CONTEXTUALIZACIÓN PROCESS BUS Y GOOSE

Germán Zapata Madrigal. I.E., Msc., PhD Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

gdzapata@unal.edu.co

Contenido

• Introducción

• Consideraciones técnicas

• Implicaciones, inquietudes, preguntas frente a la adopción tecnológica

• Experiencias de los Fabricantes

• Experiencias Internacionales

• Retos

Bus de Proceso y GOOSE

Sin lugar a dudas, la siguiente generación de subestaciones.

El último eslabón hacia la subestación digital.

Relé electromecánico

Relé numérico

Primera Generación de IEDs (GOOSE)

Segunda Generación de IEDs (Process Bus)

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Consideraciones Técnicas

El Bus de Proceso (PB) en la arquitectura IEC61850 de la Subestación

Bus de Proceso (PB) y valores muestreados (SMV)

Tomado de: https://www.pacw.org/no-cache/issue/june_2014_issue/

Estructura de comunicación que aplica conexiones Ethernet eficientes, habilitada para realizar varios servicios de tiempo crítico entre el nivel de proceso y el nivel de bahía (Bus Station).

Servicios del Bus de Proceso

• Envío de valores muestreados

• (SMV – IEC61850-9-2)

• Envío de mensajes GOOSE

• (Generic Object Oriented Substation Event - IEC61850-7-2).

• Envío de mensajes para sincronización (PTP – IEC61850-9-3).

SMV – Valores Muestreados

• Transmite valores muestreados de las medidas de CTs, VTs y E/S digitales.

• Precisión: +/- 4 μs

• La red no debe introducir retardos de más de 2 μs.

• Dos tipos de transmisión:

– 80 muestras/período

– 256 muestras/período

• Dos métodos de transmisión: • Multicast service (MSVC) over

Ethernet

• Unicast (point-to-point) service (USVC) over serial links.

Tomado de: http://www.ueen.feec.vutbr.cz/

Tecnología – Merging Unit (MU)

“Merge” = Unir

MU + GOOSE + LN

Equipos primarios

• Process Bus – SMV habilitarán el uso de equipos de medida no convencionales (NCIT) – CT ópticos

– CT Rogowski coil

– VT capacitivos

– VT ópticos también disponibles

Arquitecturas

• Dependen de:

– Distancia (localización de las MU y los IEDs).

– Capacidades de comunicación (puerto simple – puertos múltiples).

– Disponibilidad de ancho de banda.

– Consideraciones de disponibilidad (redundancia).

– Topologías de comunicación disponibles (point to point; star; ring).

– Uso de NCIT o de instrumentos convencionales.

GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event

• Comunicación de dispositivo a multi dispositivo, en LAN o en WAN

• Dataset definidos por el usuario enviados mediante mensajes Ethernet Multicast.

• GOOSE Header: • Multicast Address • Name • Time Until Next GOOSE

User-Defined Dataset

• Status Information

•Analog Values

•Data Quality

•Time

Aplicación de GOOSE

• Información de estados binarios.

• Comandos ON/OFF

• Enclavamientos y disparos.

Figuras: diagrama lógico para protección 50 BF y configuración de mensaje GOOSE. Consultar aplicación en: Noran, Mohd. “IEC61850 breaker failure protection”.

Implicaciones

• Muy altos requerimientos de ancho de banda.

• Cambio de cobre a fibra óptica.

• Cambios en obras civiles (ubicación de equipos de medida, caseta de protecciones, ubicación de las MU, ductos).

• Nueva concepción en el diseño de las protecciones.

Inquietudes para la adopción de las tecnologías

(NCIT + SMV + GOOSE)

• Todavía falta confianza en la tecnología

– Velocidad de transmisión

– Tiempo de muestreo

– Compatibilidad electromagnética

– Respuesta transitoria

– Precisión

– Evaluación del error por muestreo y digitalización.

– Retardos y efectos de estos en el desempeño de las protecciones

• Aún no se evidencia la favorabilidad de la relación Beneficio / Costo (sólo reducción de cableado y tamaño de la subestación?).

• Pocas experiencias a nivel global

• Poco conocimiento de los productos de los fabricantes, en consecuencia, poco conocimiento de cómo especificar

• Escaso recurso humano que conozca la tecnología

Inquietudes. Competencias requeridas del personal de

Ingeniería

• Modelo eléctrico

• Modelo del control

• Modelo de datos

Inquietudes. Entrenamiento del personal

CB1

CB2

SUBST2

“SUBST2/XCBR2.POS.stVAL=off”

Preguntas

• Que madurez tienen estas tecnologías?

• Cual es la oferta de productos?

• Están listos los fabricantes?

• Ya tienen productos certificados IEC 61850-9-2?

• Que experiencias exitosas se conocen?

• En que niveles de tensión? (110 Kv < 220 Kv < 500 Kv < 750 Kv).

• Que herramientas de ingeniería se requieren?

• Que arquitectura de Process Bus adoptar? Cuales están disponibles?

• Cuales son los requerimientos de ancho de banda?

• Migrar los equipos de medida existentes?

• Adaptar los equipos de medida existentes?

• Cuál es la oferta tecnológica actual en equipos de medida no convencionales?

• Es confiable el bus de proceso? Es seguro?

• Es el momento de adoptar las tecnologías NCIT, SMV y GOOSE en los proyectos de nuevas subestaciones?

• Cuál será el perfil profesional recomendado?

– Básico en Ingeniería eléctrica y complementario en sistemas, comunicaciones y control?

– Básico en comunicaciones y sistemas y complementario en ingeniería eléctrica?

Preguntas

Algunas respuestas

Fabricantes Resultados Estudio de Vigilancia Tecnológica.

CODENSA – Universidad Nacional

P/: Ready To Market ?

R/: Si, pero …

FABRICANTE

EMPRESA

(DE ENERGIA U

OTRA)

UBICACION PROYECTO NIVEL DE

TENSION DESCRIPCION

PowerLink

Queensland

Queensland,

Australia

Loganlea 275 kV SAS con PB.

Transformador de corriente Fibra óptica

(FOCT) en bahía de reactor de línea 275

kV

PDVSA Zulia,

Venezuela

Subestación

Campo

petrolero

Boscán

138/ 24 kV SAS con PB.

CT, VT convencionales acoplados a PB

mediante Analog MU.

MERALCO (Manila

Electric Company)

Filipinas ND 115 kV * Los detalles y resultados serán divulgados en

APAP2015 (Advanced Power Systems and

Protection). Nanjing, China. Sep.2015

Iberdrola Benavente,

España

Subestación

Benavente

132 kV Un sistema en la sombra con PB, en paralelo

con el sistema convencional, para protección

de línea y transformador de potencia.

CLP Power Hong Kong ND 132/ 11 kV Utiliza transformadores electrónicos (EVT, ECT)

combinados con los convencionales.

Implementación PB completa: NCIT + MU +

BreakerIEDs + GOOSE

Multi-vendor KEPCO Poong-dong,

Korea del sur

ND 154 kV Utiliza 77 IEDs. No se conocen mas detalles.

Experiencias internacionales * Sólo se incluyen experiencias que están reportadas en Internet o divulgadas en publicaciones seriadas.

Experiencias China

• Más de 700 subestaciones digitales (SMV + GOOSE) – Entre 110 kV y 750 kV

Experiencias NARI

• Subestaciones digitales

– Total solutions: 100+

• Transformadores de medida ópticos: 1500+

• Merging Unit: 1900+

• Breaker IED: 1300+

Beneficios

• Los beneficios, además de reducción del cableado y de dimensiones de los equipos de medida, deben valorarse en términos de:

– Incremento en la disponibilidad del sistema

– Incremento en la seguridad del personal y del sistema

– Incremento de funcionalidades

– Interoperabilidad

Ver: [ABB Review special report IEC61850]

Retos

• Entrenamiento del recurso humano.

• Procedimientos de diseño de las protecciones.

• Revisar las implicaciones técnicas, operativas y económicas.

• Procedimientos de prueba de las protecciones.

• Procedimientos para pruebas de aceptación.

Retos

En resumen:

Prepararse!!!

La tecnología PB no está madura, pero es una realidad inminente.

¡Gracias! gdzapata@unal.edu.co