Comunicación de un transformador de corriente eléctrica a una protección bajo la norma IEC 61850
Resumen
El objetivo del proyecto es desarrollar una comunicación de un transformador de
corriente eléctrica a una protección de corriente, siguiendo la norma IEC 61850. Todos
los programas se hicieron con Microsoft Visual C++.
Esa norma define las especificaciones para modelos de componentes de tipo de
transductores de corriente o de tensión y de protecciones. Al principio fue fundada para
que haya una única norma que define los métodos de conexión entre dispositivos de
diferentes fabricantes, lo que no existía antes.
Está ahora en curso de desarrollo y falta el sistemas de pruebas para ver el
rendimiento dado por esto nuevo estándar. El proyecto tenía entonces que hacer el
modelo de un transformador a un lado y una protección por otro lado, utilizando las
especificaciones de la norma. Las partes IEC 91850-7-1 hasta IEC 61850-7-4 definen
sucesivamente los campos que se encuentran en los diferentes componentes, en función
de los requisitos. Esos datos se guardan en un fichero XML que se lee después por un
programa, saliendo las valores necesarios y poniéndolos en un fichero texto. El fichero
funciona como un base de datos, guardando las valores del corriente de salida del
transformador en función del tiempo.
Los datos contenidos en esos modelos se utilizan después en una comunicación. Se
define en la parte IEC 61850-9-1 como un enlace serie unidireccional multipunto a
punto. Es decir que un programa envía los datos del transformador, que vienen de la
descripción XML, a la protección. Los requisitos de esta comunicación son muy
concisos. Debe estar una trama ethernet sin conexión (con datagramas) con una
dirección broadcast, es decir que se recibe por todos los ordenadores sobre la red. La
estructura exacta de esa trama se define en el documento del IEC 61850-9-1.
Empecé por estudiar la norma y desarrollar los ficheros XML que contienen a
un lado los datos del transformador de corriente eléctrica y al otro lado la protección sobre el corriente instantánea. Después hice un programa que se encarga de recuperar
los datos contenidos en un fichero XML.
El paso siguiente estaba de buscar por las diferentes funciones que pemiten una
comunicación entre dos aplicaciones que se encuentran en ordenadores diferentes.
Encontré en primer lugar a las sockets Windows que utilizan el protocolo TCP/IP para
una comunicación fácil entre ordenadores distintos. Después de obtener una
comunicación de una trama como definida en la parte 9-1 de la norma, vi que
este protocolo no es viable para mi caso. En efecto, las sockets se encargan de mucho
durante el desarrollo de la comunicación y entonces añaden informaciones adicionales a
la trama de base además de concatenarla. Como las especificaciones de la estructura de
la trama están muy bien establecidas en el estándar, había que buscar para otro sistema
de comunicación, más de acuerdo con la norma.
Otra función que existe en Windows para iniciar una comunicación en ordenadores en
el mismo LAN (Local Area Network) es la función NetBIOS (Network Binary
input/Output System). Permite también el envío y la recepción de datos de todos
formatos fácilmente y de diferentes maneras. En mi caso utilizo una comunicación sin
conexión y con una dirección broadcast, precisada en la norma. A un lado, una
clase se ocupa de la parte del transformador (o "cliente") que envía unos APDUs
Upplication - Protocol Data Unit) compuesto de los datos definidos en el estándar. Un
APDU puede contener varios ASDUs Upplication _ Service Data Unit). Hay dos tipos
de ASDU: uno que guarda las muestras que vienen del transformador (como el corriente
de salida) y el otro sus valores de estado de funcionamiento. Al otro lado la clase del
"server" simula la actividad de la protección, recibiendo las muestras del transformador.
Una interfaz de usuario va con el programa con la función NetBIOS. Permite al usuario
elegir si quiere simular la parte del transformador o de la protección, y regular los
envíos o recepciones, en función de donde se sitúa. Los campos claves que ayudan a
hacer pruebas sobre el número máximo de muestras por segundo que se puede enviar o
recibir se arreglan desde la interfase de usuario. También los reportes de errores u otros,
como el número de tramas perdidas durante la comunicación, se marcan en la pantalla,
con la curva representando las valores de corriente enviadas o recibidas.
Un cálculo del rendimiento máximo que se puede obtener por la comunicación de los
APDUs de la norma IEC 61850-9-1 se hizo con el programa NetBIOS . Por eso, se
probó en diferentes condiciones el numero máximo de muestras que se puede transmitir
sin que ningún problema ocurra. Como he dicho antes, se puede enviar en la misma trama varias muestras. El mejor rendimiento se encontró en el caso de un envío simultaneo de
100 muestras, es decir 100 ASDUs en un APDU, cada 10.02ms. Esto da entonces un
rendimiento máximo de 9980 muestras/s. Dado que una trama NetBIOS con cien
ASDUs se compone de 7031 octetos, el rendimiento es también de 5,6Mbits/s.
El problema que encontré con NetBIOS es que añade datos propios en cabecera a la
trama definida en la norma. Entonces el verdadero paquete que circula en la red tiene
informaciones a demás que las autorizadas por el estándar. Entonces la solución ideal
para el desarrollo de la comunicación según el IEC 61850-9-1 será de utilizar un
programa que permite el envío de datos netos, es decir sin añadir nada a la trama
ethemet pura. Eso está posible con el programa WinPCap. Solamente por falta de
tiempo no pude alcanzar una comunicación completa con el.
De los objetivos propuestos al principio por el proyecto, lo más importantes se alcanzaron.
La descripción XML y su interpretación por un programa funcionan bien. El programa
de comunicación con NetBIOS con su interfase permite de probar fácilmente una
conexión de un ordenador a otro en diferentes condiciones.