Plataforma de proteção, automação e controle de sistemas elétricos com IEDS físicos e virtuais padrão IEC 61850 orientada à aprendizagem baseada em projetos
| Ano de defesa: | 2022 |
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Resumo: | The technological advance of the Electric Power Systems (SE) has featured significant improvements in the reliability of the Protection, Automation and Control (PAC) systems of the Electric Power Systems (SEP). The publication of the IEC 61859 standard and its updates have promoted positive impacts on communication between devices of the hierarchical levels of substations PAC systems and significant benefits such as standardization protocols, interoperability, lower cost of integration, lower cost of installation and maintenance. IEC 61850 opened up the way for the implementation of Digital SEs, which essentially consist of intelligent electronic devices (IEDs) that operate on modern network technologies with digital communication. Virtual IEDs technology can be used in Digital SEs. The virtualized model of logical devices, logical nodes, Abstract Communication Service Interface (ACSI) and Common Data Classes (CDCs) allows the definition of the data, services and behavior of the devices that are defined, in addition to the protocols used to define how the data is transmitted over the network. As these new technologies and the standardization of communication protocols are developed, it is necessary that protection of SEP professionals are trained to keep up with technological evolution. Within this context, this dissertation presents a platform for learning digital electrical protection, automation and control of substations and smart grids. The purpose of the platform is to offer a practical environment that facilitates learning and fosters analytical skills, critical thinking and self-confidence in the field of PAC. The platform basically consists of physical IEDs and virtual IEDs (VIED) interconnected in a communication network. The concept, development, testing and validation of VIEDs are presented and applications are made in situations of logic selectivity, with and without breaker failure, and use of the transformer differential protection function, with a view to training of qualified personnel in the state-of-the-art in the protection of electrical systems. The VIED validation consisted of showing that the virtual device communicates through Manufecturing Message Specification (MMS), Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) and Sampled Values (SV) messages and that it behaves similarly to the physical IED that is part of the platform. In addition, integration tests were performed between the VIED and the physical IED to a Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Therefore, it was demonstrated the contribution of the virtual IED for application in teaching, research and innovation laboratories and in future substations, and the great value of the PAC platform in the training and retraining of qualified professionals. |
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Freitas, Claudivan Domingos deSampaio, Raimundo FurtadoLeão, Ruth Pastôra Saraiva2023-09-04T14:51:22Z2023-09-04T14:51:22Z2022FREITAS, Claudivan Domingos de. Plataforma de proteção, automação e controle de sistemas elétricos com IEDS físicos e virtuais padrão IEC 61850 orientada à aprendizagem baseada em projetos. 2022. 165 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74175The technological advance of the Electric Power Systems (SE) has featured significant improvements in the reliability of the Protection, Automation and Control (PAC) systems of the Electric Power Systems (SEP). The publication of the IEC 61859 standard and its updates have promoted positive impacts on communication between devices of the hierarchical levels of substations PAC systems and significant benefits such as standardization protocols, interoperability, lower cost of integration, lower cost of installation and maintenance. IEC 61850 opened up the way for the implementation of Digital SEs, which essentially consist of intelligent electronic devices (IEDs) that operate on modern network technologies with digital communication. Virtual IEDs technology can be used in Digital SEs. The virtualized model of logical devices, logical nodes, Abstract Communication Service Interface (ACSI) and Common Data Classes (CDCs) allows the definition of the data, services and behavior of the devices that are defined, in addition to the protocols used to define how the data is transmitted over the network. As these new technologies and the standardization of communication protocols are developed, it is necessary that protection of SEP professionals are trained to keep up with technological evolution. Within this context, this dissertation presents a platform for learning digital electrical protection, automation and control of substations and smart grids. The purpose of the platform is to offer a practical environment that facilitates learning and fosters analytical skills, critical thinking and self-confidence in the field of PAC. The platform basically consists of physical IEDs and virtual IEDs (VIED) interconnected in a communication network. The concept, development, testing and validation of VIEDs are presented and applications are made in situations of logic selectivity, with and without breaker failure, and use of the transformer differential protection function, with a view to training of qualified personnel in the state-of-the-art in the protection of electrical systems. The VIED validation consisted of showing that the virtual device communicates through Manufecturing Message Specification (MMS), Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) and Sampled Values (SV) messages and that it behaves similarly to the physical IED that is part of the platform. In addition, integration tests were performed between the VIED and the physical IED to a Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Therefore, it was demonstrated the contribution of the virtual IED for application in teaching, research and innovation laboratories and in future substations, and the great value of the PAC platform in the training and retraining of qualified professionals.O avanço tecnológico dos equipamentos das Subestações Elétricas (SE) tem proporcionado melhorias significativas na confiabilidade dos sistemas de Proteção, Automação e Controle (PAC) dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP). A publicação da norma IEC 61850 e suas atualizações têm promovido impactos positivos na comunicação entre os dispositivos dos níveis hierárquicos dos sistemas PAC das subestações, com significantes benefícios como padronização de protocolos, interoperabilidade, menor custo de integração, menor custo de instalação e manutenção, dentre outros. A IEC 61850 abriu o caminho para a realização de SE Digitais que consistem essencialmente em dispositivos eletrônicos inteligentes ou IEDs (do inglês, Intelligent Electronic Devices) que operam em modernas tecnologias de rede com comunicação digital. Nas SE Digitais, a tecnologia de IEDs Virtuais pode ser utilizada. O modelo virtualizado de dispositivos lógicos, nós lógicos, Interface de Serviço de Comunicação Abstrata (ACSI) e Classes de Dados Comuns (CDCs) permite a definição dos dados, serviços e comportamento dos dispositivos a serem definidos, além dos protocolos usados para definir como os dados são transmitidos pela rede. Com o desenvolvimento dessas novas tecnologias e a padronização dos protocolos de comunicação, é necessário que profissionais de proteção de sistemas elétricos sejam capacitados para acompanhar as evoluções tecnológicas. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta uma plataforma para aprendizagem de sistemas de proteção, automação e controle de subestações e redes elétricas inteligentes. O objetivo da plataforma é oferecer um ambiente prático que facilite a aprendizagem e fomente a capacidade de análise, o pensamento crítico e a autoconfiança no domínio do conhecimento em PAC. A plataforma é constituída basicamente de IEDs físicos e IEDs virtuais (VIED) interligados em uma rede de comunicação. Neste trabalho são apresentados o conceito, o desenvolvimento, os testes e a validação dos VIEDs e são feitas aplicações em situações de seletividade lógica, com e sem falha de disjuntor, e na utilização da função de proteção diferencial de transformador, com vistas à capacitação de pessoal qualificado no estado-da-arte em PAC. A validação do VIED consistiu em mostrar que o dispositivo virtual se comunica por meio de mensagens Manufecturing Message Specification (MMS), Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) e Sampled Values (SV) e que se comporta de forma semelhante a um IED físico que faz parte da plataforma. Além disso, foram feitos testes de integração entre o VIED e o IED físico a um Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Portanto, foi demonstrada a contribuição do IED virtual para aplicaçãoem laboratórios de ensino, pesquisa e inovação e em futuras subestações, e o grande valor da plataforma PAC na formação e recapacitação de profissionais qualificados.CNPQ::ENGENHARIASRelés digitaisProteção de Sistemas ElétricosVirtualizaçãoIEC 61850SCADACapacitaçãoSistemas de energia elétrica - ProteçãoPlataforma de proteção, automação e controle de sistemas elétricos com IEDS físicos e virtuais padrão IEC 61850 orientada à aprendizagem baseada em projetosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/3248008387123830https://orcid.org/0000-0001-6711-7607http://lattes.cnpq.br/8551048513174462https://orcid.org/0000-0001-7445-437Xhttp://lattes.cnpq.br/9936530790182581ORIGINAL2023_dis_cdfreitas.pdf2023_dis_cdfreitas.pdfapplication/pdf19752229http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74175/3/2023_dis_cdfreitas.pdfae8c3bd57b67e23181bbf9c12a36676fMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74175/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/741752023-09-06 10:21:29.902oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-09-06T13:21:29Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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