Mensagens em Sistemas Smart Grid

Os diferentes tipos de funções que caracterizam o Smart Grid usam vários tipos de mensagens. As funções também impõe diversos requerimentos de performance que devem ser considerados no projeto dos sistemas de proteção, controle, monitoramento e gravação da subestação.

Esses requerimentos precisam ser aplicados aos diferentes tipos de mensagem usadas em sistemas Smart Grid. IEC 61850 define esses requerimentos de performance, que são divididos em 2 classes independentes:

  • Para controle e proteção
  • Para aplicações de medições e qualidade de energia

Como as classes de performance são definidas de acordo com a funcionalidade, elas são independentes do tamanho da subestação. Os requerimentos para controle e proteção são maiores, por causa do efeito que o tempo de prevenção de falhas tem sobre a estabilidade do sistema. Na primeira edição do IEC 61850 é definido 3 Classes de Performance:

  • P1: Normalmente aplicada sobre a distribuição da subestação ou em casos onde baixa performance é aceita
  • P2: Normalmente aplicada na transmissão ou caso o usuário não especifique nada
  • P3: Normalmente aplicada na transmissão com altos requerimentos, como proteção de banda

No total, os requerimentos de performance dependem do tipo de mensagem. Tipo 1 é definido padrão para Mensagens Rápidas. Como Trip (Tipo 1A) é a mensagem rápida mais importante da subestação, ela tem requerimentos mais criteriosos que todas as outras mensagens rápidas. Para Classe de Performance P1, o tempo total de transmissão deve ser de meio período já para as Classes de Performance P2/3, é o tempo é de um quarto de ciclo.

Todas as outras mensagens rápidas são definidas como Tipo 1B. Elas também são importantes para a interação dos sistemas autonomos com os processos, mas tem requerimentos mais brandos comparado ao Trip. Para a Classe de Performance P1, o tempo total de transmissão deve ser não mais de 100ms, enquanto que para P2/3 deve ser de um ciclo. Essas mensagens são mandadas normalmente pelas interfaces IF3, IF5 e IF8.

Tipo 2 define mensagens de velocidade média, para quais o tempo em que a mensagem se origina é importante, mas o tempo de transmissão nem tanto. Informação sobre o estado e medidas são enviadas por esse tipo de mensagem, que normalmente utilizam as interfaces IF3,IF8 e IF9, sendo o tempo total de transmissão não maior que 100ms.

Mensagens de baixa velocidade são definidas como Tipo 3 e incluem mensagens complexas que normalmente contém o tempo de criação. Esse tipo deve ser usado para funções de automação lenta, mudanças de preferências ou outros parâmetros de configuração, transmissão de eventos, gravação de falhas. O tempo total de transmissão, não pode passar de 500ms. Quase todas as interfaces lidam com esse tipo de mensagem, como a IF1, IF3, IF4, IF5, IF6, IF7, IF8 e IF9.

Tipo 4 define mensagens de dados crus, como a saída da digitalização de transdutores e transformadores de instrumentos digitais, independente da tecnologia do transdutor(magnético, ótico, etc.). Os dados consistem de um fluxo contínuo de dados sincronizados para cada IED, intervalados com dados de outros IED. Essas mensagens são tipicas para interfaces IF4 e, em algumas aplicações, IF8. O tempo de transmissão para P1 é espacificado em 10ms, enquanto que para P2 e P3 deve ser 3ms.

Tipo 5 de mensagens é usado para transferir grandes arquivos de gravação de dados, finalidade de informações, configurações, etc. Como a rede da subestação é usada para transmição de todos os outros tipos de mensagem, o arquivo de dados transferido deve ser dividido em blocos de tamanho limitado, para permitir a comunicação das outras atividades que utilizam a rede. Normalmente, o tamanho da mensagem é de 512 ou mais bits. Como o tempo de tranferência não é algo crítico, não há limites específicos. Os tempos requeridos costumam ser de 1 segundo ou mais. Se a transferência de arquivo for requisitada por um cliente remoto(localizado fora da subestação), irá precisar de alguma forma de controle de acesso, ou seja, comunicação de tipo 7 será utilizada.

Mensagens para sincronização de tempo são definidas como do Tipo 6, e são utilizadas para sincronizar os relógios internos do IED do sistema de automação da subestação. Os requerimentos para acurácia do tempo de sincronização são únicos para cada aplicação. Como resultado, diferentes formas comunicaçãos serão utilizadas. Dependendo do propósito(marcação do tempo de eventos ou acurácia da amostragem de dados crus), diferentes classes de acurácia da sincronização do tempo serão precisas.

Tipo 7 especifica mensagens de Comando com controle de acesso e são usadas para transferir comandos de controle para um HMI local ou remoto. Essas funções normalmente precisam de um grau maior de segurança, e devem incluir alguma forma de controle de acesso. Essas mensagens de comando normalmente vão das funções de nível da subestação para a unidade ou os equipamentos/processos de nível dos IEDs, e cobrem IF1, IF6 e IF7.