An Open-System Approach to Power System Protection and Control Integration

Abstract

Data packets based high-speed digital communications have opened the door for new types of applications in power system protection and control. The main obstacle in adopting Ethernet-type networks for time-sensitive communications was the data transfer characteristic of these networks. With baud rates in the gigabit-per-second range, the industry has started adopting the Ethernet networks as a viable alternative, not only because of their lower cost. This paper presents an open-system approach in which protective hardware equipment is designed to work in a clustered environment, sharing resources, data, and diagnostic functions with similar units. The Ethernet network, being capable to accommodate transparently a wide range of protocols, is used to connect the protective hardware. A model was developed for the Ethernet network to be incorporated into the power system simulation. The characteristics required from a digital relaying algorithm to be able to work with signal samples sent across data packets based networks are described in this paper. The proposed solution is implemented using a modified adaptive least-square-error algorithm and tested on a protection system that was integrated into the power system model. Index Terms-Datacommunication, open systems, power system protection, power system relaying, protective relaying, sampled data systems.

Study on SV packet transmission delay measurement of IEC 61850-9-2 process bus networks in smart substation

“…Diferentes variables afectan el rendimiento de una red de comunicaciones, aspectos como el ancho de banda, cantidad de IEDs, MUs y el continuo tráfico de información del bus de proceso hacen necesario que, independientemente de la marca de los equipos a integrar, se mantengan y garantice la interoperabilidad entre los mismos [7]. La transmisión de los valores obtenidos a partir de muestreos secuenciales de señales deberá conservar la mayor cantidad de información posible, y como se ha indicado previamente, su pérdida o retraso puede hacer que cada IED presente una respuesta que debe ser conocida y probada.…”

“…Metodología para evaluar la pérdida/retraso de información en IEDs caso de pérdida que sea mínima, ya que dicha pérdida puede ocasionar que el IED tenga errores de medida por encima de los límites aceptables[7], dependiendo del fabricante específico del equipo, se deben realizar estudios particulares para cada marca.Algunos autores presentan diferentes alternativas para estimar y corregir la pérdida o el retraso de paquetes de información en el IED, en[3] se desarrolla un algoritmo en Matlab que compensa y corrige la pérdida de información y previene operaciones inadecuadas del IED, dentro de los escenarios estudiados se identifican los efectos de perder o retrasar de 1 hasta 6 paquetes consecutivos de SV en el bus de proceso, concluyendo que la pérdida de hasta 3 valores muestreados no tiene un impacto significativo en la operación del IED.En[22] se implementa un FPGA como método para medir y corregir los retrasos ocasionados por los conmutadores o enrutadores utilizados para interconectar los IED´s.Cada fabricante de IED tiene implementados algoritmos internos con respuestas externas diferentes dependiendo de la función de protección y la contingencia específica, es decir que, si bien los datos siguen el estándar del bus de proceso, cada IED compensará o actuará de manera diferente durante la pérdida de información, especialmente, en los casos que no cuenten con esquemas complementarios que estimen la pérdida/retraso de esos paquetes de información. Algunas investigaciones relacionan la pérdida de información en el bus de proceso con el tráfico de información en el bus de proceso, haciendo necesario implementar una metodología para las pruebas y puesta en servicio de los IEDs que permita conocer el real comportamiento de los IEDs durante diferentes contingencias de información en el bus de proceso, identificando de la manera más precisa, la respuesta de las funciones de protección en los IEDs ante este tipo de contingencias.Para evaluar el efecto de la pérdida de paquetes en el IED durante eventos de falla con pérdida de información en el bus de proceso, se realizan simulaciones considerando diferentes niveles de pérdida de información, desde un SV hasta seis (6) SV consecutivos en diferentes tamaños de muestras, haciendo una pérdida progresiva de SV en cada simulación.…”