PROTEÇÃO ELÉTRICA CONFORME A NORMA IEC 61850 E ANÁLISE DA SELETIVIDADE LÓGICA QUE UTILIZA UM TRÁFEGO GOOSE GERENCIADO POR SISTEMA FUZZY

Abstract

RESUMO Os Sistemas de Automação de Subestações (SAS) atuais, baseados na tecnologia dos IEDs (Intelligent Electronic Devices), favorecem a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes em conformidade com a norma IEC (International Electrotechnical Commission) 61850. A comunicação entre os dispositivos dos sistemas PAC (Proteção Automação e Controle) das subestações, antes realizada por meio de conexões elétricas entre entradas e saídas binárias de equipamentos, começa a utilizar um meio digital para a troca de informações por meio das mensagens GOOSE (Generic Oriented Object Substation Event). As mensagens GOOSE são utilizadas para enviar informações sobre a atuação dos relés de proteção (substituindo os contatos elétricos). Já as mensagens SMV (Sampled Mensured Value) enviam informações de corrente e tensão elétrica do sistema, em formato digital, por meio da rede ethernet (substituindo os sinais analógicos convencionais). Essa dissertação aborda conceitos relevantes sobre os Sistemas de Proteção das Subestações modernas, que trabalham em conformidade com a norma IEC 61850. São realizados testes do tempo de atuação para os relés de proteção das principais funções, a saber: sobrecorrente temporizada não-direcional (50/51), sobrecorrente direcional (67), diferencial de transformador (87) e de distância (21). Os tempos de atuação dos disjuntores para as interfaces de disparo por relé auxiliar e pacote GOOSE são comparados, sendo confirmado o benefício da redução do tempo de disparo devido ao uso do padrão IEC 61850 nas subestações. São estabelecidos conceitos sobre as mensagens SMV que são utilizadas na digitalização dos parâmetros elétricos das Subestações e diminuem a dependência dos condutores de cobre nos equipamentos de medição. Adicionalmente, é proposto um algoritmo de repetição dos pacotes GOOSE baseado no sistema Fuzzy Mamdani (FS-based) e através do interpretador Scapy para Python, a fim de satisfazer os arranjos com IEDs em seletividade lógica radial. O tráfego GOOSE FS-based é adaptativo e capaz de superar os efeitos de atraso, interferência, colisão e perda de pacotes. Os pacotes GOOSE dos IEDs imediatamente a jusante são gerados conforme corrente elétrica circulante e o tempo nominal de operação associado aos IEDs imediatamente a montante. Os resultados demonstram uma redução média de até 400 ms no tempo de eliminação das faltas, devido a repetição GOOSE FS-based aplicada aos IEDs em seletividade lógica radial. ABSTRACT Current Substation Automation Systems based on Intelligent Electronic Devices (IEDs) favor interoperability between equipment from different manufacturers in accordance with IEC (International Electrotechnical Commission) 61850. Communication between systems devices PAC (Automation and Control Protection) of the substations, previously performed through electrical connections between inputs and binary outputs of equipment, begins to use a digital means for the exchange of information through GOOSE (Generic Oriented Object Substation Event) messages. The GOOSE messages are used to send information about the operation of the protection relays (replacing the electrical contacts). Sampled Mensured Value (SMV) messages send system current and voltage information in digital form over the ethernet network (replacing conventional analog signals). This dissertation discusses relevant concepts about the protection systems of modern substations, which work in accordance with the IEC 61850 standard. Performance time tests are performed for protection relays of the main functions, namely non-directional time overcurrent (50/51), directional overcurrent (67), transformer differential (87) and distance (21). The breaker actuation times for the auxiliary relay tripping and GOOSE packet interfaces are compared, and the benefit of reducing the tripping time due to the use of the IEC 61850 standard in the substations is confirmed. Concepts are established on the SMV messages that are used in the digitization of the electrical parameters of the Substations and decrease the dependence of the copper conductors on the measurement equipment. In addition, a GOOSE packet repetition algorithm based on the Fuzzy system Mamdani (FS-based) and through the Scapy interpreter for Python is proposed, in order to satisfy the IEDs in radial logic selectivity. FS-based GOOSE traffic is adaptive and capable of overcoming the effects of delay, interference, collision and packet loss. The GOOSE packets of the IEDs immediately downstream are generated according to the circulating electric current and the nominal operating time associated with the IEDs immediately upstream. The results demonstrate an average reduction of up to 400 ms in the fault elimination time, due to GOOSE FS-based repetition applied to IEDs in radial logic selectivity.