Avaliação de redes privativas 5G para sistemas de automação de subestações elétricas em conformidade com a Norma IEC 61850

Abstract

Sistemas de Automação de Subestações (SAS) são formados por um conjunto integrado de tecnologias, protocolos e processos destinados ao monitoramento, controle e proteção de equipamentos elétricos de uma subestação de energia elétrica, seja no nível de transmissão ou de distribuição de energia. Esses sistemas utilizam dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) distribuídos, além de interfaces centralizadas para aumentar a eficiência operacional, melhorar a confiabilidade e reduzir o tempo de resposta em situações de falha. Os principais protocolos de comunicação para esses sistemas são padronizados através das normas IEC 61850 e ISO/IEC 9506. Embora esses sistemas baseados em norma sejam amplamente adotados, atualmente identifica-se que existem lacunas na norma que podem ser investigadas pela comunidade científica. Uma delas é o fato de que partes da norma indicam a possibilidade de implementação de comunicação sem fio, sem ainda definir como e quais tecnologias podem ser utilizadas na transmissão de dados em conformidade com a Norma IEC 61850. Nesse contexto, as redes móveis celulares de quinta geração (5G) têm se mostrado escolhas promissoras no uso em SAS. Algumas razões consistem no fato de que estas redes poderem alcançar atrasos na ordem de poucos milissegundos, além de terem baixas perdas de pacotes. Este trabalho avaliou, por meio de simulação computacional, uma proposta para um modelo de rede móvel celular de quinta geração (5G) na faixa espectral em torno de 3,7 GHz, aplicado em uma Subestação de Energia Elétrica, com o objetivo de atender requisitos de tempo e confiabilidade da norma IEC 61850.

Abstract: Substation Automation Systems (SAS) consist of an integrated set of technologies, protocols and processes designed to monitor, control and protect electrical equipment in a power system substation, whether at the transmission or distribution level. These systems use Intelligent Electronic Devices (IEDs) and centralized interfaces to increase operational efficiency, improve reliability and reduce response time in failure situations. The main communication protocols for these systems are standardized through the IEC 61850 and ISO/IEC 9506 standards. Although these standard-based systems are being widely adopted, it is currently identified that there are standard gaps that might be investigated by the scientific community. One of them is the fact that parts of the standard indicate the possibility of implementing wireless communication, without yet defining how and which technologies can be used in data transmission compliant to IEC 61850 Standard. In this context, fifthgeneration cellular mobile networks (5G) have shown promising choices for use in SAS. Some reasons consist in fact that these networks can achieve delay rates in the order of few milliseconds, in addition to having low packet losses. This work evaluated, via computational simulation, a proposal for a fifth-generation (5G) cellular mobile network model in the spectral band around 3.7 GHz, applied in a power system substation, in order to meet time and reliability requirements of the IEC 61850 standard.