Se realiza el diseño de un prototipo de protección y teleprotección de línea de transmisión de ultra alta tensión, siguiendo el estándar universal para subestaciones eléctricas especificado en la norma IEC 61850. Se simula su funcionamiento ubicándolo en la subestación La Arenosa, a la espera de un código permisivo para desconexión de carga por contingencia en la línea a 765 kV, específicamente en el vínculo: San Gerónimo – La Arenosa. Con la ocurrencia de un evento, los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) ubicados en la subestación San Gerónimo, cuya función es sensar valores de corriente, tensión y reactivos de la línea, notifican al servidor GOOSE que realice el envío de mensajes de alta prioridad al prototipo ubicado en la subestación La Arenosa y este, a su vez, ejecute una desconexión selectiva de carga según la información contenida en el mensaje. Todo el procedimiento no debe exceder el tiempo máximo exigido para la maniobra, tomando en cuenta los retardos de procesamiento de los IED involucrados, el medio de transmisión, el retardo del prototipo y tiempo de apertura del relé. En el análisis de resultados se comprueban empíricamente los cálculos obtenidos en la teoría, relativos al tiempo de transmisión.
Índice General
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
JUSTIFICACIÓN
OBJETIVOS
ANTECEDENTES
CAPÍTULO II
GENERALIDADES Y ASPECTOS TEÓRICOS
2.1. Descripción general de la línea troncal de transmisión de 765 kV
2.1.1. Esquema general de una subestación de ultra alta tensión
2.1.2. Sistema de protecciones
2.1.2.1. Sistemas de protección de líneas de transmisión
2.1.2.2. Sistemas de protección a interruptores
2.1.3. Causas de funcionamiento anormal en los sistemas de potencia
2.2. Descripción del estándar IEC 61850
2.2.1. Arquitectura de la subestación
2.2.2. Niveles e Interfaces Lógicas
2.2.3. Nodos lógicos (LN) y Funciones
2.2.4. Modelo jerarquizado de información
2.2.5. Clases genéricas de datos
2.2.6. Dispositivo Lógico
2.2.7. Modelo de Servicios Abstractos de Comunicación (ACSI)
2.2.8. Eventos Genéricos de la Subestación (GSE)
2.2.9. Lenguaje de configuración (SCL)
2.2.10. Modelo (SCL)
2.2.11. Descripción de los tipos de archivo SCL
2.2.12. Estructura del estándar
2.3. Prototipo de Teleprotección Remoto (TPR)
2.3.1. Arduino UNO R3
2.3.2. Ethernet Shield Arduino
2.3.3. Entorno de Desarrollo Integrado (IDE)
2.3.4. Estructura de un programa
2.4. Dispositivo Electrónico Inteligente (IED) simulado
2.5. Herramientas para el análisis de información
2.5.1. libIEC61850
2.5.2. Wireshark (Analizador de protocolos Ethernet)
CAPÍTULO III
MODELADO Y DISEÑO DEL PROTOTIPO
3.1. Alcance y requerimientos
3.2. Modelo conceptual
3.3. Diseño del prototipo TPR
3.3.1. Hardware
3.3.2. Software
3.4. Análisis de tramas Ethernet tipo GOOSE bajo la norma IEC 61850
3.4.1. Desarrollo de algoritmos para publicación de mensajes GOOSE
3.4.2. Desarrollo de algoritmos para la interpretación de tramas en el Prototipo
3.4.3. Herramienta de monitoreo
CAPÍTULO IV
SIMULACIÓN Y ANÁLISIS RESULTADOS
4.1. Equipos utilizados
4.2. Esquema de montaje
4.3. Procedimiento
4.4. Fiabilidad del Prototipo
4.4.1. Muestreo en diferentes condiciones de espacio y tiempo
4.4.2. Muestreo con presencia de tráfico en la red
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BIBLIOGRAFÍAS
Objetivos y Temas de Investigación
El objetivo principal de este trabajo es el diseño de un prototipo de protección y teleprotección para líneas de transmisión de ultra alta tensión (765 kV), cumpliendo con el estándar internacional IEC 61850. La investigación busca demostrar la viabilidad operativa de implementar este estándar universal para mejorar la interoperabilidad y modernización de las subestaciones eléctricas venezolanas.
- Diseño de un prototipo de hardware basado en Arduino y Ethernet Shield.
- Implementación de la comunicación basada en el estándar IEC 61850 utilizando mensajes GOOSE.
- Análisis y simulación del rendimiento de las tramas Ethernet en condiciones de alta prioridad.
- Validación de tiempos de transmisión de fallas en un entorno controlado.
Auszug aus dem Buch
Diseño del prototipo TPR
El diseño del prototipo de teleprotección remota (TPR) consiste en utilizar una placa Arduino UNO R3 acoplada a un Shield Ethernet, el cual proporciona capacidades integradas para el mapeo de la capa física (PHY). Mediante este procedimiento, en modo promiscuo, un algoritmo ubicado en el microprocesador ATMEGA 328 interpreta todas las señalizaciones presentes en la capa física mediante las funciones provistas por el chip W5100 con el fin de detectar y procesar las tramas de prioridad tipo GOOSE. Una vez detectada una función de actuación, el microprocesador activa un conjunto de relés que emiten las señales de tensión a los equipos responsables de realizar los disparos teletransferidos a las subestaciones que finalmente realizan las desconexiones de las cargas A, B y C. Se realiza el monitoreo de transferencia de potencia con un software de desarrollo propio y se analizan las tramas GOOSE mediante un analizador de protocolos. Se utiliza un algoritmo que genera datos aleatorios crecientes para simular el incremento de la potencia transmitida por la línea de ultra alta tensión.
Resumen de los Capítulos
INTRODUCCIÓN: Presenta la importancia de la modernización del sistema eléctrico nacional y la necesidad de adoptar el estándar IEC 61850 para mejorar la supervisión y protección.
CAPÍTULO I: Define el problema de la falta de interoperabilidad en sistemas de protección actuales y establece los objetivos de investigación.
CAPÍTULO II: Explica los fundamentos teóricos sobre el sistema de transmisión de 765 kV, las protecciones eléctricas y la estructura técnica del estándar IEC 61850.
CAPÍTULO III: Detalla el desarrollo del prototipo, incluyendo la selección del hardware (Arduino, Ethernet Shield) y el desarrollo de algoritmos para la gestión de mensajes GOOSE.
CAPÍTULO IV: Describe las pruebas de simulación realizadas, el análisis de los tiempos de transmisión de los mensajes y la fiabilidad del prototipo bajo tráfico de red.
Palabras Clave
Teleprotección, IEC 61850, GOOSE, subestación eléctrica, automatización, transmisión, 765 kV, IED, Ethernet, hardware, Arduino, interoperabilidad, seguridad, relés, tiempo de respuesta.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es el enfoque principal de este proyecto?
El proyecto se centra en el diseño de un prototipo de teleprotección para líneas de transmisión de ultra alta tensión bajo el estándar IEC 61850, enfocándose específicamente en la capacidad de procesar mensajes GOOSE de alta prioridad.
¿Qué campos temáticos abarca la investigación?
La investigación cubre la automatización de subestaciones, el modelado de datos bajo el estándar IEC 61850, la programación de microcontroladores y el análisis de protocolos de comunicación en redes industriales.
¿Cuál es la pregunta de investigación o el objetivo principal?
El objetivo fundamental es diseñar y validar un prototipo de bajo costo que sea capaz de interconectarse y realizar disparos de protección siguiendo el estándar IEC 61850, asegurando tiempos de respuesta aceptables para el sistema eléctrico nacional.
¿Qué metodología científica se emplea?
Se utiliza una metodología basada en el diseño de ingeniería electrónica y experimental, simulando un entorno de subestación real para medir la latencia y fiabilidad en la transmisión de datos mediante el uso de analizadores de protocolos.
¿Qué temas se tratan en el cuerpo principal del trabajo?
Se abordan la arquitectura jerárquica de la norma IEC 61850, el diseño de hardware con Arduino, el desarrollo de librerías para la interpretación de tramas GOOSE y el análisis de resultados mediante gráficas de dispersión de tráfico.
¿Cuáles son las palabras clave que definen la obra?
Los términos más relevantes incluyen Teleprotección, IEC 61850, GOOSE, subestación eléctrica, automatización, transmisión de 765 kV y hardware de bajo costo.
¿Cómo logra el prototipo manejar la alta prioridad de los mensajes GOOSE?
El prototipo utiliza el chip Ethernet W5100 en modo promiscuo, lo que le permite capturar directamente las tramas de la capa de enlace, evitando la sobrecarga de capas superiores del modelo OSI y reduciendo el tiempo de latencia.
¿Qué relevancia tienen las pruebas con la herramienta PackETH?
Estas pruebas sirven para validar la resiliencia del prototipo al contaminar el medio físico con tráfico de red, demostrando que el prototipo mantiene un rendimiento estable dentro de los márgenes recomendados por el estándar.
- Arbeit zitieren
- Pablo Eduardo Romero Oestreicher (Autor:in), 2016, Diseño de un prototipo de protección y teleprotección de línea de transmisión de ultra alta tensión bajo el estándar universal de subestaciones eléctricas IEC 61850, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/338866
