presentación_uso del rtds en pruebas de esquemas de teleprotección aplicando la norma iec 61850

8/19/2019 Presentación_Uso Del RTDS en Pruebas de Esquemas de Teleprotección Aplicando La Norma IEC 61850

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Uso del RTDS en Pruebas deEsquemas de Teleprotección

Aplicando la Norma IEC 61850

Carlos A. V. Guerrero, Paulo M. Silveira, José M. de Carvalho F.,Julio A. Villegas P.

Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)Itajubá – MG - Brasil

II CONGRESO INTERNACIONAL DE AMBIENTE, ENERGÍASALTERNATIVAS, GESTION DE RIESGOS Y SALUD OCUPACIONAL

Quito, Ecuador – 19 al 20 de Noviembre del 2013



1

1 Introducción

2 Teleprotección Basada en Señalización

3 Norma IEC 61850 – Parte 90-1

4 Simulador Digital en Tiempo Real – RTDS

5 Modelado e Implementación en el RTDS

6 Resultados

7 Conclusiones

2

Sumario





6 Resultados

7 Conclusiones



1. Introducción

3

PROPUESTA:Este trabajo propone dos circuitos de prueba paraesquemas de teleprotección DCB (Directional ComparisonBlocking) utilizando un Simulador Digital en Tiempo Real(RTDS – Real Time Digital Simulator ).

OBJETIVO PRINCIPAL:

Analizar en tiempo real el desempeño del esquema de

teleprotección DCB y verificar las posibles ventajas en laaplicación de la norma IEC 61850 en estos esquemas,pudiendo extenderse a los demás esquemas deteleprotección basados en señalización.



1

1 Introducción





6 Resultados

7 Conclusiones

4

Sumario



5

O

Señal de disparo Señal de disparo

TPCL

TPCB

TPCL

TPCB

TCL LÍNEA DE TRANSMISIÓN

FZ1

FZ2

Zona de protección por Subalcance (Zona 1)

Zona de protección por Sobre-alcance (Zona2)

FZ2

TCL

TPCB: Transformador de Potencial Capacitivo de la Barra de la Subestación TPCL: Transformador de Potencial Capacitivo de la LT TCL: Transformador de Corriente de la LT FZ1: Unidad de Medida de Sub-alcance (o alcance de Zona 1)

FZ2: Unidad de Medida de Sobre-alcance (o alcance de Zona 2)

Zona de protección por Sub-alcance (Zona 1)


FZ1

O

Relé de Protección Relé de Protección

Sistema deTelecomunicación

2. Teleprotección Basada en Señalización

ESQUEMAS DE TELEPROTECCIÓN




6

CIGRÉ OTROS BRASIL (este texto) Intertripping underreach distance

protection Direct underreach transfer tripping

Transferencia Directa de Disparo

por Sub-alcance

Permissive underreach distance

protection

Permissive underreach transfer

tripping (PUTT)

Transferencia Permisiva de Disparo

por Sub-alcance

Permissive overreach distance

protection

Permissive overreach transfer

tripping (POTT)

Transferencia Permisiva de Disparo

por Sobre-alcance

Accelerated underreach distance

protection Zone acceleration Aceleración de Zona

Deblocking overreach distance

protection

Directional comparison unblocking

(DCUB)

Comparación Direccional por

Desbloqueio

Blocking overreach distance

protection

Di rectional comparison blocking

(DCB )

Comparación Direccional por

Bloqueio

ESQUEMAS BÁSICOS DE TELEPROTECCIÓN




7

ESQUEMA DE COMPARACIÓN DIRECCIONAL POR BLOQUEO

RX Y RX

TX

Y

Equipo deTeleprotección


Sistema de

TelecomunicaciónRelé de

Protección

Señal de disparo Señal de disparo

TPCL

TPCB

TPCL

TPCB

TCL LÍNEA DE TRANSMISIÓN

FZ2

TX FB



FB

FZ2

T 0.0 0.0

T

Zona de Bloqueo (Zona3 )

Zona de Bloqueo (Zona3 )

TCL

TPCB: Transformador de Potencial Capacitivo de la Barra de la Subestación TPCL: Transformador de Potencial Capacitivo de la LT TCL: Transformador de Corriente de la LT FZ2: Unidad de medida de Sobre-alcance (o alcance de Zona 2)

FB: Unidade de Bloqueo (Zona 3 reversa)

Relé de

Protección



11 Introducción





6 Resultados7 Conclusiones

8

Sumario



3. Norma IEC 61850 – Parte 90-1

9

OBJETIVO DE LA NORMA IEC 61850

IED 2

Medio Físico

Función de protección,control o supervisión

de un SAS¹.

IED 1

RTDS

¹SAS – Sistema de Automatización de una Subestación

[Fuente – IEC 61850]




10

NIVELES E INTERFACES LÓGICAS

PROTECCIÓN CONTROL

FCT. A FCT. B

INTERFACE DE PROCESO SENSORES ACTUADORES

Barra deEstación LAN 1

PROTECCIÓN CONTROL PROTECCIÓN CONTROL

LAN 2 Barra de

Proceso

CONTROLREMOTO (NCC)

SERVICIOSTÉCNICOS

Nivel deProceso

Nivel deBay

Nivel deEstación

EQUIPOSDE ALTA TENSIÓN

PROTECCIÓN

REMOTA

CONTROLREMOTO YAUTOMATISMO

11 11

SUBESTACIÓN “B”SUBESTACIÓN“A”





Función

A1 Función

B1

Función

A2 Función

B2

Estación A Estación B Túnel transparente (típicamente ancho

de banda alta)

Función

A1

Función

B1

Función

A2

Función

B2 Proxy

B2

Mecanismo decomunicación especial(típicamente ancho de

banda baja)

“Equipo de Teleprotección”

actuando como gateway

PARTE 90 – 1 DE LA NORMA IEC 61850

Estación A Estación B

Comunicación entre Subestaciones vía Túnel.

Comunicación entre Subestaciones vía Proxy Gateway

11




Sumario

11 Introducción





6 Resultados7 Conclusiones

12



4. Simulador Digital en Tiempo Real – RTDS

El Simulador Digital en Tiempo Real

(RTDS – Real Time Digital Simulator )

es un equipo especialmente

desenvuelto para estudios en tiempo

real de fenómenos transitorios

electromagnéticos asociados a los

sistemas eléctricos de potencia.

13

[Fuente – RTDS Technologies]




14

GTWIFWorkstation Interface Card

GPC/PB5Giga-Processor Card

GTNETNetwork Interface Card

GTAI/O Analogue

Input/Output Card

GTDI/ODigital

Input/Output Card

GTFPIFront Panel

Interface Card

Antena

GPS

NTP-Server

HOPF

IED

IHM

(RSCAD)

RACK1RACK2

IP: 10.10.45.103IP: 10.10.45.101 IP: 10.10.45.110

IP: 10.10.45.200

IP: 10.10.45.100

Red interna del RTDS

RTDSRed LAN

swi tch




15

Amplificador Relé deProtección

RTDS

TC TP TC TP

Señales Digitales

Señales Analógicas

Interface con el UsuarioRed LAN

Sistema modelado

Switch

GTAO Analogue Output

Card

Señales Digitales GTFPI

Front Panel

Interface Card


5A/V

50V/V

A la placa GTWIF

HARDWARE – IN – THE LOOP / ESQUEMA CONVENCIONAL




16

RTDS

Interface con el UsuarioRed LAN

Sistema Modelado

Switch

GTNET

Network Interface

Card

Mensajes GOOSE

Sampled Values

Sincronizador

Mensajes GOOSE

Sampled Values

1PPS

1PPS

A la placa GTWIF

Relé deProtección

HARDWARE – IN – THE LOOP / ESQUEMA IEC 61850



11 Introducción





6

Resultados7 Conclusiones

Sumario

17



5. Modelado e Implementación en el RTDS

18

LT principal LT adyacente LT adyacente

Fuente

Equivalente

(fuerte)

Fuente

Equivalente

(débil)

Sf Rf S R

Eje vertical de la torre Conductores de fase

Conductor guarda

fase A

fase C

fase B

Línea de Transmisión

SISTEMA DE POTENCIA MODELADO (230 kV)




19

CIRCUITOS DE CONTROL MODELADOS

Apertura y cierre de los disyuntores del sistema;

Elección del tipo, localización, duración y ángulo de incidencia de lasfallas;

Estimación de la impedancia vista por los relés de la LT principal;

Extracción de fasores de las señales de tensión y corriente utilizadaspor los relés de la LT principal, para monitoreo gráfico en tiempo real;

Implementación de las interfaces externas D/A, de señalessecundarias de TPCs y TCs, utilizadas por los relés de la LT principal;

Implementación de las interfaces convencional y por mensajesGOOSE, para el esquema de teleprotección;

Representación del sistema de teleprotección del esquema DCB.





















































Equipo de

Protección

o

Función de

Protección

(a)


o

Función de

Teleprotección


o

Función de

Teleprotección

(a)

Equipo de

Protección

o

Función de

Protección

(b)


(b)


Sistema de Teleprotección

Nivel deProtección

Nivel deTeleprotección

Nivel deTelecomunicación

Tiempo de Operación de la Teleprotección

(TA) Relé 1 Relé 2

RTDS

Estructura General del Esquema de Teleprotección de acuerdo con la IEC 60834-1

20




21

Equipo

Terminal de

Telecomunicación

Equipo

Terminal de

Telecomunicación

52-222 52-232

STOP TX

START TX

TRIP

RX

BREAKER

STATUS

STOP TX

START TX

RX

BREAKER

STATUS

TRIP

LT principal

Equipo

de

Teleprotección

Equipo

de

Teleprotección

Subestación 2

(Terminal “S”)

Subestación 3

(Terminal “R”)

Relé 2 Relé 1

RTDS enlaces

enlaces enlaces

enlaces

disyuntor disyuntor


2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

ESQUEMA DE INTERFACE CONVENCIONAL



TRANSMISIÓN DEL TERMINAL "S" TA2

Switch para interrumpir

canal de telecomunicaciónS-R

FLIP

FLOP

S

R

Q

Q

p/u & d/o

Timer

tpu = 0.003 sec

tdo = 0 sec

reset1

STOPTXS2 A

B

Ctrl

Ctrl = 0

0

TXSE2

DISCOMM

TX2teste

p/u & d/o

Timer

tpu = 0.021 sec

tdo = 0 sec

0.0005

reset1

RXSE3

DISCOMM

DISABLECOM1

0

TA1


22

CIRCUITO DE PRUEBA PARA INTERFACE CONVENCIONAL

ENVIO SEÑALDE BLOQUEODESDE S/E 2

RECEPCIÓN SEÑALDE BLOQUEO EN

S/E 3

2 A ST pu puT T T input T output

Tiempo de Operación dela TeleprotecciónTA = TA1 + TA2=24ms

Tiempo de transferencia

Enlace Físico (cableado de cobre)

Contactode salida

Entradaopto-aislada

Función deAplicación

f1

Función deAplicación

f2

DispositivoFísicoPD1

DispositivoFísicoPD2

4ms

7ŋs

~µs

RTDS

Relé




23

ESQUEMA DE INTERFACE VÍA MENSAJES GOOSE

Equipo

Terminal de

Telecomunicación

Equipo

Terminal de

Telecomunicación

52-222 52-232

STOP TX /

START TX / RX /

BREAKER STATUS/ TRIP

Equipo

de

Teleprotección

Equipo

de

Teleprotección

Relé 1

RTDS

Relé 2

STOP TX /

TX / RX /

BREAKER STATUS/ TRIP

Subestación 2

(Terminal “S”)

Subestación 3

(Terminal “R”)


LT Principal disyuntor disyuntor

enlaces enlaces



p/u & d/o

Timer

tpu = 0.021 sec

tdo = 0 sec

RXSE3STOPTXS2 A

B

Ctrl

Ctrl = 0

TXSE2

0

DISCOMM

TsTTRANSMISIÓN DEL TERMINAL "S"

Switch para interrumpir

canal de telecomunicación

DISCOMM

DISABLECOM1

0


24

ESQUEMA DE INTERFACE VÍA MENSAJES GOOSE

Tiempo de transferencia

Funciónde

Aplicación

f1

Funciónde

Aplicación

f2

Codificaciónde la

comunicación

Decodificaciónde lacomunicación

Enlace FísicoPar trenzado,

fibra óptica, etc

Dispositivo Físico PD1 Dispositivo Físico PD2

ENVIO SEÑALDE BLOQUEODESDE S/E 2

RECEPCIÓN SEÑALDE BLOQUEO EN

S/E 3

~1,5ms ~1,5ms

7ŋs

RTDS

Relé




25

TCs TPCs TCs TPCs

TCs TPCs TCs TPCs

Amplificador de


Relé 1

(Subestación 2)

Relé 2

(Subestación 3)


Amplificador de


RTDS

Interface con el Usuario


Sincronizador deTiempo

Ethernet Ethernet

Ethernet

IRIG-B

IRIG-B

.......

Señales Digitales

Señales Digitales

.......

.......

Señales Digitales

Señales Digitales

.......

Mensajes GOOSE

Mensajes GOOSE Mensajes GOOSE

A la placa GTWIF

A la placa GTNET

switch

GPS

ESTRUCTURA DE PRUEBA IMPLEMENTADA (HARDWARE – IN – THE LOOP)




26

LABORATORIO DE PROTECCIONES DEL GRUPO DE ESTUDIOS DE LA CALIDAD DELA ENERGÍA ELÉCTRICA (GQEE) DE LA UNIFEI



11 Introducción





6 Resultados

7 Conclusiones

Sumario

27



6. Resultados

70% 80%

50G3

Fuente

Equivalente (fuerte)

Sf Rf

183% 120% -86%

Z2G

Z1G

51S2T

50G2/67G2

50G3/67G3 Z3G

Fuente

Equivalente

(débil) -120% R S

A N 5 0 %

A N 0 %

A N - 1 0

%

62% 80%

Fuente

Equivalente

(fuerte) Sf Rf

120%

M2P M1P

51S1T

50P1/67P1 M3P

Fuente

Equivalente

(débil)

-120%

58%

3Ø →

2Ø→

R S

A B 5 0 %

A B C 0 %

B C - 1 0 %

28

PARAMETRIZACIÓN DE LAS FUNCIONES DE PROTECCIÓN



6. Resultados

29

Simulación

Tiempo de transferencia dela señal de bloqueo

(ms) Simulación


(ms)

Fallafase - tierra

Fallafase – fase

Fallafase - tierra

Fallafase – fase

1 29 28 11 29 28

2 28 28 12 28 28

3 28 28 13 29 28

4 28 28 14 29 28

5 29 28 15 28 28

6 28 28 16 30 28

7 29 28 17 29 28

8 28 28 18 30 28

9 28 28 19 30 28

10 28 28 20 29 28

MEDICIONES DE LAS PRUEBAS



6. Resultados

30

TecnologíaAplicada


(ms)

Tiempoconsumido enlas interfaces

(ms)

Tiempo disponible para elSistema de

Telecomunicación (TST)(ms)Falla

fase - tierraFalla

fase – fase

Interface

convencional 34 34 19 15

Interface vía

GOOSE28* 28 7 21

Ganancia

(ms)6 6 6

* Valor mínimo de las lecturas registradas.

ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS



11 Introducción





6 Resultados

7 Conclusiones

Sumario

31



7. Conclusiones

La evaluación de ambos circuitos en tiempo real mostró que,

existe una mejora de 12ms en el esquema de teleprotecciónDCB utilizando mensajes GOOSE, para un escenario decomunicación libre de colisiones.

Para el esquema DCB con interface convencional, el tiempo

consumido en las interfaces entre el relé de protección y elequipo de teleprotección, de ambos extremos de la LT,representa más de 50% del tiempo de transferencia total dela señal de bloqueo.

De la implementación física de los circuitos de prueba, seconstató la sustitución total de 20 cables de cobre utilizadosen las interfaces convencionales entre los relés y el RTDS, por3 únicos cables de red utilizados en las interfaces conmensajes GOOSE.
















32

II CONGRESO INTERNACIONAL DE AMBIENTE ENERGÍAS



Nuestros reconocimientos y agradecimientos a

por los recursos concedidos para la

elaboración de este trabajo académico.

Gracias!

GQEE – Grupo de Estudos em Qualidade da Energia Elétrica

UNIFEI Universidade Federal de Itajubá

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