Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de
Computadores
Optimização de processos e ferramentas de
Controlo e Gestão em Sistemas de Protecção,
Comando e Controlo
PDI – Preparação para Dissertação
Orientador: Professor Doutor Armando Jorge Sousa
Supervisor Externo: Engenheiro David Lima
Tiago Manuel Pinto Salazar Costa Reis - 090503124
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Resumo
Este relatório tem por base a preparação para o estágio que se irá realizar no 2º
semestre do ano letivo de 2013/2014 na EDP Distribuição Energia, SA, localizada em
Vila Noava de Gaia.
Uma vez que o controlo e a gestão de equipas e de sistemas é uma das
actividades que mais influencia o desempenho operacional das organizações, pretende-
se avaliar os processos e as ferramentas utilizadas pelo departamento
comparativamente às melhores práticas da área. Neste sentido, será necessário estudar
as actividades associadas à Operação e Manutenção de Sistemas de Protecção,
Comando e Controlo e definir e implementar as potenciais melhorias identificadas.
Durante este relatório está feita uma feita uma pequena descrição da arquitetura
do Sistema de Proteção, enumerando as desvantagens da utilização da prática
atualmente utilizada.
No segundo ponto vai estar um resumo da norma IEC 61850 que é a melhor
prática nesta área, indicando os pontos principais desta. Também estão indicadas as
vantagens da implementação da norma IEC 61850 no SPCC.
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Índice
Resumo ........................................................................................................................ iii
Índice ............................................................................................................................ v
Índice de Figuras ......................................................................................................... vi
Introdução ..................................................................................................................... 1
Sistema de Proteção, Comando e Controlo .................................................................. 2
Arquitetura ................................................................................................................ 2
Norma IEC 61850 ......................................................................................................... 5
Porquê mudar? ............................................................................................................. 7
Planeamento ................................................................................................................ 8
Conclusão ..................................................................................................................... 9
Bibliografia .................................................................................................................. 10
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Índice de Figuras
Figura 1 - Arquitetura e organização do SPCC [2] ........................................................ 3
Figura 2 - Integração de Dispositivos [4] ....................................................................... 4
Figura 3 - Vários tipos de ficheiros e suas funcionalidades [2] ...................................... 6
Figura 4 - Diagrama de Gantt com planeamento geral da dissertação .......................... 8
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Abreviaturas e Símbolos
Lista de abreviaturas (ordenadas por ordem alfabética)
AT Alta Tensão
CID Configured IED Description
EDP Energias de Portugal
GOOSE Generic Object Oriented Substation Event
ICD IED Configuration Description
IEC International Electrotechnical Commission
IED Intelligent Electronic Device
IP Internet Protocol
MMS Manufacturing Message Specification
MT Média Tensão
RND Rede Nacional de Distribuição
SCD Substation Configuration Description
SCL Substation Configuration Language
SPCC Sistema de Proteção, Comando e Controlo
SSD System Specification Description
TCP Transmission Control Protocol
XML eXtensible Markup Language
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Introdução
A EDP está entre os grandes operadores europeus no sector da energia, sendo
o maior a nível nacional, sendo a EDP Distribuição responsável pela exploração da
Rede Nacional de Distribuição (RND) de distribuição de energia eléctrica em Média
Tensão (MT) e Alta Tensão (AT).
Quando se trabalha com tensões muito elevadas, como é o caso, é necessário
assegurar que tudo corre dentro do normal e que não haja falhas nos sistemas ou
atrasos nas respostas do sistema. É necessário que caso haja alguma falha no sistema,
o SPCC responda de forma correta e rápida, diminuindo assim a probabilidade de
ocorrerem acidentes de alguma gravidade. Por esta razão é que existem os Sistemas
de Proteção, Comando e Controlo, responsáveis pela proteção, comado e controlo da
subestação de AT/MT.
Com a dissertação a realizar, pretende-se testar de forma exaustiva a introdução
da utilização da norma IEC 61850 no SPCC.
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Sistema de Proteção, Comando e Controlo
O SPCC é, tal como o nome indica, o sistema responsável pela supervisão,
comando, controlo e proteção de todos os órgãos de uma subestação AT/MT.
Um Sistemas de Proteção, Comando e Controlo está expostos a inúmeros
eventos que podem causar sérios problemas em todo o funcionamento do sistema.
Estes eventos podem ser devido a erros humanos, falhas de dispositivos, entre outras
fatores. Visto que as falhas irão sempre acontecer, é necessário cumprir sempre os 5
fundamentos do sistema de proteção. Esses fundamentos são os seguintes [4]:
Confiabilidade: é sempre necessário que o sistema de proteção funcione
corretamente sempre que houver ocorrência de uma falha;
Seletividade: selecionar os equipamentos que podem continuar em
funcionamento sempre que ocorrer uma falha, de modo a que a falha
tenho o menor impacto possível no funcionamento do sistema;
Velocidade: responder o mais rápido possivel quando houver uma falha;
Simplicidade: o sistema de proteção ser o mais simples possível, pois se
algo não ocorrer como o esperado poderá haver consequências
desastrosas;
Economia: Máxima proteção a um custo mínimo possível. Gastar o
necessário a curto prazo para que a longo prazo esse investimento inicial
seja compensado.
É portanto, essencial perceber como funciona e qual a constituição de um SPCC,
pois quando os seus constituintes estão devidamente interligados a probabilidade de
falhas é menor, o que permite o bom funcionamento do mesmo.
Arquitetura
Um SPCC é constituído por diversos módulos de processamento de informação,
que devidamente interligados, lhes permite desempenhar funções inerentes à
subestação.
A arquitetura de uma subestação está divida em três níveis hierárquicos
interligados entre si [1] [2]:
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Nível 0 – Processo (constituído pelos equipamentos AT/MT da
subestação com os quais o SPCC interage: equipamentos primários da
SE);
Nível 1 – Unidade de painel / dispositivo eletrónico inteligente (IED)
(constituído por várias unidades de painel, responsáveis pelo comando e
controlo do processo);
Nível 2 – Unidade Central de Processamento (desempenha as funções
relacionadas com o comando e controlo de toda a instalação no local e à
distância).
Figura 1 - Arquitetura e organização do SPCC [2]
Os IEDs são ligados ao processo de forma a ser possível proteger elemenos do
sistema, fornecer dados de medição de grandezas elétricas, fornecer dados de medição
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do estado dos equipamentos e dispositivos da subestação, fornecer informações sobre
eventos e alarmes no sistema elétrico e no sistema digital, efetuar monitoração de
equipamentos e circuitos (transformadores, geradores, linhas de transmissão etc.) entre
outras funcionalidades.
À medida que os IEDs vão captando a informação do processo, como por
exemplo a aquisição e registo das correntes, tensões, temperatura, ocorrência de
alarmes, etc, vão guardando esses valores numa memória provisório de forma a ser
possível a Unidade Central de Processamento fazer solicitações dessas informações,
de forma a ser possível executar as funções de proteção, comando e controlo da
subestação, de forma atualizada.
Para haver comunicação entre os IEDs, existe uma grande disponibilidade de
protocolos de comunicação, como pode ser visto na Figura 2.
Figura 2 - Integração de Dispositivos [4]
Apesar dessa quantidade de protocolos existentes, a comunicação é difícil de
ser feita uma vez que nas subestações os sistemas de proteção e sistemas de controlo
são de diferentes fabricantes. Quando existem situações deste tipo, que são muito
frequentes, e quando é necessário trocar informação entre IEDs de diferentes
fabricantes, é necessário investir em desenvolvimento, com alto custo, como cabos e
conversores de protocolos [4].
Devido a essa dificuldade de comunicação, e por forma a reduzir os custos das
empresas, a IEC, empresa líder no desenvolvimento de padrões internacionais para o
setor elétrico, decidiu lançar a norma IEC 61850.
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Norma IEC 61850
A norma IEC 61850 surgiu como solução para a dificuldade existente em
conseguir combinar IEDs de diferentes fabricantes, devido à falta de um padrão.
Assim, a norma IEC 61850 tem como principal função fazer com que seja
possível haver interoperabilidade entre os IEDs, isto é, haver uma comunicação entre
IEDs de diferentes fabricantes ou de fabricantes iguais, transmitindo a informação de
forma rápida e segura.
A norma está dividida em 10 partes que são indicadas a seguir, onde estão
definidas as características necessárias para que as implementações realizadas
estejam conforme a norma:
Parte 1: Introdução;
Parte 2: Glossário;
Parte 3: Requisitos Gerais;
Parte 4: Planeamento do sistema e do Projeto;
Parte 5: Requisitos de Comunicação;
Parte 6: Configuração do sistema de automação e automação da
subestação;
Parte 7: Estrutura básica de comunicação, que está dividida em 4 partes;
Parte 8: Mapeamento para MMS e Ethernet;
Parte 9: Valores amostrados e mapeamento para Ethernet;
Parte 10: Teste de conformidade.
O modelo de dados é orientado a objetos e os dados são trocados entre funções
e sub-funções que estão nos IEDs. Essas funções são divididas em nós lógicos, que
compartilham dados.
A comunicação os vários IEDs é feita através da camada Ethernet e TCP/IP, o
que permite uma comunicação mais rápida e mais segura.
Por outro lado, caso a comunicação seja realizada horizontalmente, são
utilizadas mensagens GOOSE, de forma a que apenas os dispositivos interessados
recebem determinada comunicação. A introdução da norma IEC 61850 permitiu com
que não fosse necessário a programação para cada um dos casos.
A linguagem de configuração dos IEDs é realizada através da linguagem SCL,
que tem como base a linguagem XML. É através desta linguagem que é possível haver
a já anteriormente falada comunicação entre IEDs de diferentes fabricantes. Existem
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também 4 tipos de ficheiros, como se pode ver na figura seguinte. Também irá ser
possível na figura qual a função de cada um dos ficheiros, segundo a norma em questão.
Figura 3 - Vários tipos de ficheiros e suas funcionalidades [2]
A linguagem SCL define ainda 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 ou então de uma forma mais resumida em [2].
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Porquê mudar?
Antes de mais, como já foi referido anteriormente, com a utilização da norma IEC
61850, é possível haver comunicação entre IEDs de diferentes de uma forma mais
rápida e mais fácil. Consequentemente, a comunicação entre eles irá fazer com que a
informação se transmita mais rapidamente e nos casos de serem de diferentes
fabricantes, um IED pode consultar as informações de outro IED, independente do seu
fabricante.
Para além disso, com o SPCC atual, os custos de projeto são elevados devido à
sua complexidade e os custos de manutenção são também elevados devido ao elevado
número de cabos e de equipamentos de diferentes fabricantes.
Caso seja necessário fazer alguma alteração no sistema, esta também terá um
elevado custo, uma vez que as interligações existentes é feita maioritariamente feita
através de cabos e fios.
Para além disso, também não há redundância para as funções de proteção,
comando e controlo, diminuindo assim a confiabilidade nos sistemas [5].
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Planeamento
O trabalho nesta dissertação será realizado ao longo de 4 meses e terá o sei
início dia 24 de Fevereiro. O trabalho a realizar estará dividido essencialmente em 6
fases principais, que saão as seguintes:
Conhecimento dos Sistemas e Estrutura do Departamento, Direcção e
EDP Distribuição, compreendendo a interacção entre as várias
entidades.
Levantamento dos actuais sistemas de informação e dos processos
envolvidos.
Estudo das melhores práticas da área e identificação de potenciais
optimizações.
Implementação e avaliação das melhorias tendo em vista a optimização
dos Sistemas de Informação e/ou dos Processos de Controlo e Gestão
em Sistemas de Protecção, Comando e Controlo.
Conclusões a tirar.
Escrita da dissertação.
Através do diagrama de Gantt que se segue, é possível observar de forma
temporal o trabalho a ser feito durante a Dissertação.
Figura 4 - Diagrama de Gantt com planeamento geral da dissertação
No diagrama de Gantt acima está apenas representado, de uma forma geral, o
trabalho a realizar ao longo da dissertação que ainda poderá sofrer alterações, uma vez
que ainda é um planeamento provisório. Este foi realizado através do Microsoft Project.
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Conclusão
Após a realização deste relatório é possível concluir que a utilização da norma
IEC 61850 é muito mais vantajosa que a solução que neste momento está
implementada na EDP.
Com utilização desta norma, é possível aumentar as funções de automação e
monotorização com redução de custo, o que é essencial no ambiente competitivo entre
empresas. Irá também permitir uma redução da cablagem e do hardware de interface
com o processo e haver possibilidade de compartilhamento de informação entre IEDs
de diferentes fabricantes [3].
Apesar das vantagens enumeradas, é necessário fazer uma injeção de testes de
tal forma que se consiga fazer o funcionamento fictício do que se pretende testar. Isto é
necessário, pois caso haja alguma falha aquando a introdução desta, haverá más
consequências tanto para a EDP, como para as pessoas.
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Bibliografia
[1] – Eduarda Sousa, “Aplicação da Metodologia de RCM II ao Sistema de Proteção,
Comando e Controlo de uma Subestação Numérica AT/MT”, Faculdade de Engenharia
da Universidade do Porto, Junho 2013;
[2] – Pedro Silva, “Projecto estruturado de Sistemas de Automação em Subestações
segundo a norma 61850”, Universidade Técnica de Lisboa, 2009;
[3] – 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, Universidade do Estado
do Rio de Janeiro/ONS ONS –Operador Nacional do Sistema Elétrico KEMA;
[4] – Alana Araujo, “Aplicação da norma IEC61850-8-1 nas redes de proteção do
sistema elétrico”, Universidade de Pernambuco, Maio 2011;
[5] – Allan Pereira, “INTEGRAÇÃO DOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO, CONTROLE E
AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÕES E USINAS - ESTADO DA ARTE E TENDÊNCIAS”,
Rio de Janeiro – RJ – Brasil, Abril 2005
[6] – Sítio http://www.ebah.com.br/content/ABAAAemyAAF/norma-iec-61850
[7] – André Morais, “Arquitectura de comunicações de Sistemas de Protecção, Comando
e Controlo da EDP Distribuição”, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,
Julho 2009
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