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Proceso de Modelado de Nodos Lógicos, Datos y Atributos en SCL - IEC 61850

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by

Pedro Samudio

on 17 June 2015

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Transcript of Proceso de Modelado de Nodos Lógicos, Datos y Atributos en SCL - IEC 61850

Procedimiento para Modelado de Nodos Lógicos y Datos en Lenguaje SCL, definidos en la Norma IEC 61850 para la Integración de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional

Norma IEC 61850
Lenguaje SCL
Situación Actual
Nivel de Proceso
Nivel de Bahía
Nivel de
Subestación

IEC 61850
Lenguaje de Configuración de Subestaciones
Es un estándar internacional que define la forma de comunicación y servicios entre los diferentes dispositivos presentes en una Subestación Eléctrica.

Archivos de configuración del sistema (SCL)
SCL se compone de:

ICD.- Capacidad de descripción del IED
CID.- Descripción de la configuración del IED
SCD.- Descripción de configuración de la subestación
SSD.- Descripción y especificación del sistema

Antecedentes
FP - UNA

Comparación
Contenido
Naturaleza del Proyecto
Marco Teórico
Norma IEC 61850 – SCL
Situación Actual
Ingeniería de Diseño
Comparación Económica
Conclusiones y Recomendaciones
Implementación de la NORMA IEC61850 en la Automatización de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional de la ANDE.
Autores: Rubén Vera, Vanderley Espínola
Periodo: 2009/2010 Carrera: IEL
Orientador: Prof. Ing. Fabián Cáceres

Implementación de la NORMA IEC61850 en la Automatización de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional de la ANDE (2009)

PROPUESTA: HARDWARE
(Cambio de Tecnología: RTUs por IEDs)

Sistema SCADA para la Automatización de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional de la ANDE basada en la Norma IEC 61850 (2012)

PROPUESTA: SCADA con equipos que soportan la Norma
(Sin Lenguaje SCL)

Procedimiento para Modelado de Nodos Lógicos y Datos en Lenguaje SCL, definidos en la Norma IEC 61850 para la Integración de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional

PROPUESTA: SOFTWARE (Lenguaje SCL para Modelar, Configurar, Parametrizar y Programar)

Ingeniería de Diseño
Ingeniería de Diseño
Diagrama Unifilar de la SE-LUQ
(Julio 2013)
Distribución de los IEDs en la SE-LUQ
Ingeniería de Diseño
Arquitectura Propuesta
Ingeniería de Diseño
Distribución Física de los Equipos
Ingeniería de Diseño
Equipos a ser Configurados
SOFTWARE: SystemCORP “Embedded Technology” (DEMO)
PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y DATOS DEL SISTEMA
PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y MODELO DE DATOS DEL SISTEMA
PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y MODELO DE DATOS DEL SISTEMA.
PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y MODELO DE DATOS DEL SISTEMA
PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y MODELO DE DATOS DEL SISTEMA
Configuración del Gateway
SOFTWARE: EasyConnect “Kalkitech”
Configuración del Switch.
Justificación
La ANDE ha realizado importantes inversiones en la adquisición de Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs - Intelligent Electronics Devices) que soportan la Norma IEC 61850; sin embargo, el Sistema de Protección y Control de las Subestaciones sigue operando sin ellos, por falta de integración.

Naturaleza del Proyecto
Subestación Luque
Parte 1: Integración
Gracias por la Atención
Universidad Nacional de Asunción
Facultad Politécnica
Procedimiento para Modelado de Nodos Lógicos y Datos en Lenguaje SCL, definidos en la Norma IEC 61850 para la Integración de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional

Integrantes
Pedro Andrés Samudio Bobadilla
César Javier Lezcano Rivas

Orientador:
Prof. Ing. Vanderley Espínola Oliveira

Año
2014
Conclusiones
Se propuso un procedimiento para modelado de nodos lógicos, datos y diseño de funciones lógicas basadas en la IEC 61850 para la integración del SAS

Con el fin de facilitar modificaciones de parametrización de IEDs, se diseñó un SCADA que permitirá realizar cambios en forma remota ante necesidades de actualización o ampliación del Sistema de Comunicación.

Se puede observar un ahorro significativo en la integración de los IEDs realizado por un equipo multidisciplinario con relación a la contratación de terceros a través de licitaciones.
INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD
Finalidad del Proyecto
La finalidad del proyecto es proponer un procedimiento para la
integración
de Subestaciones que requiere la ANDE para que los equipos adquiridos por la empresa operen basados en la Norma IEC 61850.

Objetivo General
Proponer un procedimiento para el Modelado de Nodos Lógicos y Datos en Lenguaje SCL, para Integración de IEDs a fin de mejorar la confiabilidad, seguridad, y disponibilidad del suministro eléctrico.
Objetivos Específicos
1 - Presentar un procedimiento metodológico, de modelado de nodos lógicos y datos, basado en el lenguaje SCL para la integración de IEDs.

2 - Diseñar una plataforma SCADA Global y Local que posibilite la configuración remota y monitoreo de puertos de los equipos de nivel de bahía de las Subestaciones.

3 - Evaluar económicamente la posibilidad de formar un equipo multidisciplinario constituido por funcionarios de la ANDE para realizar la integración de Subestaciones (SE) del Sistema Interconectado Nacional.

Beneficiarios
ANDE
Usuarios del Sistema Eléctrico

Seccionador
Interruptor
Nivel de Proceso
TP – Transformador
de Potencial

TC – Transformador
de Corriente
Nivel de Proceso
Transformador de Potencia
Nivel de Proceso
IEDs
Vista Posterior de un IED

Nivel de Bahía
Switch
Subestaciones – Niveles
Dispositivos Electrónicos Inteligentes
Nivel de
Subestación

Nivel de Bahía
Nivel de Bahía

Nivel de Bahía
Gateway
Vista Posterior de un Gateway
Nivel de Subestación
Conjunto de reglas y normas que permiten que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen entre sí, para compartir información.
Protocolo de Comunicación
Comunicación en Subestaciones
Comparación de Protocolos
Comunicación en Subestaciones
LIBRE CONFIGURACIÓN
INTEROPERABILIDAD
OBJETIVOS DE LA NORMA
ESTABILIDAD A LARGO PLAZO
INTERCAMBIABILIDAD
Estandariza la descripción de los dispositivos y del sistema para la comunicación.

Utilizado para describir cómo los dispositivos van a operar.
Proceso de Configuración – Lenguaje SCL
Norma IEC 61850 - SCL
Representación virtual de un equipo físico.
MODELO ESTRUCTURADO DE OBJETOS
Norma IEC 61850 - SCL
MODELO ESTRUCTURADO DE OBJETO
Norma IEC 61850 - SCL
NIVELES DE COMUNICACIÓN
LOS NODOS LÓGICOS SE ASOCIAN PARA FORMAR NUEVAS FUNCIONES
Norma IEC 61850 - SCL
AGRUPACIÓN DE NODOS LÓGICOS
Norma IEC 61850 - SCL
Prolijidad y Fácil detección de fallas
SEs Automatizadas y Controladas
Ahorro en Conductores de Cobre
Norma IEC 61850
Beneficios Principales
La ANDE ha realizado importantes inversiones en la adquisición de IEDs para varias SE, los cuales ya se encuentran montados en paneles, combinados con otros equipos de última generación, que soportan la Norma IEC61850.
Situación Actual
Si bien los equipos que soportan la Norma IEC 61850 ya se encuentran montados en varias SE de la ANDE, el Sistema de Automatización de Subestaciones (SAS) sigue operando sin ellos,
por falta de integración.


Situación Actual - ANDE
No
poseen criterios de funcionamiento unificados
No
comparten recursos e información
No
operan con funciones lógicas de protección y control distribuidas
No
presentan interfaces unificadas

Situación Actual
Se dice que un Sistema de Automatización de Subestaciones (SAS) no está integrada, cuando los dispositivos que lo componen:
Funcionamiento coordinado de equipos de comunicación, protección y control basados en la Norma IEC 61850

Integración en Automatización de SE basado en la IEC 61850
Situación Actual
El SAS sigue funcionando como antes de la aparición de la IEC 61850
Situación Actual
Aunque los dispositivos que soportan la IEC61850 ya están montados en paneles en las SE, los mismos no están integrados. Por lo que hoy día el SAS de la ANDE sigue funcionando con tecnología en decadencia.

Los SCADAS (Sherpa y Oasis) son utilizados sólo para adquisición de datos, limitando potenciales capacidades de prestación.



Situación Actual
Problemas Identificados
Aportes Del Proyecto
Ingeniería de Diseño
Propuesta de una Arquitectura de Comunicación

Procedimiento para Integración de Equipos

Ampliación de prestaciones del SCADA
SE-LUQ 220 kV / 23 kV ubicada en el Barrio Ykua Duré de la Ciudad de Luque.
Conectada a la línea 220 kV de la SE-SLO y de la SE-LIM
Dos Transformadores de 41,6 MVA (más uno de 41,6 MVA provisorio)
Preparado para 14 alimentadores, 2 BCs y un TR-SS.AA.

Ingeniería de Diseño
-Switch
-Multimedidor
-Unidad de Control
-Relé

Gateway

Switch

IEDs de Protección y Control

CONFIGURACIÓN DEL IED
Objetivos de la Configuración del IED:
Asignación de Nodos Lógicos
Interoperabilidad de los Dispositivos.
Parametrización


PROCESO PARA EL MODELADO DE NODOS LÓGICOS Y MODELO DE DATOS DEL SISTEMA
LISTA DE SEÑALES PARA UN INTERRUPTOR
Nodos Lógicos, Datos y Atributos Interruptor SE-LUQ
Nodos Lógicos, Datos y Atributos SE-LUQ
SOFTWARE: SystemCORP “Embedded Technology” (DEMO)
Objetivos de la Configuración del Gateway:
Supervisar las Subestaciones
Recoger Datos de los IEDs
Enviar Datos al Centro de Control
SOFTWARE: “CISCO IOS”-DEMO (Sistema de Operación de Redes Internas)
Objetivos de la Configuración del Switch:
Interconectar los Dispositivos de la SE al Gateway
Obtener un sistema redundante de comunicación
Funciones del SCADA
Despliegue de diagramas unifilares
Señalización de posiciones y alarmas
Monitoreo de variables de campo
Mandos sobre equipos de maniobra
Lista de señales y alarmas
Archivo cronológico de eventos
Gráficos en tiempo real e históricos
Impresión de gráficos, tablas e informes
Aporte a las Funciones del SCADA
Configuración, Parametrización y Programación remota de Equipos.

Visualización del estado (ON-OFF) de los puertos de los IED’s, switches y routers que posibilitará una rápida localización de fallas en la comunicación.

Simplicidad de la interfaz gráfica y posibilidades de reconfiguración ante necesidades de reestructuración o ampliación del sistema de comunicación.
Parte 2: Diseño de una Plataforma SCADA
Comparación Económica
Consideraciones Generales
Los costos de implantación consideran los parámetros de negociación de mercado y del sitio web de la Dirección Nacional de Contrataciones Públicas (Licitación Pública Internacional ANDE N° 771/2012 - Lote2).
El proyecto de inversión tiene un horizonte temporal de 10 años y el efecto inflacionario es considerado constante e igual a 3% anual durante este periodo.
Los costos de mano de obra y viáticos se obtienen según los salarios actuales de ANDE.
El tipo de cambio adoptado (Guaraníes por Dólar Estadounidense - Gs/USD) es de 4.500


Comparación Económica
Análisis del Proyecto
Proyecto ANDE (PA)
Proyecto Propuesto (PP)
Comparación Económica
Comparación Económica
Comparación Económica
Comparación Económica
Recomendaciones
Se sugiere como temas de investigación:
Elaborar una normativa propia basada en la norma IEC 61850

Mejoramiento del Sistema de Comunicación, seguridad en la comunicación, análisis de comportamiento del sistema ante fallas en la comunicación

Análisis de aplicación de VLANs en los Switchs para organización de datos de protección, medición y control a fin de descongestionar las líneas de comunicación
Nodos Lógicos, Datos y Atributos SE-LUQ
Nodos Lógicos, Datos y Atributos SE-LUQ
Nivel de Proceso
La ANDE posee en la mayoría de las SE los requerimientos de un sistema integrado; sin embargo, el SAS no funciona basado en la Norma IEC 61850.
¿Que obtenemos una vez que Modelamos, Parametrizamos y Programamos los Equipos?
El Mensaje Goose se basa en la asociación de aplicaciones, (mensajes multicast).
Cada Mensaje Goose enviado por un determinado IED tiene una variable asociada "
Message Quality
".
Mensaje Goose
Mensajes GOOSE
PD: Dispositivo Físico
LN: Nodo Lógico
Cuando se asocian uno o más Nodos Lógicos (LNs - Logical Nodes), de uno o más Dispositivos Físicos (PDs - Physical Devices) para formar funciones de Protección o Control, se dice que éstos dispositivos están integrados.

Integración a partir de Funciones Lógicas
PC: Enlace de Comunicación
Antes Después
Antes Después
2
3
4
5
6
7
8
9
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12
13
14
15
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74
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79
80
81
82
Simulación de la Arquitectura Propuesta
(Packet Tracer) DEMO
Sistema SCADA para la Automatización de Subestaciones del Sistema Interconectado Nacional de la ANDE basada en la Norma IEC 61850.
Autor: Elvio Bobadilla
Periodo: 2011/2012 Carrera: IEL
Orientador: Prof. Ing. Daniel Domecq

68
78
Elipse desarrolla potentes herramientas de software para la gestión en tiempo real de procesos.
(DEMO)
Software Utilizado
23kV
Comparación Económica
Comparación Económica
Comparación Económica
Comparación Económica
83
84
85
86
87
88
89
XCBR.Pos.stVal
Posición del Interruptor:
16
10
Motivación
Integración
Menor tiempo expuesto a fallas
Disminución en el tiempo de reposición de Energía Eléctrica
Enclavamientos Seguros y Confiables
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