Na primeira década deste século os equipamentos de proteção com tecnologia digital sinalizaram um novo paradigma para a composição dos sistemas de proteção. É fato também que essa tecnologia convive com suas antecessoras, que por força de sua longa predominância ainda exercem alguma influência sobre o pensamento, concepção e operação dos sistemas de proteção. Esses novos equipamentos multifunções, em geral, estão subutilizados, sendo o seu potencial ainda não empregado ou explorado em profundidade. Os relés digitais possuem grande capacidade para resolver alguns dos problemas intrínsecos aos sistemas elétricos de potência, seja do ponto de vista das funções de medição, supervisão, controle, análise de eventos (registros seqüenciais e oscilografias), proteção e comunicação. Como fato, tem-se que uma das vantagens associadas à utilização da capacidade de controle e automação dos relés digitais está em seu potencial de simplificar a concepção dos painéis que compõem as instalações de potência. Isso diminui os tempos de construção, comissionamento e manutenção, além de agregar maior confiabilidade e flexibilidade ao controle. Como proposta fundamental deste trabalho, pretende-se investigar como utilizar adequadamente as capacidades de programação de usuário dos relés digitais de proteção para compor soluções de controle, supervisão e intertravamento para alguns elementos constituintes dos sistemas elétricos de potência. Um conjunto de situações reais foi utilizado como base de estudo para concepção de soluções baseadas nos dispositivos mencionados. Após o desenvolvimento, implementação e ensaio das soluções desenvolvidas, pode-se dizer que tais equipamentos, como um todo, são adequados e convenientes para compor soluções de controle e supervisão em Bays de subestação, sejam eles de concessionárias de energia ou de indústrias em geral. Por fim, o protocolo IEC 61850 foi avaliado de forma qualitativa para confecção das soluções em estudo, apresentando-se como uma alternativa atraente para sua composição, pois modifica significativamente o circuito funcional de uma subestação, tornando-o singelo e com maior confiabilidade, uma vez que o número de conexões elétricas envolvidas é diminuído drasticamente. / In the first decade of this century, a new paradigm for protection systems has been indicated considering the protection equipment with digital technology. A relation between the current and the former technology was proved as well as its influence on the thought, conception and operation of protection systems. In general, this new multifunction equipment is underused, and its potential needs to be more profoundly explored. The electrical power systems have some intrinsic problems which are solved using the vast capacity of digital relays, such as: measurement, supervision and control capabilities, analysis of events (sequential registers and oscillography), protection and communication skills. The capacity to simplify panels, as part of the electrical substations, certainly is one of the advantages associated with digital relays in their capacity of automation. Thus, the time spent in construction, commissioning and maintenance is reduced, adding reliability and flexibility to the control of substations. The development of appropriate programming capabilities to final users of digital relays is the main proposal of this work, considering requirements for control solutions, supervision and interlocking of some components of the electrical power system. A set of real situations, supported by the respective equipment, were used as a background to the conception of solutions. Considering the development and implementation based on practical solutions, this equipment is capable to indicate control solutions and supervision in substation Bays, used at electrical utilities as well as at industries in general. At last, the IEC 61850 protocol was quantitatively analyzed, appearing as a very good alternative to modify the functional substation circuit. As a result, the number of electrical connections has been drastically reduced, improving the reliability of the proposed functional circuit.

Os sistemas de comunicação de dados sempre foram considerados um fator crítico na operação em tempo real do sistema elétrico de potência, devido a necessidade de decisões rápidas e precisas em pontos geograficamente distribuídos, desde usinas geradoras de energia até interfaces de usuários. Com a tecnologia digital, as medições, sinalizações e comandos são encapsulados em pacotes de dados que trafegam na rede da subestação, utilizando protocolos que estabelecem os formatos, as regras, os métodos, negociando e concordando no uso de parâmetros, que assegurem o transporte de informações entre dois ou mais dispositivos do sistema de automação da subestação. Uma vez que o número de protocolos de comunicação tem se tornado um desafio para usuários e fabricantes, criando ilhas de informação, o padrão IEC-61850 busca harmonizar a diversidade de equipamentos e fabricantes, e possibilitar a integração de dados para que o máximo dos benefícios possa ser extraído. Como proposta que principia esta dissertação, ambiciona-se expor a implementação no Laboratório de Sistemas de Energia Elétrica, da Universidade de São Paulo, de uma infra-estrutura de comunicação de dados e redes de computadores, Intranet, que possibilita experimentação, medição, analise e avaliação da interoperabilidade de informações, e intercambialidade de equipamentos com supervisão, controle e proteção, essencialmente, reles digitais comerciais, aqui denominados equipamentos eletrônicos inteligentes. Com o intuito de desenvolver aplicações focadas ao estudo da automação de subestações entre os níveis de processo e bay, utilizando a infraestrututa supracitada, apresenta-se neste trabalho uma lógica para controle de um bay típico de saída de linha, dispondo de meios de comunicação de dados, e uma lógica para comutação entre fontes de alta tensão em uma subestação industrial. Estes casos oportunizaram a realização de testes quanto a troca de informações adotando o padrão IEC-61850 como protocolo de comunicação, e a rede Ethernet em substituição a fiação paralela, freqüentemente utilizada como canal de comunicação, alem da intercambialidade entre dispositivos eletrônicos inteligentes de fabricantes distintos. Houve em 100% dos casos evidenciados, correta recepção dos comandos via fiação paralela ou mensagens GOOSE. Através dos resultados obtidos, percebeu-se a estabilidade e eficiência das lógicas implementadas e uma redução nos tempos necessários para troca de informações após migração para o padrão IEC-61850. Neste ínterim, busca-se avaliar o comportamento no tempo de mensagens do tipo GOOSE, Generic Object Oriented Substation Event, em condições distintas de trafego e de configuração da topologia lógica da rede de comunicação, monitorando um possível extravio entre as mensagens geradas por um emissor e aquelas recebidas por um ou mais destinatários. Em todas as aplicações foi utilizada uma metodologia para especificar a automação das lógicas discretas mediante emprego do padrão IEC-61850, caracterizando conceitos, como, por exemplo, a especificação funcional das aplicações, o mapeamento das informações enviadas e recebidas, a definição do tipo de no lógico utilizado, a configuração do serviço de mensagens GOOSE e, a atribuição da estrutura de dados de cada no lógico aos pontos pertinentes dentro das lógicas preestabelecidas. Os resultados obtidos refletiram no ambiente laboratorial demandas reais solicitadas pelo sistema elétrico de potência. / Data communication has always been considered as a critical factor in real time operation of electric power systems. This is due to the need for fast and accurate decisions at different locations, from power generation to the user interfaces. With the digital technology, measurement, signals and commands are encrypted into data packets that travels on the substation network, using protocols that provide the format, rules, methods, dealing with parameters which ensure the traffic of information between two or more devices in the substation automation system. Since the number of communication protocols has become a challenge for users and manufacturers, creating islands of information, the IEC-61850 standard seeks for harmonization of the different equipment and manufacturers, enabling the integration of data for maximum performance. The proposal of this work is the actual implementation, at the Energy Systems Laboratory from the University of Sao Paulo, of an infrastructure of data communication network, which allows experimentation, measurement, analysis and assessment of information, interoperability and interchangeability of supervision, control and protection equipment, especially Intelligent Electronic Devices (IEDs). In order to develop applications focused on the study of automation of substations between the process and bay levels, using the infrastructure mentioned above, a logic to bay control using data communication, as well as a logic for high voltage source switching are presented. These situations test information exchange using the IEC-61850 standard as a communication protocol, and the Ethernet network replacing parallel wiring. It also tests the interchangeability amongst IEDs from different manufacturers. There were in 100% of the cases tested, correct reception of commands using parallel wiring or GOOSE messages. From the results, the stability and efficiency of the implemented logic can be observed as well as a reduction in time required to exchange information in the system. Moreover, a behavior evaluation in time of GOOSE messages was implemented for different traffic and topology conditions, monitoring possible loss of messages. In all applications a methodology to specify the automation of discrete logic using the standard IEC-61850 was implemented, featuring concepts, such as the functional specification of the applications, data mapping, the definition of the type of logic node used, the configuration of GOOSE, as well as the allocation of data structure for each logical node. The results reflects in the laboratory environment the demands requested by an actual electric power system.

Na primeira década deste século os equipamentos de proteção com tecnologia digital sinalizaram um novo paradigma para a composição dos sistemas de proteção. É fato também que essa tecnologia convive com suas antecessoras, que por força de sua longa predominância ainda exercem alguma influência sobre o pensamento, concepção e operação dos sistemas de proteção. Esses novos equipamentos multifunções, em geral, estão subutilizados, sendo o seu potencial ainda não empregado ou explorado em profundidade. Os relés digitais possuem grande capacidade para resolver alguns dos problemas intrínsecos aos sistemas elétricos de potência, seja do ponto de vista das funções de medição, supervisão, controle, análise de eventos (registros seqüenciais e oscilografias), proteção e comunicação. Como fato, tem-se que uma das vantagens associadas à utilização da capacidade de controle e automação dos relés digitais está em seu potencial de simplificar a concepção dos painéis que compõem as instalações de potência. Isso diminui os tempos de construção, comissionamento e manutenção, além de agregar maior confiabilidade e flexibilidade ao controle. Como proposta fundamental deste trabalho, pretende-se investigar como utilizar adequadamente as capacidades de programação de usuário dos relés digitais de proteção para compor soluções de controle, supervisão e intertravamento para alguns elementos constituintes dos sistemas elétricos de potência. Um conjunto de situações reais foi utilizado como base de estudo para concepção de soluções baseadas nos dispositivos mencionados. Após o desenvolvimento, implementação e ensaio das soluções desenvolvidas, pode-se dizer que tais equipamentos, como um todo, são adequados e convenientes para compor soluções de controle e supervisão em Bays de subestação, sejam eles de concessionárias de energia ou de indústrias em geral. Por fim, o protocolo IEC 61850 foi avaliado de forma qualitativa para confecção das soluções em estudo, apresentando-se como uma alternativa atraente para sua composição, pois modifica significativamente o circuito funcional de uma subestação, tornando-o singelo e com maior confiabilidade, uma vez que o número de conexões elétricas envolvidas é diminuído drasticamente. / In the first decade of this century, a new paradigm for protection systems has been indicated considering the protection equipment with digital technology. A relation between the current and the former technology was proved as well as its influence on the thought, conception and operation of protection systems. In general, this new multifunction equipment is underused, and its potential needs to be more profoundly explored. The electrical power systems have some intrinsic problems which are solved using the vast capacity of digital relays, such as: measurement, supervision and control capabilities, analysis of events (sequential registers and oscillography), protection and communication skills. The capacity to simplify panels, as part of the electrical substations, certainly is one of the advantages associated with digital relays in their capacity of automation. Thus, the time spent in construction, commissioning and maintenance is reduced, adding reliability and flexibility to the control of substations. The development of appropriate programming capabilities to final users of digital relays is the main proposal of this work, considering requirements for control solutions, supervision and interlocking of some components of the electrical power system. A set of real situations, supported by the respective equipment, were used as a background to the conception of solutions. Considering the development and implementation based on practical solutions, this equipment is capable to indicate control solutions and supervision in substation Bays, used at electrical utilities as well as at industries in general. At last, the IEC 61850 protocol was quantitatively analyzed, appearing as a very good alternative to modify the functional substation circuit. As a result, the number of electrical connections has been drastically reduced, improving the reliability of the proposed functional circuit.

Os sistemas de comunicação de dados sempre foram considerados um fator crítico na operação em tempo real do sistema elétrico de potência, devido a necessidade de decisões rápidas e precisas em pontos geograficamente distribuídos, desde usinas geradoras de energia até interfaces de usuários. Com a tecnologia digital, as medições, sinalizações e comandos são encapsulados em pacotes de dados que trafegam na rede da subestação, utilizando protocolos que estabelecem os formatos, as regras, os métodos, negociando e concordando no uso de parâmetros, que assegurem o transporte de informações entre dois ou mais dispositivos do sistema de automação da subestação. Uma vez que o número de protocolos de comunicação tem se tornado um desafio para usuários e fabricantes, criando ilhas de informação, o padrão IEC-61850 busca harmonizar a diversidade de equipamentos e fabricantes, e possibilitar a integração de dados para que o máximo dos benefícios possa ser extraído. Como proposta que principia esta dissertação, ambiciona-se expor a implementação no Laboratório de Sistemas de Energia Elétrica, da Universidade de São Paulo, de uma infra-estrutura de comunicação de dados e redes de computadores, Intranet, que possibilita experimentação, medição, analise e avaliação da interoperabilidade de informações, e intercambialidade de equipamentos com supervisão, controle e proteção, essencialmente, reles digitais comerciais, aqui denominados equipamentos eletrônicos inteligentes. Com o intuito de desenvolver aplicações focadas ao estudo da automação de subestações entre os níveis de processo e bay, utilizando a infraestrututa supracitada, apresenta-se neste trabalho uma lógica para controle de um bay típico de saída de linha, dispondo de meios de comunicação de dados, e uma lógica para comutação entre fontes de alta tensão em uma subestação industrial. Estes casos oportunizaram a realização de testes quanto a troca de informações adotando o padrão IEC-61850 como protocolo de comunicação, e a rede Ethernet em substituição a fiação paralela, freqüentemente utilizada como canal de comunicação, alem da intercambialidade entre dispositivos eletrônicos inteligentes de fabricantes distintos. Houve em 100% dos casos evidenciados, correta recepção dos comandos via fiação paralela ou mensagens GOOSE. Através dos resultados obtidos, percebeu-se a estabilidade e eficiência das lógicas implementadas e uma redução nos tempos necessários para troca de informações após migração para o padrão IEC-61850. Neste ínterim, busca-se avaliar o comportamento no tempo de mensagens do tipo GOOSE, Generic Object Oriented Substation Event, em condições distintas de trafego e de configuração da topologia lógica da rede de comunicação, monitorando um possível extravio entre as mensagens geradas por um emissor e aquelas recebidas por um ou mais destinatários. Em todas as aplicações foi utilizada uma metodologia para especificar a automação das lógicas discretas mediante emprego do padrão IEC-61850, caracterizando conceitos, como, por exemplo, a especificação funcional das aplicações, o mapeamento das informações enviadas e recebidas, a definição do tipo de no lógico utilizado, a configuração do serviço de mensagens GOOSE e, a atribuição da estrutura de dados de cada no lógico aos pontos pertinentes dentro das lógicas preestabelecidas. Os resultados obtidos refletiram no ambiente laboratorial demandas reais solicitadas pelo sistema elétrico de potência. / Data communication has always been considered as a critical factor in real time operation of electric power systems. This is due to the need for fast and accurate decisions at different locations, from power generation to the user interfaces. With the digital technology, measurement, signals and commands are encrypted into data packets that travels on the substation network, using protocols that provide the format, rules, methods, dealing with parameters which ensure the traffic of information between two or more devices in the substation automation system. Since the number of communication protocols has become a challenge for users and manufacturers, creating islands of information, the IEC-61850 standard seeks for harmonization of the different equipment and manufacturers, enabling the integration of data for maximum performance. The proposal of this work is the actual implementation, at the Energy Systems Laboratory from the University of Sao Paulo, of an infrastructure of data communication network, which allows experimentation, measurement, analysis and assessment of information, interoperability and interchangeability of supervision, control and protection equipment, especially Intelligent Electronic Devices (IEDs). In order to develop applications focused on the study of automation of substations between the process and bay levels, using the infrastructure mentioned above, a logic to bay control using data communication, as well as a logic for high voltage source switching are presented. These situations test information exchange using the IEC-61850 standard as a communication protocol, and the Ethernet network replacing parallel wiring. It also tests the interchangeability amongst IEDs from different manufacturers. There were in 100% of the cases tested, correct reception of commands using parallel wiring or GOOSE messages. From the results, the stability and efficiency of the implemented logic can be observed as well as a reduction in time required to exchange information in the system. Moreover, a behavior evaluation in time of GOOSE messages was implemented for different traffic and topology conditions, monitoring possible loss of messages. In all applications a methodology to specify the automation of discrete logic using the standard IEC-61850 was implemented, featuring concepts, such as the functional specification of the applications, data mapping, the definition of the type of logic node used, the configuration of GOOSE, as well as the allocation of data structure for each logical node. The results reflects in the laboratory environment the demands requested by an actual electric power system.