Estudo e Implementação do Protocolo PRP em Sistemas Embarcados Relacionados ao Ambiente IEC 61850

Abstract

Subestações possuem muitos equipamentos para supervisão, proteção e controle, conectados em rede. A norma IEC 61850 estabelece um padrão de rede de comunicação em subestações que garante interoperabilidade entre equipamentos de diversos fabricantes. A segunda edição da norma sugere como soluções de redundância de rede, os protocolos PRP/HSR presentes na norma IEC 62439. A empresa Reason Tecnologia S/A, já consagrada nas áreas de desenvolvimento de equipamentos para oscilografia, qualidade de energia e sincronismo temporal, está desenvolvendo produtos na linha de proteção elétrica para subestações, compatíveis com a norma IEC 61850 e que adotam as soluções de redundância proposta por ela, o PRP/HSR. O PRP utiliza o conceito de equipamento com duas portas Ethernet enviando simultaneamente dados duplicados em duas redes locais independentes. O envio de dados duplicados exige que o receptor consiga identificar e descartar as duplicações. A duplicação dos dados e detecção de mensagens duplicadas é feito na camada de enlace de dados através de uma entidade chamada “Link Redundancy Entity” (LRE), implementado em software ou hardware. O trabalho descrito nesse documento foi realizado na Reason e criou um circuito lógico digital que realiza o LRE, com o objetivo de integra-lo aos novos produtos da empresa para que eles ofereçam a solução de redundância PRP. Esse circuito foi construído em um FPGA utilizando VHDL para programação. Ao longo desse documento é apresentado o projeto proposto e a implementação do circuito digital do LRE, assim como o algoritmo para detecção das mensagens duplicadas: um misto de tabela hash com buffer circular. Ao final do documento são apresentados os testes que validaram o funcionamento do LRE criado nesse trabalho e as perspectivas futuras do projeto.

Substations have several equipment for monitoring, protection and control, all connected in a network. The IEC 61850 establishes a standard for communications network in substations that ensures interoperability between equipment from different manufacturers. The second edition of the standard suggests as network redundancy solution, the PRP/HSR protocols presented in IEC 62439. The Reason Tecnologia S/A company already leads the market of electrical energy oscilography, power quality and time synchronization equipments, is developing power protection products for substations that are compliant to the IEC 61850 standard and adopt the network redundancy solutions proposed by it, the PRP/HSR. The PRP uses the concept of equipments that have two Ethernet ports simultaneously sending duplicated data in two independent local networks. Sending duplicated data requires that the receiver be able to identify and discard the duplicates. The data duplication and the detection of duplicated messages occur at the data link layer by an entity called “Link Redundancy Entity” (LRE), implemented in software or hardware. The work described in this document was produced in Reason and created a digital logic circuit that performs the LRE, in order to integrate it to the company’s new products. This circuit was built in a FPGA utilizing VHDL for programming. Throughout this paper we present the proposed design and implementation of the digital circuit of the LRE, as well as the algorithm to detect duplicate messages: a mixture of hash table with circular buffer. At the end of the document, the tests that validated the LRE’s operation are presented along with the project’s future prospects.