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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


Tópicos

1. O presente

2. O futuro

3. Recursos Humanos


O Presente

André dos Santos 2017 4

A rede Nacional de Transporte


Subestação de Transporte

1970 ………………… 2017


O Posto de Comando na Subestação de Transporte

1970

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

7


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

8


O paradigma do cobre e os sistemas de comunicação

9

Parque de

equipamento

de Alta Tensão

Sala de equipamento

de comando e

protecção

Solução !

ICT


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


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


Então a isto chamam a Engenharia 4.0?

14

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


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


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


O Futuro


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


Co-simulação

Simulação ICT Simulação Redes de Energia

Several virtual IED using playback functionality


IED Virtual



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

22


R&D NESTER Real Time Simulation Laboratory

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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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Recurso Humanos

Engenharia 4.0


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


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.

28


Obrigado

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