Modelagem de dispositivos eletrônicos inteligentes para barramento de processos baseado na norma IEC 61850

Abstract

Existe um consenso nos diferentes agentes do setor elétrico (geradores, distribuidores, comercializadores, etc.) sobre a necessidade de executar mudanças profundas no atual Sistema Elétrico de Potência (SEP). A visão desse SEP moderno é conhecida como ?Smart Grid? e é definida pelo Electric Power Research Institute (EPRI) como um SEP completamente automático que permite o fluxo bidirecional de eletricidade e informação entre clientes e fornecedores do serviço de energia elétrica. Nesse panorama, a modernização dos sistemas de automação das subestações de energia elétrica é fundamental para a materialização do smart grid. A norma internacional IEC 61850 padroniza o modelo de informação e os serviços de comunicação para sistemas de automação utilizados no SEP, particularmente em subestações, onde a sua implantação tem apresentado vantagens tanto na fase de projeto quanto na fase operação. Através de uma abordagem de sistemas de tempo real, este trabalho estuda o barramento de processos definido pela norma, destacando o tempo de transmissão fim a fim das mensagens como o principal índice de desempenho do sistema de comunicação. O estudo foi dividido em duas etapas: inicialmente foram desenvolvidos modelos de simulação para cada um dos dispositivos que compõem o barramento de processos. Estes modelos foram integrados em uma plataforma de simulação que permite visualizar e estimar o comportamento temporal das mensagens especificadas pela norma supracitada (GOOSE e Sample Values). Na segunda etapa, foi realizado um estudo de mercado com o objetivo de adquirir equipamentos para conformar a infraestrutura básica de um laboratório que viabilize a formação de engenheiros na área de automação de sistemas elétricos. Com a aquisição desses equipamentos e com a ajuda de uma ferramenta de geração de mensagens (desenvolvida também como parte deste trabalho) foi possível estabelecer relações entre os resultados do sistema simulado e o comportamento do sistema real.<br>

Abstract : Within the different electric power agents (generators, distributors, suppliers, etc.), there is a general agreement about the need to perform deep changes in the current Electric Power System (EPS). The concept of this modern EPS is termed "Smart Grid" and is defined by the Electric Power Research Institute (EPRI) as a fully automatic EPS that allows bidirectional flow of electricity and information between customers and suppliers of electrical services. In this scenario, the modernization of automation systems used in electrical substations is crucial for the realization of the smart grid. The international standard IEC 61850 standardizes the information model and the communication services for automation systems used in EPS, particularly in substations, where it has shown advantages both in the design phase and in the operational phase. Using a real-time systems approach, this work studies the process bus defined by this standard, highlighting the transmission end-to-end time of the messages as the main performance metric of the communication system. The study was divided in two stages: in the initial stage, simulation models were developed for each of the devices that constitute the process bus. These models were integrated into a simulation platform that allows the user to observe and estimate the temporal behavior of the messages specified by the standard (GOOSE and Sample Values). In the second stage, a market study was carried out in order to acquire equipment for creating the basic infrastructure of a laboratory for the qualification of engineers in the field of electrical systems automation. With the purchase of these devices and with the help of a message generation tool (also developed as part of this work) it was possible to establish relationships between the results of the simulated system and the real system behavior.