modo, o componente de mensagens GOOSE do IEC 61850 pode ser usado para automação de alta velocidade com ou sem uma implementação IEC 61850 MMS. Os clientes podem usar o DNP3 para o seu protocolo de comunicação, e sua mensagem SCADA e GOOSE para automação de alta velocidade. Posso imaginar esquemas híbridos significativos a serem implementados nos próximos anos. "

A implantação do IEC 61850 no painel de distribuição é uma progressão natural dos sucessos do serviço de transmissão que fornece o mundo. O Religador OSM da NOJA Power é um dos primeiros Religadores Automáticos a ser oferecido com o IEC 61850 como padrão. Os benefícios das concessionárias capazes de padronizar comunicações e configurações em vários recursos da rede são muito bons para manter uma tecnologia menor, e é provável que exista uma proliferação nesta capacidade na rede de distribuição no futuro.