Comunicación de un transformador de corriente eléctrica a una protección bajo la norma IEC 61850

Abstract

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.