XXX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES – SBrT’12, 13-16 DE SETEMBRO DE 2012, BRASÍLIA, DF Análise de uma rede Smart Grid usando a norma IEC 61850 e dados de medições Fernando Petenel e Cristiano Panazio Resumo—Este artigo apresenta uma análise de uma rede Smart Grid baseada na norma IEC 61850 e em dados obtidos a partir de medições de parâmetros de equipamentos utilizados na área. O objetivo é explorar os limites operativos da rede, i.e., determinar a latência e casos de congestionamento que afetem a confiabilidade da mesma, através de diferente cenários encontrados na prática. Palavras-Chave—IEC 61850, Smart Grid, GOOSE, NS2. Abstract —This article presents an analysis of a Smart Grid network based on IEC 61850 standard and the data obtained through measurements of parameters from equipments used in such network. The main objective is to explore the operational limits of the network, i.e., determine the latency and congestion scenarios that affect the reliability of such network, through different and practical scenarios. Keywords— IEC 61850, Smart Grid, GOOSE, NS2. I. INTRODUÇÃO Para que os sistemas de fornecimento de energia elétrica possam atender à demanda crescente dos próximos anos, é necessário que, além do aumento de geração, sejam empregados métodos para otimizar o consumo e a distribuição de energia. Com esse intuito, surge a idéia de criar redes inteligentes chamadas Smart Grid. O termo Smart Grid é utilizado para denominar uma rede elétrica com comunicação digital, formada por uma variedade de tecnologias, cuja finalidade é integrar sistemas de automação, melhorar o aproveitamento dos sistemas elétricos de potência e prover suporte a novas aplicações. Para viabilizar esta tecnologia, são necessários amplos esforços na área de telecomunicações. No contexto destas redes, é necessário que sejam criadas normas que contemplem aspectos técnicos e políticos para integração dos sistemas. Analisando o histórico do desenvolvimento dos sistemas elétricos de potência, é possível perceber que a definição de arquiteturas e normatização sempre foi alvo de intensos debates (e.g., [1]). Todavia, a normatização é fundamental para que a interoperabilidade possa ocorrer, além de facilitar a escalabilidade. Em outras palavras, fabricantes de produtos, concessionárias de energia e consumidores devem entrar em acordo na estratégia e tecnologia de implantação destas redes. Tendo em vista tal questão, o padrão IEC 61850 foi criado com foco na comunicação em redes e sistemas de subestações [6]. Tal padrão visa a criação de um barramento de dados comum integrando a comunicação de dispositivos tais como disjuntores e dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs – Intelligent Electronical Devices), até sistemas de supervisão e controle. A grande vantagem por trás deste padrão se deve ao fato de permitir a redução de custos no projeto e instalação de sistemas de proteção. Esta redução de custos se deve a diversos fatores. Entre eles, a comunicação neste padrão é feita unicamente através de interfaces do tipo Ethernet (IEEE 802.3), fato que por si só reflete diretamente no momento da concepção do projeto dos painéis de proteção, reduzindo de forma significativa a necessidade de cabeamento, e tornando o desenvolvimento de lógicas de controle e automação mais simples de serem criadas em IEDs. Além destes fatores, é importante destacar também que a adoção da Ethernet facilita a interoperabilidade de dispositivos de diferentes fabricantes, bem como permite a simples adição de novos dispositivos no sistema. Em sistemas do tipo Smart Grid, a utilização de uma nova geração de relés de proteção é de fundamental importância. Estes dispositivos permitem a implementação de lógicas flexíveis, esquemas avançados de proteção, e, fundamentalmente, integrar diversas funções de proteção em um único dispositivo [3]. O aumento no uso deste tipo de relés fez também crescer a demanda pelo uso de comunicação, incluindo a comunicação entre relé e central supervisória, entre relé e outros equipamentos de subestações e entre relés. Nota- se então o porquê da necessidade do padrão IEC 61850. No topo das redes de subestações estão os sistemas de automação de subestações (SAS – Substation Automation Systems) que permitem realizar funções de automação para monitoramento, controle e proteção. A aplicação de SAS em subestações começou em meados dos anos 1980 e, desde então, vem aumentando para: i) atender aos requisitos do mercado, visando a queda nos custos totais; ii) permitir uma operação altamente efetiva próxima dos limites suportados pelos equipamentos utilizados na subestação; iii) otimizar os custos de manutenção [4]. A partir da década de 1990, os fabricantes destes sistemas começaram a utilizar padrões Ethernet, os protocolos TCP/IP e métodos proprietários para comunicação. As funções básicas de um SAS podem ser classificadas em monitoramento, controle, registros e proteção. É neste contexto que este trabalho visa fazer uma simulação de um SAS, utilizando o protocolo IEC 61850 e parâmetros obtidos com testes reais com IEDs, de modo a explorar os Fernando Petenel, ABB e Laboratório de Comunicações e Sinais (LCS) – Departamento PTC – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), Brasil; Cristiano Panazio, Laboratório de Comunicações e Sinais (LCS) – Departamento PTC – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), Brasil, E-mails: {fpetenel,cpanazio}@lcs.poli.usp.br