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Tipo: TCC
Título: Sistema de recomposição automática distribuído baseado em vIED de proteção multifunção padrão IEC 61850
Autor(es): Monteiro, Matheus de Souza
Orientador: Sampaio, Raimundo Furtado
Coorientador: Leão, Ruth Pastôra Saraiva
Palavras-chave em português: Virtualização;Sistema elétrico de potência;Recomposição automática;Sistema de distribuição;Container docker
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2025
Citação: MONTEIRO, Matheus de Souza. Sistema de recomposição automática distribuído baseado em vIED de proteção multifunção padrão IEC 61850. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Os sistemas de distribuição de energia elétrica em média tensão tradicionalmente operam com topologias radiais, que apresentam baixa confiabilidade e baixo investimento em tecnologia e automação. Isso cria um fator limitante para a evolução rumo às Redes Elétricas Inteligentes (REI), cuja inteligência depende de sua infraestrutura. A automação da distribuição é um dos principais pilares para essa transição, integrando tecnologias avançadas como SCADA, sensores, chaves e religadores automatizados, redes de comunicação e relés digitais (IEDs). Para garantir a interoperabilidade nesse ambiente com múltiplos fornecedores, a norma IEC 61850 se destaca, oferecendo modelos de informações padronizados e uma estrutura orientada a objetos para todos os componentes, desde a subestação até o consumidor final. Este trabalho avança no conceito de REI e apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Recomposição Automático Distribuído (SRAD). O sistema utiliza IEDs de proteção e Merging Units (MU) virtualizados, aplicados a uma rede de distribuição de 13,8 kV do campus universitário do Pici, na Universidade Federal do Ceará. Para a criação dos dispositivos virtuais (vIEDs e vMUs), foram utilizados containers Docker, permitindo que um único hardware hospede múltiplas instâncias virtuais, cada uma funcionando como um dispositivo distinto. A flexibilidade do sistema foi demonstrada com a utilização de bibliotecas de modelagem e arquivos de configuração XML da norma IEC 61850, para dispositivos de diferentes fabricantes. A comunicação entre os dispositivos da rede de distribuição é essencial para o funcionamento do SRAD, sendo realizada por meio de protocolos da norma IEC 61850, como as mensagens GOOSE e SV para comunicação entre vMUs e vIEDs, mensagens GOOSE entre vIEDs e mensagens MMS para a interface com o sistema SCADA. Para validar o sistema, foi montada uma plataforma PAC. Essa plataforma incluía notebooks para a criação e monitoramento dos containers, um computador industrial para hospedar o SCADA ELIPSE, um switch gerenciável e GPS de sincronização. Através de vLANs no switch, foi possível modelar o barramento de processo, bay e estação. Os testes de validação do SRAD foram conduzidos com a simulação de faltas em diversos trechos da rede, e o comportamento do sistema foi analisado em tempo real pelo SCADA, que está totalmente integrado, e pelo software de análise de tráfego de rede Wireshark. Como resultado, foi comprovado o pleno funcionamento do SRAD. O trabalho demonstra uma abordagem eficaz para a recomposição automática de um sistema, utilizando um algoritmo inteligente distribuído entre os vIEDs de proteção da rede de distribuição. O sistema desenvolvido também válida o conceito de uso de dispositivos virtualizados em subestações inteligentes, o que representa um avanço na viabilização de testes complexos e robustos de proteção, automação e controle para sistemas elétricos mais complexos.
Abstract: Traditional medium-voltage electrical power distribution systems operate with radial topologies, which offer low reliability and low investment in technology and automation. This creates a limiting factor for the evolution towards Smart Grids (SG), whose intelligence depends on their infrastructure. Distribution automation is one of the main pillars for this transition, integrating advanced technologies such as SCADA, sensors, automated switches and reclosers, communication networks, and digital relays (IEDs). To ensure interoperability in this multi-vendor environment, the IEC 61850 standard stands out, offering standardized information models and an object-oriented structure for all components, from the substation to the end consumer. This work advances the concept of REI and presents the development of a Distributed Automatic Reclosing System (SRAD). The system uses virtualized protection IEDs and Merging Units (MU), applied to a 13.8 kV distribution network on the Pici campus of the Federal University of Ceará. Docker containers were used to create the virtual devices (vIEDs and vMUs), allowing a single piece of hardware to host multiple virtual instances, each functioning as a separate device. The flexibility of the system was demonstrated with the use of modeling libraries and XML configuration files from the IEC 61850 standard for devices from different manufacturers. Communication between distribution network devices is essential for the SRAD to function, and is carried out using IEC 61850 protocols, such as GOOSE and SV messages for communication between vMUs and vIEDs, GOOSE messages between vIEDs, and MMS messages for interfacing with the SCADA system. To validate the system, a PAC platform was set up. This platform included notebooks for creating and monitoring containers, an industrial computer to host the ELIPSE SCADA, a manageable switch, and a synchronization GPS. Through vLANs on the switch, it was possible to model the process bus, bay, and station. SRAD validation tests were conducted with fault simulation in various sections of the network, and the system's behavior was analyzed in real time by SCADA, which is fully integrated, and by Wireshark network traffic analysis software. As a result, the full functioning of SRAD was proven. The work demonstrates an effective approach to automatic system restoration using an intelligent algorithm distributed among the distribution network protection vIEDs. The developed system also validates the concept of using virtualized devices in smart substations, which represents an advance in enabling complex and robust protection, automation, and control tests for more complex electrical systems.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82803
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0001-1097-9051
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/1567722137143593
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9936530790182581
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0001-6711-7607
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/8551048513174462
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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