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Projecto estruturado de Sistemas de Automação em
Subestações segundo a norma 61850
Pedro Filipe Moreira Dias
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Júri
Presidente: Prof. Paulo José da Costa Branco
Orientador: Prof. Dr. José Luís Costa Pinto de Sá
Vogal: Prof. Mário Serafim dos Santos Nunes
2009
ii
Projecto estruturado de Sistemas de Automação em
Subestações segundo a norma 61850
Pedro Filipe Moreira Dias
iii
Agradecimentos
Gostaria de agradecer a todas as pessoas que directa ou indirectamente contribuíram
para este trabalho,
Em primeiro lugar, agradeço ao meu orientador Prof. Dr. Eng. Pinto de Sá pela sua
ajuda constante ao longo do trabalho e pela oportunidade que me deu de entrar no mundo dos
Sistemas de Controlo e Protecção de Subestações.
À EFACEC, por todo o apoio prestado, em especial à Engª. Sara Costa pelas dúvidas
tiradas e ensinamentos dados sobre Unidades Terminais de Protecção.
À Helinks , em especial a Joerg Reuter pelas dúvidas tiradas e soluções apresentadas
no decorrer dos vários testes à ferramenta de configuração de sistema, Helinks STS.
Agradeço a todos os meus colegas de curso com quem partilhei verdadeiros momentos
de alegria da minha vida de estudante. Um especial obrigado aos meus pais e ao meu irmão,
pelo constante apoio e preocupação pela minha vida. É a vocês que dedico todo este trabalho.
E finalmente, o meu mais sincero e profundo agradecimento à minha namorada Sofia, que me
ajuda diariamente a ultrapassar todos os obstáculos e a encarar a vida da forma mais alegre
possível.
iv
Resumo
Este trabalho consiste no desenvolvimento de especificações re-utilizáveis de Sistemas
de Automação e Protecção para Subestações da EDP, usando as regras de estruturação por
objectos e a linguagem SCL (Substations Configuration Language) definidas na nova norma
internacional IEC 61850.
Começa-se por fazer uma breve descrição dos objectivos da norma IEC 61850.
Descreve-se a sua estrutura da informação, e os modelos de informação e serviços de troca de
informação.
Seguidamente, apresenta-se uma descrição generalizada da automação em
subestações, introduzindo o conceito de Projecto tipo de subestações AT/MT utilizado pela
EDP. Através desta descrição, é apresentada a estrutura de uma subestação-tipo, a sua
arquitectura, funções de protecção e automatismos.
Para compreender de que forma se descreve a configuração da subestação,
apresenta-se a linguagem SCL (Substation Configuration Language) e os seus modelos,
definidos pela norma IEC 61850.
De forma a criar, configurar, visualizar e editar todos os elementos da subestação
representativa do Projecto tipo da EDP, utiliza-se as ferramentas de configuração de sistemas
Visual SCL e Helinks STS. Através destas ferramentas, para além da construção gráfica da
subestação e da configuração de todos os elementos associados à mesma, cria-se todos os
tipos de ficheiros SCL definidos pela norma IEC 61850. Após a criação dos ficheiros
pretendidos, utiliza-se a página web da Siemens de forma a detectar os erros obtidos ao nível
do código XML. Testa-se ainda a comunicação entre as ferramentas de configuração de
sistema e de configuração de IEDs, de forma a saber se é possível alcançar interoperabilidade
através da troca de dados entre essas mesmas ferramentas.
v
Palavras-Chave
• IEC 61850
• Sistemas de Automação
• Rede de Energia
• Interoperabilidade
• Linguagem SCL – Substation Configuration Language
• Subestações
vi
Abstract
This work consists in the development of reusable specs for Substations Automation
Systems of EDP, applying object-oriented concepts and SCL as defined in the new standard
IEC 61850.
It begins by making a brief description of the objectives of the IEC 61850. It describes
the structure of the information, and the types of information services and exchange of
information.
Then it was presented a generalized description of automation in substations,
introducing the concept of Project type of substations AT / MT used by the EDP. By this
description, it was presented the structure of a substation-type, its architecture, protection and
automation functions.
To understand how the description of the configuration of the substation is made, the
language SCL (Substation Configuration Language) and their models defined by IEC 61850,
are presented.
In order to create, configure, view and edit all elements of the substation representative
of the Project kind of EDP, the tools used for system configuration are Visual SCL and Helinks
STS. With these tools, in addition to the graphical construction of the substation and the
configuration of all elements associated with it, all kinds of SCL files defined by IEC 61850 are
created. After the creation of these files, the web page of Siemens is used in order to detect any
errors made at the XML code. The communication between the tools for configuring the system
and setting up IEDs is tested in order to see if they can achieve interoperability through the
exchange of data between these tools.
vii
Keywords
• IEC 61850
• Automation Systems
• Energy Network
• Interoperability
• SCL Language - Substation Configuration Language
• Substations
viii
Lista de Conteúdos
Agradecimentos............................................................................................................................. iii Resumo ......................................................................................................................................... iv Abstract .........................................................................................................................................vi Lista de Conteúdos ..................................................................................................................... viii Lista de Figuras ..............................................................................................................................x Lista de Tabelas ............................................................................................................................xi Lista de siglas............................................................................................................................... xii 1 Introdução................................................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento ................................................................................................................... 1 1.2 Objectivos............................................................................................................................ 1 1.3 Organização da Dissertação ............................................................................................... 1
2 Norma IEC 61850....................................................................................................................... 3 2.1 Objectivos............................................................................................................................ 3 2.2 Estrutura .............................................................................................................................. 3 2.3 IED – Dispositivo Electrónico Inteligente ............................................................................ 5 2.4 Mensagens GOOSE............................................................................................................ 6 2.5 Modelo do Objecto .............................................................................................................. 8
2.5.1 Estrutura da Informação............................................................................................... 9 2.5.2 Dispositivos Lógicos..................................................................................................... 9 2.5.3 Nós Lógicos................................................................................................................ 10 2.5.4 Dados ......................................................................................................................... 10 2.5.5 Classes de dados comuns ......................................................................................... 11 2.5.6 Atributos ..................................................................................................................... 12
2.6 Modelos ACSI – Conceitos básicos .................................................................................. 17 3 Projecto-tipo da EDP................................................................................................................ 20
3.1 Arquitectura e Organização funcional do SPCC ............................................................... 20 3.2 Definição de painéis .......................................................................................................... 21 3.3 Funções de protecção....................................................................................................... 22 3.4 Funções de automatismo .................................................................................................. 22
4 Linguagem SCL........................................................................................................................ 24 4.1 Modelos SCL ..................................................................................................................... 25
4.1.1 Modelo da Subestação .............................................................................................. 25 4.1.2 Modelo do IED............................................................................................................ 26 4.1.3 Modelo do sistema de comunicação.......................................................................... 26
4.2 Adequação da SCL ao projecto-tipo ................................................................................. 27 5 Especificação do Sitema de Controlo e Protecção da Subestação......................................... 28
5.1 Ferramentas de engenharia de sistema............................................................................ 28 5.2 Visual SCL......................................................................................................................... 29
5.2.1 Introdução .................................................................................................................. 29 5.2.2 Descrição da Subestação .......................................................................................... 29 5.2.3 Esquema Unifilar da Subestação............................................................................... 30 5.2.4 Descrição de IEDs...................................................................................................... 32 5.2.5 Mapeamento de Funções para IEDs ......................................................................... 35 5.2.6 Descrição do sistema de comunicação...................................................................... 36 5.2.7 Instâncias de nós lógicos ........................................................................................... 37 5.2.8 Validação.................................................................................................................... 37
5.3 Comunicação entre ferramentas ....................................................................................... 39 5.3.1 Ferramenta de configuração de IEDs ........................................................................ 39 5.3.2 Parâmetros de protocolo IEC 61850.......................................................................... 40 5.3.3 Troca de dados entre ferramentas............................................................................. 41
ix
5.3.4 ICDs de diferentes fabricantes................................................................................... 45 5.4 Testes e Ensaios ............................................................................................................... 47
5.4.1 Funções de Protecção ............................................................................................... 48 5.4.2 Funções Complementares ......................................................................................... 48 5.4.3 Configuração dos painéis de saída MT...................................................................... 49 5.4.4 Troca de GOOSE entre IEDs..................................................................................... 50
6 Conclusões............................................................................................................................... 55 Anexo A.1 Estrutura de ficheiros ICD ......................................................................................... 56 Anexo A.2 Ferramentas de configuração de sistema ................................................................. 62
Anexo A.2.1 Esquema Unifilar da Subestação ....................................................................... 62 Anexo A.2.2 Estrutura das secções ........................................................................................ 63 Anexo A.2.3 Ficheiros SCL ..................................................................................................... 63 Anexo A.2.4 Licenças.............................................................................................................. 63
Anexo A.3 Datasets criados ........................................................................................................ 64 Lista de Referências.................................................................................................................... 67
x
Lista de Figuras
Figura 1 – Diagrama esquemático de um Dispositivo Electrónico Inteligente [8, figura 3]........... 5 Figura 2 – Exemplos de aplicação com IEDs [8, figura 4] ............................................................ 6 Figura 3 – Arquitectura da rede de comunicação [8, figura 6] ...................................................... 7 Figura 4 – Aplicação do modelo GSE [2, figura 41] ...................................................................... 7 Figura 5 – Modelo do Objecto [11] ................................................................................................ 8 Figura 6 – Estrutura da informação [18, figura A.2] ...................................................................... 9 Figura 7 – Modelo básico de informação [3, figura 2] ................................................................. 17 Figura 8 – Modelo de serviços [3, figura 3] ................................................................................. 19 Figura 9 – Arquitectura e organização funcional do SPCC ........................................................ 21 Figura 10 – Relação entre tipos de ficheiros SCL [18, figura A.8] .............................................. 25 Figura 11 – Nomes dentro das diferentes estruturas do object model [1, figura 8] .................... 27 Figura 12 – Criação do ficheiro SSD [13].................................................................................... 29 Figura 13 – Mapeamento das funções para IEDs [13] ............................................................... 29 Figura 14 – Esquema Unifilar da Subestação............................................................................. 30 Figura 15 – Descrição da subestação......................................................................................... 31 Figura 16 – Modelo do IED [13] .................................................................................................. 32 Figura 17 – Ficheiro ICD [13] ...................................................................................................... 33 Figura 18 – Descrição do IED D2Q1CB2.................................................................................... 33 Figura 19 – Representação do IED D2Q1CB2 ........................................................................... 34 Figura 20 – Processo de mapeamento [13] ................................................................................ 35 Figura 21 – Propriedades do nó lógico XCBR ............................................................................ 36 Figura 22 – Secção de comunicação.......................................................................................... 36 Figura 23 – Endereços ................................................................................................................ 37 Figura 24 – Templates de dados................................................................................................. 37 Figura 25 – Ficheiros submetidos a validação [10, figura 3]....................................................... 38 Figura 26 – IEC 61850 SCL-Validator [19].................................................................................. 38 Figura 27 – Troca de dados entre ferramentas de engenharia .................................................. 39 Figura 28 – Configuração do grupo de dados BRCB_A ............................................................. 40 Figura 29 – Configuração do grupo de dados GoOut1............................................................... 41 Figura 30 – Subestação resultante da importação do ficheiro SCD........................................... 42 Figura 31 – Secção do IED IB1S420 .......................................................................................... 43 Figura 32 – Datasets criados ...................................................................................................... 44 Figura 33 – Grupo de dados BRCB_C........................................................................................ 45 Figura 34 – IED IB1S420 (EFACEC) .......................................................................................... 46 Figura 35 – IED TEMPLATE (AREVA) ....................................................................................... 47 Figura 36 – Bancada de testes ................................................................................................... 47 Figura 37 – Painéis de saída MT ................................................................................................ 50 Figura 38 – Associação entre nós lógicos PTOC ....................................................................... 50 Figura 39 – GoOut1..................................................................................................................... 51 Figura 40 – GoIn1 ....................................................................................................................... 51 Figura 41 – Configuração do GoIn1............................................................................................ 52 Figura 42 – Entidades Digitais configuráveis .............................................................................. 52 Figura 43 – Comando de abertura de disjuntor .......................................................................... 53 Figura 44 – Posição dos disjuntores ........................................................................................... 53 Figura 45 – Comando de bloqueio de emissão GOOSE ............................................................ 53 Figura 46 – Alteração da posição dos disjuntores ...................................................................... 54 Figura 47 – Registo de Eventos .................................................................................................. 54 Figura A.1 – Painel Interbarras no Helinks STS ......................................................................... 62 Figura A.2 – Painel Interbarras no Visual SCL ........................................................................... 63
xi
Lista de Tabelas
Tabela 2-1 – Divisões da norma IEC 61850 [10, tabela 3-1] ........................................................ 4 Tabela 2-2 – Grupos de nós lógicos [2, tabela 2] ....................................................................... 10 Tabela 2-3 – Classe de nós lógicos XCBR [5, cláusula 5.12.1].................................................. 11 Tabela 2-4 – Classes de dados comuns [18, tabela 3.3]............................................................ 11 Tabela 2-5 – Classe de dados comuns DPC [4, tabela 33] ........................................................ 12 Tabela 2-6 – Tipos básicos de atributos [3, tabela 2] ................................................................. 13 Tabela 2-7 – Funcional Constraints [3, tabela 18] ...................................................................... 15 Tabela 2-8 – Condições trigger [3, tabela 19] ............................................................................. 16 Tabela 5-1 – BRCB_C................................................................................................................. 44 Tabela 5-2 – Nós Lógicos do painel de saída MT....................................................................... 49 Tabela A.1 – Licenças do Visual SCL ......................................................................................... 63 Tabela A.2 – Licenças do Helinks STS ....................................................................................... 64
xii
Lista de siglas
ACSI – Abstract Communication Service Interface BRCB – Buffered Report Control Blocks CC - Centro de Comando CDC – Common Data Class CER - Centro de Engenharia Remoto CID – Configured IED Description FC – Functional Constraint GoCB – GOOSE Control Blocks GOOSE – Generic Object Oriented Substation Event GSE – Generic Substation Event GSSE – Generic Substation Status Event HMI – Human Machine Interface ICD – IED Configuration Description IEC – International Electrotechnical Commission IED – Intelligent Electronic Device IP – Internet Protocol ISO – International Standards Organization LD – Logical Device LN – Logical Node MMS – Manufacturing Message Specification OSI – Open Systems Interconnection PCL - Posto de Comando Local SPCC - Sistema de Protecção, Comando e Controlo numérico SAS – Substation Automation System SCD – Substation Configuration Description SCL – Substation Configuration Language SSD – System Specification Description TCP – Transmission Control Protocol TPU - Unidade Terminal de Protecção URCB – Unbuffered Report Control Blocks XML – eXtensible Markup Language
1
1 Introdução
1.1 Enquadramento
A introdução da Norma IEC 61850 tem possibilitado o desenvolvimento do sector eléctrico no
ambiente de sistemas de automação de subestações (SAS). Em particular, a comunicação passa a
ser bastante mais simples, o que leva ao melhoramento dos sistemas de protecção, controlo,
medição e supervisão de sistemas eléctricos.
São vários os artigos publicados até à data que demonstram as potencialidades da norma
IEC 61850 ([6], [7], [8], [9]). Muitos destes artigos apresentam os principais fundamentos da nova
norma e explicam de que forma influenciam os processos de engenharia de automação em todo o
mundo. A demonstração de casos possíveis de aplicação e a constante procura de novas soluções
para vários tipos de problemas são os principais objectivos destes trabalhos.
Este trabalho ilustra a aplicação da norma à descrição estruturada das Subestações da EDP.
1.2 Objectivos
Através deste trabalho pretende-se avaliar a possibilidade de fazer um projecto-tipo da IEC
61850 para um conjunto de Subestações, elas próprias descritas por um projecto-tipo.
Utilizando as ferramentas de especificação de subestações, o Visual SCL e o Helinks STS,
procede-se à configuração da comunicação e das funções do sistema de automação da subestação,
e a sua relação com a subestação. É parte integrante deste processo a criação de todo o tipo de
ficheiros especificados na parte 6 da norma IEC 61850.
Finalmente testa-se a comunicação entre as ferramentas de configuração de sistema e de
configuração de IEDs.
1.3 Organização da Dissertação
A dissertação é constituída por 6 capítulos fundamentais.
No Capítulo 1 é feito o enquadramento do trabalho e os objectivos propostos para a realiza-
ção do mesmo.
No Capítulo 2 introduz-se a norma IEC 61850, e de que forma é feita a comunicação e o
modelo do objecto. Descreve-se a modelação da informação (estrutura da informação, dispositivos
lógicos, nós lógicos, dados, classes de dados comuns e atributos) e os conceitos básicos do modelo
ACSI.
No Capítulo 3 apresenta-se resumidamente o projecto-tipo da EDP.
2
No Capítulo 4 apresenta-se a linguagem SCL e discute-se a adequação desta linguagem ao
projecto-tipo da EDP, de modo a evidenciar a adequação das duas realidades – SCL e projecto-tipo.
No Capítulo 5 utiliza-se a ferramenta Visual SCL de forma a descrever todo o processo de
especificação da subestação baseado nos modelos SCL definidos pela norma IEC 61850. Ilustra-se
ainda a comunicação entre as ferramentas de configuração de sistema e de configuração de IEDs.
Esta comunicação pode ser testada recorrendo aos TPU existentes no laboratório de Energia.
No Capítulo 6 faz-se um resumo das conclusões tiradas e dos erros encontrados no decorrer
da realização do trabalho.
No Anexo A.1 apresentam-se as listagens xml representativas da diferença entre estruturas
de ficheiros ICD de diferentes fabricantes.
No Anexo A.2 faz-se uma análise das ferramentas de configuração de sistema.
No Anexo A.3 apresenta-se uma listagem xml com os datasets criados na secção 5.3.2 para
os blocos de controlo de Report e GOOSE.
3
2 Norma IEC 61850
2.1 Objectivos
Um dos principais objectivos da nova norma internacional IEC 61850 é garantir a interopera-
bilidade entre IEDs de diferentes fabricantes. Interoperabilidade significa que um ou mais IEDs de
mesmos fabricantes ou de fabricantes diferentes, possam trocar informações entre si e executar todo
o tipo funções de protecção e automatismos que se usam nas subestações.
Os sistemas de automação de subestações com IEDs e comunicação série têm vindo a
crescer, dado o número de sistemas que já existem em todo o mundo. No entanto, IEDs de diferentes
fabricantes têm alguma dificuldade em ser combinados num só sistema, devido à falta de um padrão.
A norma IEC 61850 aparece como uma solução para este problema e reduz ainda substancialmente
os custos, o que agrada aos fornecedores que vêem os seus investimentos salvaguardados. A norma
IEC 61850 é feita de tal forma que permite ainda que esta seja alterada consoante o desenvolvimento
dos painéis e das suas funções, numa subestação. Prova disso são as segundas edições de algumas
partes da própria norma e uma terceira edição prevista já para 2009.
2.2 Estrutura
A norma é então, estruturada em várias partes, cada uma delas abordando um tópico especí-
fico. Desta forma, permite-se uma abordagem praticamente completa no que toca aos sistemas de
automação de subestações. A tabela 2-1 ilustra as divisões da norma.
As duas primeiras partes da norma IEC 61850 abordam os aspectos gerais da norma e o
glossário dos termos utilizados nas restantes partes.
As partes 3, 4 e 5 abordam os principais requisitos de comunicações necessários para uma
subestação. São exemplos desses requisitos a capacidade de descrição de um IED, a rápida troca de
mensagens entre IEDs e a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.
4
Tabela 2-1 – Divisões da norma IEC 61850 [10, tabel a 3-1]
A parte 6 define a linguagem de configuração dos IEDs da subestação, a Substation
Configuration Language (SCL), baseada na linguagem Extensible Markup Language (XML), utilizada
para descrever o esquema unifilar da subestação, a rede de comunicações, as instâncias de nós lógi-
cos e a sua associação ao equipamento primário.
A parte 7 abrange 4 sub-partes. A parte 7-1 descreve os princípios de comunicação e mode-
los de informação que serão usados nas restantes partes. A parte 7-2 define a interface abstracta de
serviços de comunicação (ACSI). Nesta parte são descritos os modelos e serviços de comunicação
entre dispositivos numa subestação. A parte 7-3 define as classes de dados comuns (CDC). Nesta
parte é feita a especificação das CDC e das estruturas de dados que fazem parte dos nós lógicos.
Finalmente a parte 7-4 descreve as classes de nós lógicos e classes de dados compatíveis. Nesta
parte é feita a especificação de todos os nós lógicos.
A parte 8-1 especifica o mapeamento de objectos e serviços de ACSI (Abstract Communica-
tion Service Interface, IEC 61850-7-2) para MMS (Manufacturing Message Specification, ISO 9560) e
ISO/IEC 8802-3. O mapeamento do ACSI para MMS define a forma como os conceitos, objectos e
serviços ACSI são implementados usando os conceitos, objectos e serviços MMS. Este mapeamento
permite a interoperabilidade entre funções implementada por diferentes fabricantes.
A parte 9 define a forma como é feito o mapeamento específico dos serviços de comunica-
ção. Na parte 9-1 é definida uma ligação Unidirectional Multidrop Point-to-Point para transporte de um
conjunto fixo de dados. Na parte 9-2 é definido um conjunto de dados configurável que pode ser
transmitido em ligações multicast entre um publisher e subscribers.
Na parte 10 são abordados os testes de conformidade que definem o que deve ser testado
num IED e quais os resultados esperados para que este possa estar em conformidade com a norma
IEC 61850. Definem-se os procedimentos de ensaio de equipamentos e sistemas, a documentação
5
necessária para a sua realização e regras para validação e certificação de empresas que os execu-
tem.
2.3 IED – Dispositivo Electrónico Inteligente
Os IEDs têm uma enorme importância nos sistemas de automação em subestações. Estes
dispositivos são unidades que realizam todo o tipo de funções e são utilizados para a protecção,
controlo, medição e monitorização de sistemas eléctricos. A Figura 1 representa o esquema de um
IED:
Figura 1 – Diagrama esquemático de um Dispositivo E lectrónico Inteligente [8, figura 3]
A norma IEC 61850 especifica que um ou vários IEDs devem possuir várias funções, funções
essas que são essenciais para o correcto funcionamento de uma subestação.
Estes IEDs permitem diferentes tipos de interface com o utilizador, entre as quais se destaca
uma das mais importantes, a comunicação remota. No caso particular da norma IEC 61850, a
interface actual de comunicação é feita através de portas de comunicação em TCP/IP, permitindo que
os IEDs possam comunicar entre si de uma forma mais rápida e simples. Cada IED, ou porta de
comunicação do IED, apresenta um endereço IP que permite a troca de informações no ambiente de
rede Ethernet.
A possibilidade de comunicação dos IEDs aparece do próprio avanço da tecnologia, que hoje
em dia já permite que os dados sejam tratados digitalmente. Uma vez que os dados se encontram na
forma digital, estes podem ser trocados de uma forma simples entre os diversos IEDs, através da
comunicação série, normalmente por fibra óptica, o que reduz bastante a quantidade de cabos
existente nas subestações (Figura 2).
6
Figura 2 – Exemplos de aplicação com IEDs [8, figur a 4]
2.4 Mensagens GOOSE
A comunicação horizontal é especificada pela norma IEC 61850 como parte da configuração
da automação de subestações. Neste tipo de comunicação é possível que os IEDs troquem
informação entre si, garantindo que são realizadas funções específicas de cada um, que por sua vez,
podem depender de informações provenientes de outros IEDs.
A comunicação horizontal prevista pela norma IEC 61850 é realizada através das mensagens
GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event). Apenas os dispositivos interessados na
mensagem irão receber a informação que lhes é necessária.
O conceito de comunicação horizontal não é novo, isto é, alguns fabricantes utilizam a
comunicação entre IEDs há alguns anos. Esta comunicação era possível e fazia-se, no entanto, não
era de implementação imediata, tinha de ser programada caso a caso. Uma das grandes vantagens
da norma IEC 61850 é permitir que esta comunicação seja realizada entre IEDs de diferentes fabri-
cantes, algo que até à data não era possível.
A Figura 3 apresenta uma representação simplificada da arquitectura de comunicação.
Nesta figura podem ser facilmente identificados os IEDs de protecção e controlo, a estação
de controlo incluindo IHM (Interface Homem Máquina) e uma gateway para o acesso de outras redes.
Nesta rede podem circular dois tipos de mensagens. As mensagens GOOSE (comunicação horizon-
tal) entre vários IEDs de diferentes fabricantes, e as mensagens verticais que partem dos IEDs em
7
direcção à estação de controlo, em que o principal objectivo é a supervisão e controlo da subestação
através do IHM disponível para o operador.
Figura 3 – Arquitectura da rede de comunicação [8, figura 6]
Uma das formas de exemplificar a comunicação horizontal é através da utilização do modelo
GSE (generic substation event model). Este modelo é bastante importante, visto que, suporta a
implementação de aplicações em tempo real. A Figura 4 apresenta a aplicação deste modelo e todas
as suas capacidades.
Figura 4 – Aplicação do modelo GSE [2, figura 41]
8
• (1) – O nó lógico PDIS detecta uma falha e decide enviar uma mensagem GOOSE
• (2) – O nó lógico PTRC envia a mensagem GOOSE e o disjuntor XCBR0 recebe-a.
Após a análise da mensagem, o disjuntor abre o switch
• (3) – A informação da mudança do switch do disjuntor de ON para OFF é actualizada
e enviada para os relés
• (4) – O nó lógico RREC recebe a mensagem GOOSE enviada pelo XCBR0. De
acordo com a sua configuração, o RREC decide fechar o switch disjuntor e envia a
mensagem para o XCBR0
• (5) – O XCBR0 recebe a mensagem GOOSE vinda do RREC e após análise decide
fechar o switch disjuntor. O XCBR0 actualiza a informação da mudança do switch do
disjuntor de OFF para ON
2.5 Modelo do Objecto
As partes 7-3 e 7-4 da norma IEC 61850 especificam o modelo do objecto da subestação. A
figura seguinte mostra a organização hierárquica dentro de um dispositivo físico.
Figura 5 – Modelo do Objecto [11]
O dispositivo físico representa um IED e está internamente dividido em vários dispositivos
lógicos. Os dispositivos lógicos encontram-se por sua vez divididos em vários nós lógicos, cada um
deles com os seus próprios dados e serviços.
9
2.5.1 Estrutura da informação
A Figura 6 ilustra a forma hierárquica como a informação se encontra estruturada pela norma
IEC 61850.
Figura 6 – Estrutura da informação [18, figura A.2]
2.5.2 Dispositivos Lógicos
Os dispositivos lógicos são agrupamentos de nós lógicos. Os Grupos de nós lógicos
encontram-se especificados na parte 61850-7-1 da norma IEC 61850. Em cada dispositivo lógico
existe obrigatoriamente uma instância de nós lógicos LLN0 que contem a informação comum a todo o
dispositivo lógico. A tabela 2-2 ilustra os grupos de nós lógicos definidos pela norma IEC 61850.
10
Tabela 2-2 – Grupos de nós lógicos [2, tabela 2]
2.5.3 Nós lógicos
Os nós lógicos são vários dispositivos abstractos, cada um com a sua funcionalidade e
dados próprios. Dentro de cada nó lógico estão definidos vários dados, cada um deles com uma
classe específica definido na parte 61850-7-3 da norma IEC 61850.
Ao todo existem 92 nós lógicos definidos pela norma IEC 61850.
2.5.4 Dados
Os dados representam a informação que está contida nos nós lógicos. Podem ser mandatá-
rios ou opcionais, consoante a sua presença seja ou não obrigatória num nó lógico. Por exemplo, a
classe de nós lógicos XCBR, que modela o equipamento disjuntor, possui o dado Pos que representa
a sua posição (Tabela 2-3). O dado Pos é mandatário e pertence à classe de dados Sinalização
Dupla Controlável (DPC).
11
Tabela 2-3 – Classe de nós lógicos XCBR [5, cláusul a 5.12.1]
2.5.5 Classes de dados comuns
As classes de dados comuns (CDC) utilizam-se para simplificar o processo de definição de
dados. Deste modo define-se uma estrutura de dados, cada uma contendo vários atributos, que é
especificada em cada CDC (Tabela 2-4). As classes de dados comuns encontram-se definidas na
parte 61850-7-3 da norma IEC 61850.
Tabela 2-4 – Classes de dados comuns [18, tabela A. 11]
Continuando o exemplo atrás mencionado, o dado Pos, que pertence à classe de dados
Sinalização Dupla Controlável (DPC) (Tabela 2-5), contém vários atributos, tais como:
12
• ctlVal : comando do disjuntor
• origin : origem do último comando
• stVal : estado do disjuntor
• q: qualidade de stVal
• t: datação de stVal
• subEna : substituição permitida
• subVal : valor substituído de stVal
• pulseConfig : configuração do impulso de comando
• d: descrição do dado
• dataNs : espaço de nome dos dados
Tabela 2-5 – Classe de dados comuns DPC [4, tabela 33]
2.5.6 Atributos
Cada classe de atributos (Tabela 2-6) tem associada a si, um nome e um tipo. A presença
de um atributo pode ser mandatária, opcional, condicional mandatária (mandatária apenas para
determinadas condições, X_X_M) ou condicional opcional (opcional apenas para determinadas
13
condições, X_X_O). Os tipos básicos de atributos estão definidos na parte 61850-7-2 da norma IEC
61850.
Tabela 2-6 – Tipos básicos de atributos [3, tabela 2]
Com base nestes tipos básicos são construídos tipos derivados, especificados nas partes
61850-7-2 e 61850-7-3 da norma IEC 61850:
• Quality : classifica a qualidade da informação.
• TimeStamp : utilizado para efectuar a datação da informação residente no servidor ou
enviada pela rede de comunicação.
• AnalogueValue : representa uma medida analógica, através de um inteiro ou de uma
vírgula flutuante.
14
• ScaledValueConfig (Configuration of Analogue value): utiliza-se para configurar a
representação de um valor analógico utilizando um número inteiro.
• RangeConfig (Range configuration): define os limites de escala de medida, bem
como os seus vários patamares de alarme.
• ValWithTrsns (Step position with transient indication): representa o estado de um
equipamento que possui vários estados.
• PulseConfig (Pulse configuration): define a forma e a duração de um impulso de
comando emitido na sequência de um controlo.
• originator : contém informação sobre o operador que provocou a última alteração
num dado controlável.
• unit : unidade e multiplicador utilizados num valor analógico.
• vector : composto pelos atributos mag (amplitude) e ang (ângulo), ambos valores
analógicos.
• point : composto pelos atributos xval e yval, ambos valores analógicos.
• CtlModels : modelo de controlo utilizado.
• SboClasses : indica se é um comando simples ou múltiplo.
Os atributos são ainda caracterizados pela sua Restrição Funcional (Funcional Constraint ,
FC) e pelas suas condições de trigger . A FC de um componente representa a função a que os valo-
res desse componente dizem respeito. As FC da Tabela 2-7 encontram-se especificadas no anexo B
da parte 61850-7-3 da norma IEC 61850.
15
16
Tabela 2-7 – Functional Constraints [3, tabela 18]
As condições trigger são flags que detectam determinados tipos de alterações de valores. As
condições trigger da Tabela 2-8 encontram-se especificadas na parte 61850-7-2 da norma IEC
61850.
Tabela 2-8 – Condições trigger [3, tabela 19]
• dchg (data-change ): a mudança no valor do dado/atributo provocará a geração de
um relatório ou de uma entrada no arquivo.
17
• qchg (quality-change ): a mudança no valor do dado/atributo de qualidade provocará
a geração de um relatório ou de uma entrada no arquivo.
• dupd (data-update ): A actualização do valor de um atributo provocará a geração de
um relatório ou de uma entrada no arquivo.
2.6 Modelos ACSI – Conceitos básicos
O ACSI é uma arquitectura bastante útil, na medida em que, os serviços são independentes
do conteúdo da informação e do protocolo de comunicação. Os modelos de informação e os serviços
de troca de informação estão interligados. Os serviços são muito dependentes dos modelos de
informação, visto que, estes últimos especificam quais os serviços que podem realizados num dispo-
sitivo especifico.
Figura 7 – Modelo básico de informação [3, figura 2 ]
Os modelos de ACSI permitem:
• A especificação de um modelo básico para a definição de modelos de informação
específicos para a subestação.
18
• A especificação da troca de informação nos modelos de serviços.
Os modelos básicos de informação (Figura 7) são constituídos pelo servidor, dispositivo
lógico, nó lógico e dados:
• SERVER: representa o comportamento externo visível de um dispositivo. Todos os
outros modelos ACSI fazem parte do servidor.
• LOGICAL-DEVICE : representa um grupo de funções, em que cada função é definida
por um nó lógico.
• LOGICAL-NODE : representa uma função específica do sistema da subestação
• DATA : fornece meios para especificar a informação.
A acrescentar aos modelos acima, o ACSI compreende ainda modelos que proporcionam
serviços (Figura 8) que operam em dados e atributos:
• DATA-SET : permite agrupar dados e atributos. Usado para acesso directo e para
relatórios (reporting) e registos (logging).
• Substitutuion : o cliente pode requisitar o servidor para substituir um valor de pro-
cesso por um valor definido pelo cliente, por exemplo, no caso de um valor de medida
inválido.
• SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK : define como se muda de um conjunto de set-
ting values para outro e como se edita os setting groups.
• REPORT-CONTROL-BLOCK e LOG-CONTROL-BLOCK : descreve as condições
para gerar relatórios e registos, baseadas nos parâmetros definidos pelo cliente.
• control blocks for generic substation event (GSE) : permite a transmissão rápida e
fiável de valores de entrada ou de saída de um IED para vários.
• control blocks for transmission of sampled values : possibilita a transmissão de
amostras de valores de forma organizada e num tempo bem controlado.
• control : descreve os serviços de controlo.
• time and time synchronization : fornece uma base de tempos para o dispositivo e
para o sistema.
• file transfer : define de que forma se faz a troca de grandes blocos de dados.
19
Figura 8 – Modelo de serviços [3, figura 3]
20
3 Projecto-tipo da EDP
O projecto-tipo da EDP [12] apresenta um conjunto de características técnicas que a
subestação tipo AT/MT deve respeitar, bem como, todos os equipamentos constituintes dessa
mesma subestação.
Neste capítulo define-se a arquitectura, painéis, funções de protecção e automatismos, que
devem ser implementados na subestação tipo.
No projecto-tipo é definido o SPCC (Sistema de protecção, comando e controlo numérico)
que é responsável pela protecção, comando e controlo de todos os órgãos da instalação. É consti-
tuído por vários módulos de processamento de informação que, devidamente interligados, lhes
permitem desempenhar todas as funções necessárias para o funcionamento de uma subestação, tais
como:
• Modo de funcionamento e encravamentos;
• Protecções;
• Automatismos;
• Gestão da informação;
• Manutenção e teleparametrização;
• Interface humano-máquina (IHM).
3.1 Arquitectura e Organização funcional do SPCC
A arquitectura da subestação é constituída por três níveis hierárquicos interligados entre si
(Fig. 9):
• Nível 0 - processo. Este nível é constituído por todos os equipamentos AT/MT da subestação
com os quais o SPCC interage;
• Nível 1 - unidade de painel/dispositivo electrónico inteligente (IED). Este nível é constituído
por várias unidades de painel que desempenham funções de comando e controlo do pro-
cesso (Bay level). Cada painel tem associados a si, um ou mais IEDs.
• Nível 2 - unidade central. Este nível é composto pelo Posto de Comando Local (PCL), Centro
de Comando (CC) e Centro de Engenharia Remoto (CER). Este nível desempenha as fun-
ções relacionadas com o comando e controlo de toda a instalação no local e à distância.
21
Figura 9 – Arquitectura e organização funcional do SPCC
3.2 Definição de painéis
O projecto tipo de subestações AT/MT é constituído por vários tipos de painéis que têm a fun-
ção de assegurar a ligação entre equipamentos, linhas e barramentos. Os tipos de painéis de AT e
MT e a sua respectiva função são definidos seguidamente:
Painéis AT
• Linha AT/Transformador de Potência AT/MT – assegura a ligação directa entre a linha de
distribuição de AT e o primário do transformador de potência AT/MT;
• Linha AT – assegura a ligação entre o barramento AT e a respectiva linha de distribuição de
AT;
• Transformador de Potência AT/MT – assegura a ligação entre o barramento AT e o primário
do transformador de potência AT/MT;
22
• Potencial de Barras AT – assegura a ligação entre o barramento AT e os transformadores
de medida de tensão do barramento;
• Interbarras AT – assegura a ligação de dois barramentos entre si.
Painéis MT
• Chegada Transformador de Potência – assegura a ligação entre o secundário do transforma-
dor de potência AT/MT e o barramento do quadro metálico;
• Linha MT – Assegura a ligação entre o barramento do quadro metálico e a respectiva linha de
distribuição de MT;
• Bateria de Condensadores – Assegura a ligação entre o barramento do quadro metálico e a
bateria de condensadores de MT;
• Transformador de Serviços Auxiliares e Reactância de Neutro – Assegura a ligação entre o
barramento do quadro metálico e o transformador MT/BT de serviços auxiliares e a reactância
de criação de neutro artificial;
• Potencial de Barras MT – Assegura a ligação entre o barramento do quadro metálico e os
transformadores de medida de tensão do barramento;
• Interbarras MT – Assegura a ligação de dois barramentos entre si;
• Ligação de Barras – Assegura a ligação de cada barramento à cela de interbarras.
3.3 Funções de protecção
As funções de protecção devem detectar os defeitos da rede e procurar elimina-los o mais
rapidamente possível, de modo a garantir uma exploração segura e ao mesmo tempo uma elevada
continuidade e qualidade de serviço.
Cada uma das unidades de painel integrantes do SPCC alberga um conjunto de funções de
protecção, funções essas, que podem ser bloqueadas a qualquer momento.
3.4 Funções de automatismo
A utilização das funções de automatismo, que antigamente eram executadas pelos operado-
res, resultou num aumento de confiança, segurança e disponibilidade do sistema, e ainda contribuiu
para uma redução do tempo de interrupção a que os consumidores eram submetidos.
Dada a melhoria das condições da subestação, as funções de automatismo têm como objec-
tivo eliminar determinado tipo de defeitos e garantir níveis elevados de qualidade de serviço. Estas
funções actuam, de uma forma distribuída, nas várias unidades de painel anteriormente descritas.
23
Seguidamente consideram-se todas funções de automatismo utilizadas no projecto tipo de
subestação AT/MT:
• Comutação automática de disjuntores BT;
• Religação rápida e/ou lenta de disjuntores;
• Pesquisa de terras resistentes;
• Deslastre e reposição por tensão;
• Deslastre e reposição por frequência;
• Regulação automática de tensão;
• Comando automático de bateria de condensadores.
24
4 Linguagem SCL
A parte 61850-6 da norma IEC 61850 define a linguagem de configuração dos IEDs da
subestação. A linguagem SCL (Substation Configuration Language ) tem como base a linguagem
XML (Extensible Markup Language) e utiliza-se para descrever o esquema unifilar da subestação, a
rede de comunicações, as instâncias de nós lógicos e a sua associação ao equipamento primário. O
grande objectivo da utilização desta linguagem utilizada pelos sistemas de automação de subesta-
ções é fornecer interoperabilidade entre as várias ferramentas de engenharia de diferentes fabrican-
tes, permitindo assim uma configuração da subestação com independência dos IEDs e suas ferra-
mentas.
A norma IEC 61850 define vários tipos de ficheiros, identificados pela sua extensão, cada um
com uma função específica.
• ICD (IED Capability Description ): descreve as capacidades do IED descrito pelo
fabricante em termos de funções de comunicação e de modelo de dados.
• SSD (System Specification Description ): descreve o esquema unifilar da subesta-
ção juntamente com as funções executadas no equipamento primário, em termos de
nós lógicos.
• SCD (Substation Configuration Description ): descreve a configuração da
comunicação e das funções do sistema de automação da subestação e a sua relação
com a subestação. Contém todos os IEDs, uma secção de descrição da subestação e
uma secção da configuração da subestação.
• CID (Configured IED Description ): descreve uma instância de IED totalmente
configurado.
A figura 10 representa a forma como os vários tipos de ficheiros estão relacionados.
As capacidades da linguagem SCL resultam de duas características:
• O modelo standard com a sua semântica associada a ele: IEDs e funções encontram-
se definidas na parte 61850-7-x, e as funções da subestação definidas na parte
61850-6.
• A linguagem standard utilizada para descrever instâncias do modelo. Permite a troca
de modelos ou de partes de modelos entre diferentes aplicações.
Cada ficheiro SCL tem um cabeçalho que contém a referência do documento e a versão ou
revisão histórica do mesmo. O SCL especifica a forma como estes dados são representados em
XML, o que permite, diferenciar as várias versões dos ficheiros de descrição das capacidades dos
IEDs (.ICD) ou da descrição da configuração das subestações (.SCD).
25
Figura 10 – Relação entre tipos de ficheiros SCL [1 8, figura A.8]
O ficheiro ICD contém uma secção para o tipo de IED descrito. Esta descrição do IED con-
tém:
• O serviço de comunicação relacionado com as capacidades do IED.
• A configuração relacionada com as capacidades de um IED, como por exemplo,
quantos blocos de controlo podem ser configurados dinamicamente.
• A funcionalidade em termos de nós lógicos e dos dados contidos nos objectos.
Quando um IED é utilizado, é criada uma instância de um IED que é inserida como uma sec-
ção dentro do sistema do ficheiro SCD. Esta instância tem associada a si um nome específico de um
IED.
4.1 Modelos SCL
A linguagem SCL define três tipos de modelos. Os modelos da subestação, IEDs e sistema
de comunicação. Estes modelos encontram-se especificados na parte 61850-6 da norma IEC 61850.
4.1.1 Modelo da Subestação
O modelo da subestação, orientado de uma forma hierárquica por objectos, é baseado na
estrutura das funções da subestação. Cada nome ou designação de um objecto é derivado do seu
local na hierarquia desse objecto.
• Subestação : o objecto que identifica toda a subestação.
26
• Painel : uma parte ou sub-função da subestação. O nível de tensão (voltage level) é
considerado um atributo desta parte.
• Dispositivo primário : representa os equipamentos contidos na subestação, como
por exemplo, o transformador ou o disjuntor.
• Nó de conexão : representa o nó que faz a conexão entre os diferentes tipos de
equipamentos primários, como por exemplo, os nós de conexão entre equipamentos
constituintes de um painel.
4.1.2 Modelo do IED
• IED: representa um equipamento do sistema de automação de subestações que per-
mite a realização de funções através do auxílio de nós lógicos.
• Servidor : representa uma entidade de comunicação dentro de um IED que permite o
acesso, através do sistema de comunicação (access points), aos dados dos dispositi-
vos lógicos contidos no servidor.
• Dispositivo Lógico : representa um dispositivo lógico contido num servidor de um
IED.
• Nó Lógico : representa um nó lógico contido num dispositivo lógico de um IED.
• Dados : representa os dados contidos nos nós lógicos.
4.1.3 Modelo do sistema de comunicação
O modelo de comunicação, ao contrário de outros, não é um modelo hierárquico. Este modelo
representa a forma como as ligações são feitas entre IEDs pela rede através de pontos de acesso.
• Sub-rede : representa um nó de conexão para comunicações entre pontos de acesso.
Todos os pontos de acesso que estão ligados a um barramento podem comunicar
com todos os outros pontos de acesso ligados ao mesmo barramento.
• Ponto de acesso : representa um ponto de acesso que permite a comunicação dos
dispositivos lógicos de um IED a um barramento. É obrigatório que exista pelo menos
uma conexão entre um dispositivo lógico e um barramento. Um ponto de acesso
pode, no entanto, servir vários dispositivos lógicos, e os nós lógicos contidos no dis-
positivo lógico podem, como clientes, usar vários pontos de acesso para ligar dife-
rentes barramentos.
27
A Figura 11 representa alguns dos nomes especificados pelos modelos definidos anterior-
mente.
Figura 11 – Nomes dentro das diferentes estruturas do object model [1, figura 8]
4.2 Adequação da SCL ao projecto-tipo
Um dos importantes objectivos deste trabalho passa por analisar a adequação da linguagem
de configuração da subestação ao projecto-tipo estruturado pela EDP. Uma correcta adequação entre
a linguagem de configuração e o projecto-tipo deve ser alcançada, para que todas as configurações
da subestação sejam implementadas.
Com a análise do projecto-tipo e dos modelos SCL definidos pela norma IEC 61850, é evi-
dente a correspondência quase natural entre os mesmos. A arquitectura da subestação definida pelo
projecto-tipo pode ser facilmente implementada recorrendo aos modelos SCL especificados na norma
IEC 61850. As funções de protecção podem ser representadas através de nós lógicos, no entanto, os
automatismos não são definidos pela SCL e devem ser implementados através da lógica programável
definida na norma IEC 61131-3.
A adequação destas duas realidades, projecto-tipo/EDP, é demonstrada seguidamente atra-
vés da utilização da ferramenta de configuração de sistema e da sua comunicação com a ferramenta
de configuração de IEDs.
28
5 Especificação do Sistema de Controlo e Protecção da
Subestação
No presente capítulo apresenta-se todo o processo de especificação da subestação de forma
a criar ficheiros SCD, de descrição da configuração da subestação. Estes ficheiros são criados com
base na subestação do projecto-tipo da EDP. São apresentadas e utilizadas as ferramentas de espe-
cifícação de subestações de forma a realizar todo o trabalho de engenharia da subestação. O ficheiro
SCD criado passará no sistema de validação da página web da Siemens de forma a comprovar a
validade do código XML produzido. Finalmente ilustra-se a comunicação entre a ferramenta de confi-
guração de sistema e de configuração de IEDs.
5.1 Ferramentas de engenharia de sistema
A criação de ficheiros SCL definidos segundo a norma IEC 61850 pode ser realizada através
de várias ferramentas presentes no mercado. Neste trabalho experimentaram-se as seguintes:
• Visual SCL da ASE
• SCL Manager da Kalkitech
• Helinks STS da Helinks
Qualquer destas ferramentas proporciona a criação do esquema unifilar de subestações (Sin-
gle Line Diagram), especificação das funções do sistema de automação da subestação e criação dos
ficheiros SCL. No entanto, estes programas são ainda bastante recentes e estão sujeitos a constan-
tes actualizações por parte dos fabricantes.
O Visual SCL demonstra alguns problemas ainda numa fase inicial em que se pretende sim-
plesmente desenhar o esquema unifilar da subestação, não sendo possível efectuar algumas liga-
ções entre equipamentos. O programa também reage mal a simples mudanças de nomes, como por
exemplo, em níveis de tensão, disjuntores ou barramentos.
O SCL Manager possui uma melhor interface gráfica mas também apresenta os erros do pro-
grama anterior quando se pretende desenhar o esquema unifilar da subestação.
O Helinks STS supera os outros, visto que, não apresenta quaisquer problemas no desenho
do esquema unifilar da subestação.
Para a elaboração do trabalho, utilizou-se o Visual SCL disponibilizado pela EDP e o Helinks
STS por ser gratuito. Todos os exemplos que se seguem são provenientes destas duas ferramentas.
29
5.2 Visual SCL
5.2.1 Introdução
O Visual SCL é uma ferramenta gráfica que permite ao utilizador criar, configurar, visualizar e
editar todos os elementos de uma subestação e todos os modelos de dados a ela associados, espe-
cificados segundo a norma IEC 61850.
Esta ferramenta retira toda a complexidade da norma IEC 61850, ou seja, fornece uma inter-
face gráfica que permite ao utilizador construir subestações, configurar os vários elementos a ela
associados e criar todos os tipos de ficheiros SCL sem possuir qualquer conhecimento da linguagem
XML.
A configuração da subestação começa com o desenho do esquema unifilar da mesma. Segui-
damente associam-se todas as funções para cada equipamento. Finalmente obtém-se o ficheiro SSD
de descrição da especificação do sistema.
Figura 12 – Criação do ficheiro SSD [13]
De seguida carregam-se os ficheiros ICD de descrição das capacidades do IED fornecidos
pelo fabricante e procede-se ao mapeamento das funções para os IEDs.
Figura 13 – Mapeamento das funções para IEDs [13]
5.2.2 Descrição da Subestação
A descrição da subestação é feita tendo em conta o modelo da subestação definido pela
linguagem SCL (modelo da subestação – secção 4.1.1). A norma IEC 61850 define uma secção
subestação (substation section) utilizada para descrever a estrutura funcional da subestação e para
identificar os equipamentos primários e todas as suas ligações eléctricas. Os nós lógicos também
fazem parte desta secção e podem ser incluídos em cada nível da estrutura da subestação, no
entanto, as instâncias de nós lógicos do mesmo nível devem ter identificações diferentes.
30
5.2.3 Esquema Unifilar da Subestação
A 1ª fase do trabalho consiste no desenho do esquema unifilar da subestação com todos os
equipamentos associados à mesma. Para isso utiliza-se o editor gráfico do Visual SCL que permite o
desenho das estruturas da subestação, de todo o equipamento geral e de potência e a associação de
nós lógicos a esse mesmo equipamento.
Com base no projecto-tipo da EDP, começa-se por desenhar uma subestação genérica para
fins ilustrativos. A subestação é composta por dois níveis de tensão (60kV e 15kV), 4 painéis e todos
os equipamentos definidos no projecto-tipo.
Figura 14 – Esquema Unifilar da Subestação
A secção subestação é uma estrutura hierárquica funcional da subestação e através dela é
possível identificar todos os elementos constituintes da subestação definidos pelo modelo SCL
(modelo da subestação). Nesta secção é possível identificar claramente a estrutura da subestação
definida pelo modelo SCL: Subestação, painéis, equipamentos primários e nós de conexão.
31
Figura 15 – Descrição da subestação
O ficheiro SSD de descrição da especificação do sistema criado após o desenho do esquema
unifilar da subestação pode ser aberto externamente de forma a consultar o código fonte em XML.
Através do código XML é possível ver claramente que todos os elementos da subestação definidos
pela norma IEC 61850 foram criados. O exemplo seguinte representa a bay Q2 (nível de tensão D2)
que contém os nós lógicos PDIS e PDIF (protecções de distância e diferencial) e o transformador de
intensidade TI2 com todas as ligações eléctricas. Nenhuma ligação com IEDs está definida nesta
secção.
<Substation name="S1"> … </VoltageLevel> <VoltageLevel sxy:x="282" sxy:y="437" name="D2" xmlns:sxy="http://www.iec.ch/61850/2003/SCLcoordinates">
32
<Voltage unit="V" multiplier="k">15</Voltage> <Bay sxy:x="10" sxy:y="10" name="Q1"> <LNode lnInst="1" lnClass="PDIF" /> <LNode lnInst="1" lnClass="PDIS" /> <ConductingEquipment sxy:x="85" sxy:y="52" name="TI2" type="CTR"> <LNode lnInst="1" lnClass="TCTR" /> <Terminal ease:origin="A" connectivityNode="S1/D2/Q1/L1" substationName="S1" voltageLevel-Name="D2" bayName="Q1" cNodeName="L1" xmlns:ease="http://www.ase-sys-tems.com/61850/2003/SCLextensions" /> <Terminal ease:origin="B" connectivityNode="S1/D2/Q1/L2" substationName="S1" voltageLevel-Name="D2" bayName="Q1" cNodeName="L2" xmlns:ease="http://www.ase-sys-tems.com/61850/2003/SCLextensions" /> <Terminal ease:origin="A" connectivityNode="S1/D2/Q1/L13" substationName="S1" voltageLevel-Name="D2" bayName="Q1" cNodeName="L13" xmlns:ease="http://www.ase-sys-tems.com/61850/2003/SCLextensions" /> <Terminal ease:origin="A" connectivityNode="S1/D1/Q2/L18" substationName="S1" voltageLevel-Name="D1" bayName="Q2" cNodeName="L18" xmlns:ease="http://www.ase-sys-tems.com/61850/2003/SCLextensions" /> <Terminal ease:origin="A" connectivityNode="S1/D2/Q1/L21" substationName="S1" voltageLevel-Name="D2" bayName="Q1" cNodeName="L21" xmlns:ease="http://www.ase-sys-tems.com/61850/2003/SCLextensions" />
5.2.4 Descrição de IEDs
Na secção dos IEDs é feita a descrição da configuração dos vários IEDs, ou seja, os seus
pontos de acesso, dispositivos lógicos, e instâncias de nós lógicos. Descreve-se ainda as capacida-
des dos IEDs em termos de serviços de comunicação e, dentro dos nós lógicos, as instâncias de
dados.
A norma IEC 61850 define que apenas pode existir uma secção de IED por cada IED criado.
Um IED é definido pelo servidor e pelos serviços que proporciona. Um IED tem um ou mais pontos de
acesso que ligam esse IED à rede. Cada um desses pontos de acesso dá acesso ao servidor. O ser-
vidor contém tudo o que é definido para ficar visível e acessível à rede de comunicação.
Figura 16 – Modelo do IED [13]
33
O Visual SCL permite a criação de IEDs de raiz ou a importação de ficheiros ICD de descri-
ção das capacidades do IED.
Figura 17 – Ficheiro ICD [13]
Uma vez criada a secção dos IEDs, é possível verificar que esta segue a especificação do
modelo do IED (modelo do IED) da norma IEC 61850. Como se pode ver seguidamente, esta secção
é estruturada de uma forma hierárquica.
Figura 18 – Descrição do IED D2Q1CB2
A norma IEC 61850 específica que cada IED deve ter um nome único. Neste caso o IED CB2
é composto pelo prefixo D2Q1. Isto significa que o IED CB2 faz parte da bay Q1 (nível de tensão D2).
Esta é a única forma de, na ferramenta, associar o IED ao disjuntor CB2. O Visual SCL possui uma
secção que representa os IEDs criados e a sua associação aos elementos da subestação.
O ficheiro CID de descrição da configuração de um IED é criado pelo Visual SCL e pode ser
consultado externamente de forma a verificar o código XML criado. O exemplo seguinte representa o
modelo do IED especificado pela norma IEC 61850: o IED, servidor, dispositivo lógico, nós lógicos e
os seus dados.
34
Figura 19 – Representação do IED D2Q1CB2
<IED name="D2Q1CB2" desc="Substation" type="Sepam S41" manufacturer="Merlin Gerin" config-Version="2.0"> <Services> … <AccessPoint name="AP1"> <Server> … <LDevice inst="LD0"> … <LN0 desc="General" lnType="LLN0_Sepam4080" inst=""> … </LN0> <LN desc="Device" lnType="LPHD_Sepam2040" lnClass="LPHD" inst="1" prefix=""> … </LN> <LN desc="Circuit Breaker" lnType="XCBR_Sepam2040" lnClass="XCBR" inst="1" prefix=""> <DOI name="Loc"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:SS;S:1076</Private> </DOI> <DOI name="EEHealth"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:ES;S:108B;S:1079;P:3</Private> </DOI> <DOI name="OpCnt"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:IS;M:1AC:32U</Private> </DOI> <DOI name="Pos">
35
<Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:DO;S:10B1</Private> </DOI> <DOI name="BlkOpn"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:SO;P:4</Private> </DOI> <DOI name="BlkCls"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:SO;P:4</Private> </DOI> <DOI name="SumSwARs"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:BC;M:1AA:32U</Private> </DOI> <DOI name="OpHrsCnt"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:IS;M:1B2:32U</Private> </DOI> <DOI name="OpTmms"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:IS;M:1AE:32U</Private> </DOI> <DOI name="ChaTms"> <Private type="SchneiderElectric-IED-PntRef">T:IS;M:1B0:32U</Private> </DOI>
5.2.5 Mapeamento de Funções para IEDs
O mapeamento de funções para IEDs consiste em associar os nós lógicos do esquema unifi-
lar da subestação aos nós lógicos existentes nos IEDs.
Figura 20 – Processo de mapeamento [13]
Como forma de exemplificar o mapeamento de funções para IEDs, faz-se a associação do
IED D2Q1CB2 anteriormente criado ao nó lógico XCBR. Esta associação é possível recorrendo às
propriedades do nó lógico XCBR e alterando o seu iedName e lnType.
36
Figura 21 – Propriedades do nó lógico XCBR
5.2.6 Descrição do sistema de comunicação
Na secção de comunicação descrevem-se as possibilidades de comunicação entre nós lógi-
cos utilizando os pontos de acesso dos IEDs e a Sub-rede. A Sub-rede é vista como um nó de cone-
xão entre pontos de acesso e não como uma estrutura física. Um dispositivo lógico de um IED
encontra-se ligado à Sub-rede por um ponto de acesso, que pode representar um endereço lógico de
um IED. Os vários endereços podem ser alterados na secção de comunicação de cada IED de forma
a implementa-los em unidades terminais de protecção (TPU).
Figura 22 – Secção de comunicação
Ao consultar o código XML do ficheiro CID do IED D2Q1CB2 é possível verificar o ponto de
acesso do IED e os vários endereços acessíveis, no entanto, destaca-se o facto de o Visual SCL utili-
zar uma SubNetwork como nó de conexão em vez de buses.
37
Figura 23 – Endereços
<Communication> <SubNetwork name="S1"> <ConnectedAP iedName="D2Q1CB2" apName="AP1"> <Address> <P xsi:type="tP_IP" type="IP">192.1.2.1</P> <P xsi:type="tP_IP-SUBNET" type="IP-SUBNET">255.0.0.0</P> <P xsi:type="tP_IP-GATEWAY" type="IP-GATEWAY">192.1.1.1</P> <P xsi:type="tP_OSI-PSEL" type="OSI-PSEL">00000001</P> <P xsi:type="tP_OSI-SSEL" type="OSI-SSEL">0001</P> <P xsi:type="tP_OSI-TSEL" type="OSI-TSEL">0001</P> </Address> </ConnectedAP> </SubNetwork> </Communication>
5.2.7 Instâncias de nós lógicos
A norma IEC 61850 define instâncias de tipos de nós lógicos. Estas instâncias de nós lógicos
são necessárias dentro dos IEDs ou dentro da própria configuração de toda a subestação. Elas são
criadas quando se carregam ficheiros ICD para a ferramenta e podem ser utilizadas nos IEDs da
subestação que se quer configurar. Na prática, esta secção fornece a descrição da árvore de nós
lógicos da unidade correspondente ao ICD e todos dados que lhe estão associados.
Figura 24 – Templates de dados
5.2.8 Validação
O processo de validação do ficheiro SCD criado pela ferramenta de configuração de sistema
pode ser feito através da página web da Siemens. Esta página permite ainda a validação dos fichei-
ros ICD de descrição das capacidades do IED fornecidos pelo fabricante.
38
Figura 25 – Ficheiros submetidos a validação [10, f igura 3]
Figura 26 – IEC 61850 SCL-Validator [19]
Ao passar os ficheiros pela página web verifica-se que o ficheiro ICD possui o XML válido, no
entanto, essa validade não se estende ao ficheiro SCD.
ICD Schema Validation
Final state: XML file is valid.
SCD Schema Validation
Validation Error in line 7: uncompleted content model. expecting:
39
Validation Error in line 18: attribute "connectivityNode" has a bad value: the value does not match the regular expression ".+/.+/.+/.+".
Validation Error in line 32: element "ConnectivityNode" is missing "pathName" attribute
Validation Error in line 32: field #1 of the key constraint "ConnectivityNodeKey" is not found
Validation Error in line 33: field #1 of the key constraint "ConnectivityNodeKey" is not found
Validation Error in line 36: element "ConnectivityNode" is missing "name" attribute
Validation Error in line 36: field #1 of the key constraint "ConnectivityNodeKey" is not found
Validation Error in line 88: element "LN0" is missing "lnClass" attribute
Final state: XML file ist not valid.
5.3 Comunicação entre ferramentas
A linguagem SCL permite que a descrição da configuração de qualquer IED passe para a
ferramenta de engenharia do sistema e que a descrição da configuração de todo o sistema passe, de
uma forma compatível, para a ferramenta de configuração de IEDs. O objectivo desta partilha de
informação é alcançar interoperabilidade através da troca de dados entre a ferramenta do sistema e
de configuração de IEDs.
Figura 27 – Troca de dados entre ferramentas de eng enharia
5.3.1 Ferramenta de configuração de IEDs
A EFACEC possui um conjunto de Unidades Terminais de Protecção (TPU) projectados para
realizar a supervisão e controlo de elementos específicos da rede, tais como, linhas aéreas, baterias
de condensadores, transformadores, entre outros.
40
Neste trabalho utilizam-se os TPU S420 disponível no laboratório de Energia. Estas unidades
foram projectadas para proteger linhas aéreas e cabos subterrâneos, em redes radiais de neutro iso-
lado, sólido ou com impedância limitadora.
De forma a obter todos os dados de uma Unidade Terminal de Protecção (TPU), torna-se
necessário recorrer a uma ferramenta de configuração de IEDs específicos, o WinProt 4. Esta ferra-
menta apresenta uma interface de alto nível robusta e amigável das Unidades de Protecção e Con-
trolo da EFACEC da gama 420.
O WinProt 4 é composto por vários módulos que permitem a parametrização de cada protec-
ção. É possível parametrizar qualquer função, comparar parametrizações entre relés diferentes e
copiar dados de um relé para outro,
Para a primeira fase do trabalho, apenas tem interesse a utilização do WinSettings 4. Este
módulo permite a consulta e modificação de todos os parâmetros de um TPU.
5.3.2 Parâmetros de protocolo IEC 61850
Figura 28 – Configuração do grupo de dados BRCB_A
41
O WinSettings 4 possui uma função IEC61850 que permite consultar e configurar os parâme-
tros de protocolo IEC 61850. A unidade é constituída por 4 Buffered Report Control Blocks (BRCB) e
dois Unbuffered Report Control Blocks (URCB) que podem ser configurados através da lista de variá-
veis do dataset associado.
A publicação de mensagens GOOSE também pode ser parametrizada através da curva de
retransmissão e dos dados relativos a cada GOOSE publicada. Para cada bloco de controlo GOOSE
(GoCB) é possível configurar uma série de parâmetros, inclusive o conteúdo do dataset.
Figura 29 – Configuração do grupo de dados GoOut1
Depois de todos os parâmetros alterados é possível exportar os ficheiros SCD e ICD, de
forma a serem utilizados na ferramenta de configuração do sistema.
5.3.3 Troca de dados entre ferramentas
De forma a confirmar a validade dos ficheiros ICD e SCD criados pela ferramenta de
configuração de IEDs, o WinSettings 4, importam-se esses mesmos ficheiros para a ferramenta de
configuração do sistema, o Visual SCL.
42
A subestação resultante do ficheiro SCD importado é composta, ao nível do seu esquema
unifilar, por apenas um nível de tensão e uma bay.
Figura 30 – Subestação resultante da importação do ficheiro SCD
A secção dos IEDs contém o IED IB1S420 com as alterações efectuadas nos blocos de con-
trolo Report e GOOSE. Note-se os datasets dos BRCB_A e do GoOut1, criados na ferramenta de
configuração dos IEDs.
Desta forma é possível assegurar uma boa comunicação de dados entre a ferramenta de
configuração de IEDs e a ferramenta de configuração do sistema.
A próxima tarefa passa por testar a comunicação, por meio de um ficheiro SCD, entre a fer-
ramenta de configuração do sistema e a ferramenta de configuração de IEDs. Para isso, cria-se um
novo dataset para o bloco de controlo de Report, BRCB_C.
As alterações são gravadas num novo ficheiro SCD e importadas para o WinSettings 4 com
sucesso. Os parâmetros da unidade apresentam as alterações efectuadas pela ferramenta de confi-
guração do sistema.
43
Figura 31 – Secção do IED IB1S420
44
Figura 32 – Datasets criados
Tabela 5-1 – BRCB_C
É possível verificar que o dataset criado para o evento BRCB_C está de acordo com o que foi
criado na ferramenta de configuração do sistema.
45
Figura 33 – Grupo de dados BRCB_C
Desta forma é possível assegurar uma boa comunicação de dados entre a ferramenta de
configuração do sistema e a ferramenta de configuração de IEDs.
5.3.4 ICDs de diferentes fabricantes
A estrutura de um ficheiro ICD deve seguir o modelo do IED especificado na parte 6 da norma
IEC 61850. Esta estrutura é muito importante, visto que, garante com sucesso a importação do
ficheiro ICD pelas ferramentas de configuração de sistema e de configuração de IEDs.
Verificou-se anteriormente que o ficheiro ICD criado através do WinSettings 4 é facilmente
importável para qualquer ferramenta de configuração do sistema e que corresponde aos parâmetros
de uma TPU S420 da EFACEC. Utilizou-se ainda este ficheiro na secção de IEDs da ferramenta de
configuração do sistema, com o objectivo de criar um ficheiro SCD compatível com o WinSettings 4.
Desta forma assegura-se uma comunicação viável entre ferramentas de configuração de sistema e
de IEDs, para ficheiros SCD embebidos com ficheiros ICD da TPU S420 da EFACEC.
É importante demonstrar que esta mesma comunicação é viável, ou mesmo possível, recor-
rendo a ICDs diferentes, de outros fabricantes. Para isso, utiliza-se um ficheiro ICD da AREVA e
46
importa-se esse mesmo ficheiro para a ferramenta de configuração de sistema. O ficheiro ICD é
importado com sucesso e visível na secção de IEDs da ferramenta. Desde logo são notórias as dife-
renças face ao ficheiro ICD da EFACEC, principalmente na organização do dispositivo lógico. A
AREVA separa o dispositivo lógico em 5 categorias distintas (Control, Measurements, Protection,
Records e System), cada uma composta pelos nós lógicos LLN0 e LN. A EFACEC não faz esta sepa-
ração, separando o dispositivo lógico apenas nos nós lógicos LLN0 e LN. O IEDs não diferem no
LLN0, ao nível dos blocos de Report e GOOSE, no entanto, a diferença de estruturas do dispositivo
lógico faz com que não seja possível a importação para o WinSettigs 4 de um ficheiro SCD criado
com um IED da AREVA.
Figura 34 – IED IB1S420 (EFACEC)
A estrutura dos ficheiros ICD pode ser consultada no Anexo A.1.
47
Figura 35 – IED TEMPLATE (AREVA)
5.4 Testes e Ensaios
Figura 36 – Bancada de testes
Com a utilização dos TPU S420 que se encontram no laboratório de Energia, podem-se
representar dois painéis de saída MT e todas as funções a eles associadas. A bancada de testes que
se utiliza para a representação do sistema é composta por dois TPU S420, uma fonte de alimentação
48
de corrente contínua, um switch Ethernet para as ligações em rede e um pc portátil com todas as fer-
ramentas de configuração necessárias:
A EDP específica um conjunto de funções de protecção e funções complementares que
devem ser implementadas para o correcto funcionamento de cada painel de saída. Estas funções são
descritas seguidamente, no entanto, esta descrição é meramente informativa, visto que, o que inte-
ressa para a configuração dos painéis deste trabalho são apenas os nós lógicos que as representam.
5.4.1 Funções de Protecção
Máximo de Intensidade de Fase (MIF) – Esta função extremamente simples tem como objec-
tivo a protecção contra curto-circuitos entre fases em linhas ou cabos de média tensão.
Máximo de Intensidade Homopolar Direccional (MIHD) – Esta função complementa a anterior
adicionando a informação de fase à informação de amplitude de correntes.
Máximo de Intensidade Homopolar de Terras Resistentes (PTR) – Esta função detecta curto-
circuitos à terra muito resistivos, em linhas de média tensão.
Condutor partido – Esta função detecta a interrupção de uma fase na linha.
Presença de tensão – Esta função só actua quando é dado um comando de fecho de disjun-
tor, avaliando se todas as condições são aceitáveis.
Cold Load Pickup / Inrush Restraint – Esta função procura evitar actuações intempestivas das
funções de protecção associadas aos picos de corrente, na sequência de ligação de cargas.
5.4.2 Funções Complementares
Monitorização de disjuntor – Esta função permite a actuação rápida das protecções de
reserva quando um defeito não é eliminado pelos disjuntores mais próximos do ponto onde ocorreu o
curto-circuito.
Registo de acontecimentos – Esta função regista todas as actuações de funções de protec-
ção e funções complementares, bem como todos os alarmes e sinais digitais externos.
Osciloperturbografia – Esta função regista a forma de onda dos sinais nas entradas analógi-
cas da TPU S420 e é importante para caracterizar incidentes ocorridos no sistema de energia.
Comutação de parâmetros – Para o conjunto das diversas funções de protecção, deve ser
possível regular pelo menos quatro conjuntos de parâmetros distintos, seleccionáveis por teleco-
mando e/ou comando local.
49
5.4.3 Configuração dos painéis de saída MT
Depois de conhecidas todas as funções dos painéis de saída MT, torna-se necessário com-
preender quais os nós lógicos que as representam. Para isso, recorre-se à árvore de nós lógicos do
TPU presente no WinSettings 4. Alguns nós lógicos têm associados a si prefixos que ajudam a com-
preender especificamente o que estes representam. Os nós lógicos que se utilizam para a represen-
tação de um painel de saída MT são os seguintes:
Nó Lógico Função
XCBR1 Disjuntor
GDXSWI1 Seccionador de terra
PFDPTOC1 Máximo de Intensidade de Fase + Homopolar Direccional
RGFDPTOC1 Máximo de Intensidade Homopolar de Terras Resistentes
RBRF1 Falha de Disjuntor
RFLO1 Localizador de defeitos
Tabela 5-2 – Nós Lógicos do painel de saída MT
Como se pode verificar algumas das funções especificadas pela EDP para os painéis de
saída MT não podem ser representadas por nós lógicos, visto não existirem nos TPU S420. Devido a
esta limitação, faz-se apenas a representação dos painéis de saída MT com os nós lógicos acima
referidos.
Através da ferramenta de configuração de sistema, importam-se os ficheiros ICD dos TPUs e
faz-se o desenho do esquema dos dois painéis de saída MT. Cada painel de saída MT, de acordo
com o que é especificado pelo projecto-tipo da EDP, deve ter um disjuntor, um seccionador de terra e
um transformador de intensidade. Através da observação do desenho dos painéis de saída MT,
representado seguidamente, verifica-se que existem nós lógicos que associados a IEDs podem
representar as funções especificadas pela EDP.
Com a importação dos ficheiros ICD dos TPUs para a ferramenta de configuração de sistema,
criam-se dois IEDs com toda a informação dos painéis de saída MT existentes no laboratório. O
mapeamento de nós lógicos a IEDs (secção 5.2.5) é crucial para que os nós lógicos representados na
figura anterior possam realizar funções específicas de cada IED. Por exemplo, neste caso particular
existem dois nós lógicos PTOC em cada painel, cada um com uma função distinta. Um destes nós
lógicos PTOC está associado à função Máximo de Intensidade de Fase + Homopolar Direccional
(PFDPTOC), enquanto que o outro encontra-se associado à função Máximo de Intensidade Homo-
50
polar de Terras Resistentes (RGFDPTOC). Esta associação é visível nas secções da estrutura da
subestação e da estrutura dos IEDs, como se demonstra seguidamente:
Figura 37 – Painéis de saída MT
Figura 38 – Associação entre nós lógicos PTOC
5.4.4 Troca de GOOSE entre IEDs
A troca de informação entre IEDs é um dos aspectos mais importantes para demonstrar a
validade da utilização da norma IEC 61850. Para isso, torna-se necessário configurar mensagens
GOOSE que serão enviadas/recebidas pelos diversos IEDs que se encontram na subestação. A
melhor forma de configurar estas mensagens é utilizar simultaneamente as ferramentas de configura-
ção de sistema e de IEDs, tirando partido do ambiente Windows.
51
Para exemplificar a troca de informações entre IEDs simula-se o envio de um GOOSE com o
estado da posição de um disjuntor. Para isso, torna-se necessário configurar os parâmetros do TPU
que envia essa mensagem GOOSE (publisher) e do TPU que a recebe (subscriber).
No Winsettings 4, na secção IEC 61850 do TPU que publica a mensagem, configura-se um
GOOSE de saída através da opção “GoOut1>Config DataSet”, com o estado da posição de um dis-
juntor:
Figura 39 – GoOut1
Na secção IEC 61850 do TPU que subscreve a mensagem GOOSE criada, configura-se um
GOOSE de entrada através da opção “GoIn1>Configuração do DataSet”. Esta opção abre uma janela
de diálogo do GOOSE de entrada, onde se pode escolher qual a Unidade que publica a mensagem
GOOSE de saída desejada, neste caso a IB1S420:
Figura 40 – GoIn1
Depois de escolher o GOOSE de saída, neste caso o GoOut1>3 que corresponde ao estado
da posição de um disjuntor, abre-se automaticamente uma janela de configuração do dataset do
GOOSE de entrada.
Como se pode verificar pela Figura 41 e como seria de esperar, no GOOSE de entrada está
configurado o estado da posição de um disjuntor.
Com os TPU configurados resta apenas verificar se o envio e recepção da mensagem
GOOSE são válidos. Para isso utiliza-se o módulo WinTest 4 que permite simular vários modos de
funcionamento das unidades da EFACEC.
52
Figura 41 – Configuração do GoIn1
Através do WinTest 4 é possível verificar o estado das várias entidades digitais dos TPU que
se testa (figura 42). Neste caso tem interesse verificar o “Estado do Disjuntor” (aberto/fechado) e o
“Bloqueio Emissão GOOSE” (activo/inactivo). No registo de eventos verifica-se as alterações das
várias entidades digitais quando é dada uma ordem de comando pelo utilizador.
Figura 42 – Entidades Digitais configuráveis
O objectivo do teste que se segue é verificar se a unidade emissora (TPU-E) envia a mensa-
gem GOOSE para a unidade receptora (TPU-R), e se esta a recebe e realiza a sua função. Para isso
coloca-se a TPU-E em modo de teste e dá-se uma ordem de comando de abertura do disjuntor:
Através desta ordem é possível verificar que ambos os sinópticos das unidades se alteram,
ou seja, os disjuntores abrem. Isto significa que a TPU-E recebe a ordem de comando de abertura do
disjuntor e envia uma mensagem GOOSE para a TPU-R com a alteração da posição do disjuntor:
53
Figura 43 – Comando de abertura de disjuntor
Figura 44 – Posição dos disjuntores
Outra forma de testar a validade da mensagem GOOSE é bloqueá-la. Para isso, dá-se uma
ordem de comando de alteração de estado de bloqueio de emissão GOOSE na TPU-E:
Figura 45 – Comando de bloqueio de emissão GOOSE
54
Desta forma a entidade digital “Bloqueio Emissão GOOSE” passa a estar activa, o que
impede que qualquer mensagem GOOSE seja enviada para outra unidade receptora. Assim, quando
se dá ordem para a abertura do disjuntor, apenas a TPU-E recebe essa ordem, procedendo à aber-
tura do seu disjuntor. A observação do sinóptico das TPU é a melhor forma de verificar estas altera-
ções. Desta forma é possível verificar que o disjuntor da TPU-E encontra-se aberto, enquanto que, o
disjuntor da TPU-R encontra-se no estado indefinido:
Figura 46 – Alteração da posição dos disjuntores
A qualquer altura é possível verificar no Registo de Eventos do próprio WinTest 4 todas as
alterações efectuadas na unidade de teste:
Figura 47 – Registo de Eventos
Os testes apresentados anteriormente foram realizados apenas com base na ferramenta de
configuração de IEDs, o WinProt 4 da EFACEC. As configurações de cada IED não devem ser feitas
caso a caso, ou seja, não deve haver a necessidade de configurar repetidamente cada IED. Deve ser
possível configurar todos os sistemas de todas as subestações sem ter a necessidade de saber qual
o fabricante de cada IED. Essa configuração deveria ser feita na ferramenta de configuração de sis-
tema, no entanto, esta apresenta limitações que impossibilitam essa configuração.
55
Será expectável que num futuro próximo estas ferramentas de configuração de sistemas
sejam desenvolvidas com vista a permitir todo o tipo de configurações necessárias para o correcto
funcionamento de qualquer subestação.
6 Conclusões
A introdução da norma IEC 61850 trouxe uma série de possibilidades para o desenvolvimento
de novas soluções em automação de subestações. Particularmente, os seus princípios de interopera-
bilidade e livre alocação de funções abrem novas perspectivas no que toca à concepção de sistemas
de automação que utilizem os recursos mais modernos disponíveis.
O trabalho começou por destacar a importância dos IEDs no contexto actual dos sistemas de
automação, tendo em conta que a maior parte das informações que circulam na rede de comunicação
advêm dos IEDs. A descrição e compreensão da norma IEC 61850, apresentou-se como um passo
muito importante para entender a forma esta pode ser implementada em subestações.
Com o objectivo de configurar sistemas de protecção e controlo de subestações, utilizaram-se
duas ferramentas de engenharia, o Visual SCL e o Helinks STS, que cumprissem os padrões esta-
belecidos pela norma IEC 61850 ao nível do formato dos ficheiros SCL.
O facto da norma IEC 61850 ser bastante recente, faz com que, as ferramentas de engenha-
ria criadas pelos fabricantes para especificar todo o processo de configuração dos IEDs e da própria
subestação, sejam sujeitas a várias actualizações. Foram vários os obstáculos encontrados e ultra-
passados no decorrer da utilização das ferramentas Visual SCL e Helinks STS. No entanto, com o
amadurecimento das ferramentas e da própria norma IEC 61850, prevê-se que estes obstáculos
sejam futuramente ultrapassados.
A comunicação entre ferramentas de configuração de sistema e de configuração de IEDs é
um dos aspectos mais importantes relacionados com a norma IEC 61850. A troca de dados entre fer-
ramentas não pode, nem deve, depender de determinado fabricante. Para isso, torna-se necessário
que haja alguma flexibilidade e abertura da parte dos fornecedores para tornar a norma aplicável em
qualquer subestação.
Ainda que a norma IEC 61850, a sua aplicação e respectivas ferramentas ainda se encontrem
num patamar de desenvolvimento, é possível acreditar que esta representará certamente o futuro da
Automação das Subestações.
56
ANEXO A.1 Estrutura de ficheiros ICD
Em anexo apresenta-se parte das estruturas de dois ficheiros ICD de diferentes fabricantes. A
primeira listagem XML pertence ao ficheiro ICD da EFACEC, enquanto que, a segunda pertence ao
ficheiro ICD da AREVA. Através destas listagens é possível verificar claramente as diferenças de
estrutura que os fabricantes adoptam no fabrico destes ficheiros.
Ficheiro ICD (EFACEC) :
<IED desc="Unidade1Lab" name="IB1S420" configVersion="1" manufacturer="EFACEC" type="TPU S420-Ed1-S-1A-0.2A-100V-100V-50Hz-X-X-X-850-X-X-PT"> <Private type="Serial Number"/> <Services> <DynAssociation/> <GetDirectory/> <GetDataObjectDefinition/> <ConfDataSet max="14" maxAttributes="20"/> <ReadWrite/> <ConfReportControl max="6"/> <ReportSettings cbName="Fix" datSet="Conf" bufTime="Dyn" intgPd="Dyn" optFields="Dyn" rptID="Dyn" trgOps="Dyn"/> <GSESettings cbName="Conf" datSet="Conf" appID="Conf"/> <GOOSE max="8"/> </Services> <AccessPoint name="P1"> <Server> <Authentication none="true"/> <LDevice desc="General" inst="LD"> <LN0 lnType="EFA_LLN0" inst="" lnClass="LLN0"> <DataSet desc="Dataset of BRCB_A" name="DSforbrcbA"> <FCDA fc="ST" lnClass="XCBR" lnInst="1" ldInst="LD" doName="Pos"/> <FCDA fc="ST" lnClass="XSWI" lnInst="2" prefix="BBD" ldInst="LD" doName="Pos"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of URCB_A" name="DSforurcbA"> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsA.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsB.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsC.cVal.mag.f"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of Goose Out Number 0" name="Dataset1"> <FCDA fc="ST" lnClass="XCBR" lnInst="1" ldInst="LD" doName="Pos" daName="stVal"/> <FCDA fc="ST" lnClass="XSWI" lnInst="2" prefix="BBD" ldInst="LD" doName="Pos" da-Name="stVal"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of Goose Out Number 1" name="Dataset2"> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" daName="phsA.cVal.mag"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsB.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsC.cVal.mag.f"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of BRCB_B" name="DSforbrcbB"> <FCDA lnClass="XSWI" lnInst="1" prefix="GD" ldInst="LD" doName="Mod"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of Goose Out Number 2" name="Dataset3">
57
<FCDA lnClass="XSWI" lnInst="1" prefix="GD" ldInst="LD" doName="Mod" daName="stVal"/> </DataSet> <ReportControl desc="Buffered Report Control" name="BRCB_A" datSet="DSforbrcbA" buf-fered="true" confRev="1" rptID="IB1S420LD/LLN0$BR$BRCB_A"> <TrgOps dchg="true" dupd="true" qchg="true"/> <OptFields dataRef="true" dataSet="true"/> <RptEnabled max="1"/> </ReportControl> <ReportControl desc="Unbuffered Report Control" name="URCB_A" datSet="DSforurcbA" buf-fered="false" confRev="1" rptID="IB1S420LD/LLN0$RP$URCB_A"> <TrgOps dchg="true" dupd="true" qchg="true"/> <OptFields dataRef="true" dataSet="true"/> <RptEnabled max="1"/> </ReportControl> <ReportControl desc="Buffered Report Control" name="BRCB_B" datSet="DSforbrcbB" buf-fered="true" confRev="1" rptID="IB1S420LD/LLN0$BR$BRCB_B"> <TrgOps dchg="true" dupd="true" qchg="true"/> <OptFields dataRef="true" dataSet="true"/> <RptEnabled/> </ReportControl>
Ficheiro ICD (AREVA):
<IED name="TEMPLATE" type="PX 439" manufacturer="AREVA" configVersion="611"> <Private type="MiCOM-ModellingToolID">AREVA IEC61850 Px30 Modelling Tool</Private>
<Private type="MiCOM-ModellingToolVersion">202</Private> <Private type="MiCOM-ModelNumber">P439v611</Private> <Private type="MiCOM-SNTPServers">2</Private> <Private type="MiCOM-UniqueID">20755121-262251393.671-18467</Private> <Services> <ConfLNs fixPrefix="true" fixLnInst="true" /> <DataObjectDirectory /> <DataSetDirectory /> <DynAssociation /> <FileHandling /> <GOOSE max="1" /> <GSESettings cbName="Fix" datSet="Fix" appID="Conf" /> <GetCBValues /> <GetDataObjectDefinition /> <GetDataSetValue />
<GetDirectory /> <ReadWrite />
Report Settings cbName="Fix" datSet="Fix" rptID="Dyn" optFields="Dyn" bufTime="Dyn" trgOps="Dyn" intgPd="Dyn" /> </Services> <AccessPoint name="AP1" router="false" clock="false" desc="IEC61850 Interface"> <Server timeout="120" desc="IEC61850 Compliant data model">
<Authentication none="true" /> <LDevice inst="Control" desc=""> <LN0 inst="" lnClass="LLN0" lnType="tp30_LLN0_1" desc="Logical node device"> <DataSet name="ST" desc="">
<FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="Mod" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="Beh" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="Health" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="Loc" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="Lock" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="LLN0" doName="OrdRun" fc="ST" />
</DataSet> <ReportControl name="urcbST" rptID="TEMPLATEControl/LLN0$RP$urcbST" datSet="ST" confRev="1"
buffered="false" desc="000.000 DVICE:Device type">
58
<TrgOps dchg="true" qchg="true" dupd="true" period="true" /> <OptFields seqNum="true" timeStamp="true" dataSet="true" reasonCode="true" dataRef="false" en-
tryID="false" configRef="false" /> </ReportControl>
… <LDevice inst="Measurements" desc=""> <LN0 inst="" lnClass="LLN0" lnType="tp30_LLN0_2" desc="Logical node device">
<DOI name="Mod" desc=""> <DAI name="ctlModel"> <Val>1</Val>
</DAI> </DOI>
<DOI name="NamPlt" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" /> </LN0>
<LN prefix="" lnClass="LPHD" inst="1" lnType="tp30_LPHD_1" desc="Physical device"> <DOI name="PhyNam" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" />
</LN> <LN prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" inst="1" lnType="tp30_MMXU_2" desc="Secondary Basic Mea-
surements"> <DataSet name="MX" desc=""> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="AngN" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="LodAngC"
fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="LodAngB"
fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="LodAngA"
fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="TotW" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="TotVAr" fc="MX"
/> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="TotVA" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="TotPF" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="PPV" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="PhV" fc="MX" /> <FCDA ldInst="Measurements" prefix="MmuSec" lnClass="MMXU" lnInst="1" doName="A" fc="MX" />
</DataSet> <ReportControl name="urcbMX" rptID="TEMPLATEMeasurements/MmuSecMMXU1$RP$urcbMX" dat-
Set="MX" confRev="1" buffered="false" desc="000.000 DVICE:Device type"> <TrgOps dchg="true" qchg="true" dupd="true" period="true" /> <OptFields seqNum="true" timeStamp="true" dataSet="true" reasonCode="true" dataRef="false" en-
tryID="false" configRef="false" /> </ReportControl>
… <LDevice inst="Protection" desc=""> <LN0 inst="" lnClass="LLN0" lnType="tp30_LLN0_3" desc="Logical node device"> <DOI name="Mod" desc=""> <DAI name="ctlModel"> <Val>2</Val>
</DAI> </DOI>
<DOI name="NamPlt" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" /> <SettingControl numOfSGs="4" />
</LN0> <LN prefix="" lnClass="LPHD" inst="1" lnType="tp30_LPHD_1" desc="Physical device"> <DOI name="PhyNam" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" />
</LN> <LN prefix="Thm" lnClass="PTTR" inst="1" lnType="tp30_PTTR_1" desc="Thermal overload"> <DataSet name="ST" desc=""> <FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="Mod" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="Beh" fc="ST" />
59
<FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="Health" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="Str" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="Op" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Protection" prefix="Thm" lnClass="PTTR" lnInst="1" doName="AlmThm" fc="ST" />
</DataSet> <ReportControl name="urcbST" rptID="TEMPLATEProtection/ThmPTTR1$RP$urcbST" datSet="ST" con-
fRev="1" buffered="false" desc="000.000 DVICE:Device type"> <TrgOps dchg="true" qchg="true" dupd="true" period="true" /> <OptFields seqNum="true" timeStamp="true" dataSet="true" reasonCode="true" dataRef="false" en-
tryID="false" configRef="false" /> </ReportControl> …
<LDevice inst="Records" desc=""> <LN0 inst="" lnClass="LLN0" lnType="tp30_LLN0_2" desc="Logical node device"> <DOI name="Mod" desc=""> <DAI name="ctlModel"> <Val>1</Val>
</DAI> </DOI>
<DOI name="NamPlt" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" /> </LN0>
<LN prefix="" lnClass="LPHD" inst="1" lnType="tp30_LPHD_1" desc="Physical device"> <DOI name="PhyNam" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" />
</LN> <LN prefix="" lnClass="RDRE" inst="1" lnType="tp30_RDRE_1" desc="Disturbance recording"> <DataSet name="ST" desc=""> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="Mod" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="Beh" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="Health" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="RcdMade" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="FltNum" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="GriFltNum" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Records" prefix="" lnClass="RDRE" lnInst="1" doName="RcdStr" fc="ST" />
</DataSet> <ReportControl name="urcbST" rptID="TEMPLATERecords/RDRE1$RP$urcbST" datSet="ST" con-
fRev="1" buffered="false" desc="000.000 DVICE:Device type"> <TrgOps dchg="true" qchg="true" dupd="true" period="true" /> <OptFields seqNum="true" timeStamp="true" dataSet="true" reasonCode="true" dataRef="false" en-
tryID="false" configRef="false" /> </ReportControl> …
<LDevice inst="System" desc=""> <LN0 inst="" lnClass="LLN0" lnType="tp30_LLN0_4" desc="Logical node device"> <DataSet name="GooseST" desc="System ST GOOSE data set"> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out1" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out2" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out3" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out4" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out5" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out6" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out7" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out8" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out9" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out10" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out11" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out12" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out13" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out14" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out15" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out16" fc="ST" />
60
<FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out17" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out18" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out19" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out20" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out21" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out22" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out23" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out24" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out25" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out26" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out27" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out28" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out29" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out30" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out31" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Out32" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="1" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="2" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="3" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="4" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="5" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="6" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="7" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="8" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="9" doName="Pos" fc="ST" /> <FCDA ldInst="Control" prefix="" lnClass="CSWI" lnInst="10" doName="Pos" fc="ST" />
</DataSet> <DataSet name="GooseSubscr" desc="System Subscr GOOSE data set"> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In1" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In2" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In3" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In4" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In5" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In6" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In7" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In8" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In9" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In10" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In11" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In12" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In13" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In14" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In15" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Gos" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="In16" fc="ST" />
</DataSet> <DOI name="Mod" desc=""> <DAI name="ctlModel"> <Val>1</Val>
</DAI> </DOI>
<DOI name="NamPlt" desc="003.183 PC :Name of manufacturer"> <DAI name="ldNs"> <Val>IEC61850-7-4:2003</Val>
</DAI> </DOI>
<DOI name="LEDRs" desc="021.010 MAIN :Reset indicat. USER"> <DAI name="ctlModel"> <Val>2</Val>
</DAI> <DAI name="dataNs">
61
<Val>www.areva-td.com/IEC6SPC</Val> </DAI> </DOI>
<GSEControl name="GoCB" datSet="GooseST" type="GOOSE" appID="" confRev="100" desc="ST Goose Control Block" />
</LN0> <LN prefix="" lnClass="LPHD" inst="1" lnType="tp30_LPHD_1" desc="Physical device"> <DOI name="PhyNam" desc="003.183 PC :Name of manufacturer" />
</LN> <LN prefix="Cnt" lnClass="GGIO" inst="1" lnType="tp30_GGIO_2" desc="Generic process I/O"> <DataSet name="ST" desc=""> <FCDA ldInst="System" prefix="Cnt" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Mod" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Cnt" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Beh" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Cnt" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="Health" fc="ST" /> <FCDA ldInst="System" prefix="Cnt" lnClass="GGIO" lnInst="1" doName="GenCntRs1" fc="ST" />
</DataSet> <ReportControl name="urcbST" rptID="TEMPLATESystem/CntGGIO1$RP$urcbST" datSet="ST" con-
fRev="1" buffered="false" desc="000.000 DVICE:Device type"> <TrgOps dchg="true" qchg="true" dupd="true" period="true" /> <OptFields seqNum="true" timeStamp="true" dataSet="true" reasonCode="true" dataRef="false" en-
tryID="false" configRef="false" /> </ReportControl>
62
ANEXO A.2 Ferramentas de configuração de sistema
As ferramentas de configuração de sistema são fundamentais para a representação da
subestação. Todo o equipamento primário, IEDs e sistema de comunicação devem ser representados
de acordo com os modelos SCL especificados pela norma IEC 61850. Desta forma garante-se que
todos os ficheiros criados estão de acordo com o que é especificado na norma IEC 61850 e que a
posterior comunicação com ferramentas de configuração de IEDs é satisfeita.
Neste trabalho utilizaram-se duas ferramentas de configuração de sistema, o Visual SCL (da
ASE) [14] e o Helinks STS (da Helinks) [13]. Estas ferramentas estão sujeitas a constantes actualiza-
ções, devido às próprias alterações naturais da norma IEC 61850. O que se analisa neste Anexo são
as vantagens e desvantagens de cada uma delas, e a sua adequação aos modelos especificados
pela norma IEC 61850.
A.2.1 Esquema unifilar da subestação
Uma das grandes diferenças que se verifica desde logo na primeira abordagem que é feita às
ferramentas, é ao nível do esquema unifilar da subestação. Ambas as ferramentas possuem os equi-
pamentos primários e a possibilidade de fazer ligações eléctricas entre eles, no entanto, o Helinks
STS permite rodar os equipamentos (90º, 180º e 270º). Esta opção fácil aplicação permite que o
desenho da subestação esteja de acordo com o que é feito nas subestações reais. Tome-se como
exemplo um caso comum do painel interbarras das figuras seguintes, com dois seccionadores e um
disjuntor:
Figura A.1 – Painel Interbarras no Helinks STS
63
Através da análise das figuras anteriores verifica-se claramente a limitação do Visual SCL no
desenho de subestações. Esta limitação estende-se ao desenho de outro tipo de painéis, sempre que
seja preciso rodar um equipamento da subestação.
Figura A.2 – Painel Interbarras no Visual SCL
A.2.2 Estrutura das secções
Em relação à estrutura das secções das ferramentas (subestação, IED, templates de dados)
ambas as ferramentas cumprem os modelos SCL (secção 4.1) especificados na parte 6 da norma
IEC 61850 [1]. Neste capítulo as duas ferramentas encontram-se em pé de igualdade.
A.2.3 Ficheiros SCL
A importação, criação e consequente exportação de ficheiros SCL, é fundamental para que as
ferramentas de configuração de sistema sejam capazes de comunicar com as ferramentas de confi-
guração de IEDs.
Com o trabalho efectuado verificou-se que ambas as ferramentas importam correctamente
ficheiros ICD e SCD, suportam alterações nesses mesmos ficheiros e permitem a criação de ficheiros
SCD que são correctamente importados para as ferramentas de configuração de IEDs. Ambas as fer-
ramentas permitem a criação de ficheiros SSD através do desenho da subestação, no entanto, ape-
nas com Helinks suporta a criação de ficheiros CID.
A.2.4 Licenças
Visual SCL 1 licença 997.00€
3 licenças 1997.00€
64
5 licenças 2497.00€ Tabela A.1 – Licenças do Visual SCL
Ao comparar os preços para a aquisição de licenças das ferramentas encontra-se uma
grande diferença entre o Helinks STS e o Visual SCL. O Helinks STS é substancialmente mais caro
que o Visual SCL, no entanto, é uma ferramenta a todos os níveis mais completa que o Visual SCL.
Ambas as ferramentas possuem um ano de updates. Os preços das licenças para a aquisição das
ferramentas podem ser consultados nas tabelas que se seguem:
Helinks STS Professional Edition
System Designer 1595.00€ Bay Template Library 295.00€ Function Library 295.00€ System Designer Bundle (incl. Libraries) 1995.00€ System Integrator (System Designer required) 1595.00€ Vendor specific plugin on demand IED Modeler (System Designer & Integrator required) 1595.00€
Helinks STS Professional Edition bundle (without ve ndor support) 4995.00€
Support
Standart Support Contract 1400.00€
Premium Support Contract 12500.00€ Tabela A.2 – Licenças do Helinks STS
ANEXO A.3 Datasets criados
Neste anexo, apresenta-se em código XML, alguns dos parâmetros de protocolo IEC 61850,
mais concretamente, os datasets criados na secção 5.3.2 para os blocos de controlo de Report e
GOOSE.
<IED desc="Unidade1Lab" name="IB1S420" configVersion="1" manufac-turer="EFACEC" type="TPU S420-Ed1-S-1A-0.2A-100V-100V-50Hz-X-X-X-850-X-X-PT"> <Private type="Serial Number"/> <Services> <DynAssociation/> <GetDirectory/> <GetDataObjectDefinition/> <ConfDataSet max="14" maxAttributes="20"/> <ReadWrite/> <ConfReportControl max="6"/>
65
<ReportSettings cbName="Fix" datSet="Conf" bufTime="Dyn" intgPd="Dyn" opt-Fields="Dyn" rptID="Dyn" trgOps="Dyn"/> <GSESettings cbName="Conf" datSet="Conf" appID="Conf"/> <GOOSE max="8"/> </Services> <AccessPoint name="P1"> <Server> <Authentication none="true"/> <LDevice desc="General" inst="LD"> <LN0 lnType="EFA_LLN0" inst="" lnClass="LLN0"> <DataSet desc="Dataset of BRCB_A" name="DSforbrcbA"> <FCDA fc="ST" lnClass="XCBR" lnInst="1" ldInst="LD" doName="Pos"/> <FCDA fc="ST" lnClass="XSWI" lnInst="1" prefix="GD" ldInst="LD" do-Name="Pos"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of URCB_A" name="DSforurcbA"> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsA.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsB.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsC.cVal.mag.f"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of Goose Out Number 0" name="Dataset1"> <FCDA fc="ST" lnClass="XCBR" lnInst="1" ldInst="LD" doName="Pos" da-Name="stVal"/> <FCDA fc="ST" lnClass="XSWI" lnInst="1" prefix="GD" ldInst="LD" do-Name="Pos" daName="stVal"/> </DataSet> <DataSet desc="Dataset of Goose Out Number 1" name="Dataset2"> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsA.cVal.mag"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsB.cVal.mag.f"/> <FCDA fc="MX" lnClass="MMXU" lnInst="1" ldInst="LD" doName="PhV" da-Name="phsC.cVal.mag.f"/> </DataSet> <ReportControl desc="Buffered Report Control" name="BRCB_A" dat-Set="DSforbrcbA" buffered="true" confRev="1" rptID="IB1S420LD/LLN0$BR$BRCB_A"> <TrgOps dchg="true" dupd="true" qchg="true"/> <OptFields dataRef="true" dataSet="true"/> <RptEnabled max="1"/> </ReportControl> <ReportControl desc="Unbuffered Report Control" name="URCB_A" dat-Set="DSforurcbA" buffered="false" confRev="1" rptID="IB1S420LD/LLN0$RP$URCB_A"> <TrgOps dchg="true" dupd="true" qchg="true"/> <OptFields dataRef="true" dataSet="true"/> <RptEnabled max="1"/> </ReportControl> <DOI name="Mod"> <DAI name="ctlModel"> <Val>status-only</Val> </DAI> <DAI name="sboTimeout"> <Val>0</Val> </DAI> </DOI> <DOI name="NamPlt"> <DAI name="ldNs">
66
<Val>IEC 61850-7-4:2003</Val> </DAI> </DOI> <GSEControl desc="GOOSE Number 1" name="Publish1" datSet="Dataset1" con-fRev="3" appID="3"> <IEDName>IB2S420</IEDName> </GSEControl> <GSEControl desc="GOOSE Number 2" name="Publish2" datSet="Dataset2" con-fRev="2" appID="4"> <IEDName>IB2S420</IEDName> </GSEControl> </LN0>
67
Lista de Referências
[1] IEC TC 57, “IEC 61850-6: Communication Networks and Systems in Substations, Part 6: Substa-
tion automation system configuration description language”,
[2] IEC TC 57, “IEC 61850-7-1: Communication Networks and Systems in Substations, Part: 7-1: Ba-
sic communication structure for substation and feeder equipment – Principles and Models“
[3] IEC TC 57, “IEC 61850-7-2: Communication Networks and Systems in Substations, Part 7-2: Basic
communication structure for substation and feeder equipment – Abstract communication service in-
terface (ACSI)”
[4] IEC TC 57, “IEC 61850-7-3: Communication Networks and Systems in Substations, Part 7-3: Basic
communication structure for substation and feeder equipment – Common Data Classes”
[5] IEC TC 57, “IEC 61850-7-4: Communication Networks and Systems in Substations, Part 7-4: Basic
communication structure for substation and feeder equipment – Compatible logical node classes and
data classes”
[6] Proudfoot, D., “UCA and 61850 for dummies”, Siemens Power Transmission and Distribution,
March 2002
[7] A. Apostolov, M.E.C. Paulino, “Testes de Sistemas de Automação de Subestação Complexos
Baseados na IEC 61850”, Los Angeles – USA, Rio de Janeiro – Brasil, 2004
[8] P. Maurício, S. Luis Fabiano, “UMA ABORDAGEM PRÁTICA DO IEC 61850 PARA AUTOMAÇÃO,
PROTEÇÃO E CONTROLE DE SUBESTAÇÕES”, Brasil, 2007
[9] A. Cascais Pereira, D. Cáceres, J.M. Ordacgi Filho, J.R.G. Correia, R. Pellizzoni, “AUTOMAÇÃO
DE SUBESTAÇÕES E USINAS – ESTADO DA ARTE E TENDÊNCIAS UTILIZANDO A NORMA IEC
61850”, Brasil – EUA – Argentina, Outubro 2005
[10] R. Miguel Cachado Bernardo, “Procedimento de testes de conformidade para a IEC 61850”, Tese
de mestrado, IST, Fevereiro de 2008
[11] John McDonald, J., Udren, E. and Strabbing, W., “IEC 61850”, KEMA, Sep. 2005
[12] EDP – Conjunto de informação relativa ao Projecto-tipo de subestações AT/MT
[13] Sítio http://www.helinks.com/
[14] Sítio http://www.ase-systems.com/iec-61850/visual-scl.asp
[15] Sítio http://www.kalkitech.com/
68
[16] Sítio http://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=203108&page=7
[17] Wimmer. wolfgang, “More than interoperable data exchange between engineering tools”, Baden,
Switzerland, 2005
[18] Cartaxo, Ricardo Emanuel Caldeira – “Implementação distribuída de funções de automação em
subestações de transporte”, Tese de mestrado, IST, Novembro de 2007
[19] Sítio http://scl-validator.erlm.siemens.de/validator/upload.html
