Dispositivo y sistema de automatización de subestación.

Un dispositivo de automatización de subestación SA (1) adaptado para conexión a un bus de estación (41) de unasubestación de un sistema de distribución o transmisión de corriente eléctrica y que tiene múltiples unidades deprocesado PU (21,

22, 23) en una sola placa como hardware de procesado principal en la que un primer y unsegundo entorno de ejecución (11-12) son creados por medio de técnicas de virtualización (10), donde una primera yuna segunda funcionalidad son asignadas al primer y al segundo entorno de ejecución (11-12), respectivamente,caracterizado porque la primera y la segunda funcionalidad son funcionalidades de subestación a nivel de sistemade un conjunto incluyendo funcionalidades de Control de Supervisión y Adquisición de Datos SCADA, puerta deenlace, ingeniería y cortafuegos.

Dispositivo y sistema de automatización de subestación Campo de la invención La invención se refiere al campo de la automatización de subestación para subestaciones de redes de transmisión de potencia de voltaje alto o medio.

Antecedentes de la invención Las subestaciones en redes de potencia de voltaje alto y medio incluyen dispositivos primarios tales como cables eléctricos, líneas, barras bus, conmutadores, transformadores de potencia y transformadores de instrumento, que por lo general están dispuestos en centros y/o compartimientos de conmutación. Estos dispositivos primarios operan de forma automatizada mediante un sistema de automatización de subestación (SA) . El sistema SA incluye dispositivos secundarios, entre los que los dispositivos electrónicos inteligentes (IED) son responsables de la protección, el control y la supervisión de los dispositivos primarios. Los dispositivos secundarios pueden ser asignados a niveles jerárquicos, es decir, el nivel de estación, el nivel de compartimiento, y el nivel de proceso, estando separado éste último del nivel de compartimiento por la denominada interfaz de proceso. Los IEDs en el nivel de estación del sistema SA comparten, al menos en cierta medida, la misma configuración y/o información acerca de la subestación, e incluyen i) un PC de estación u ordenador de supervisión en el que se ejecuta software de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) , e incluyendo una estación de trabajo de operador (OWS) con una interfaz hormemáquina local (HMI) para presentar el estado del equipo primario (posición de conmutación, corriente/voltajes) ,

ii) una puerta de enlace para comunicación con un centro de control de red (NCC) u otras estaciones, y para convertir información de protocolo;

iii) un PC de ingeniería incluyendo una estación de trabajo de operador para modificar o actualizar la configuración del PC de estación, específicamente de los sistemas HMI y SCADA;

iv) un cortafuegos – que separa el bus de estación de otras redes, tal como la red corporativa.

Las tareas, los procesos o las funciones a nivel de estación antes enumerados se ejecutan en dispositivos dedicados (puertas de enlace, cortafuegos) , o en PCs industriales (HMI local, PC de ingeniería) . Los IEDs a nivel de estación están conectados a un bus de estación que cumple convencionalmente la finalidad de intercambiar órdenes e información de estado entre IEDs al nivel de estación y las unidades de compartimiento o IEDs de protección y/o control a nivel de compartimiento. Finalmente, los dispositivos secundarios a nivel de proceso incluyen sensores para mediciones de voltaje (VT) , corriente (CT) y densidad de gas, sondas de contacto para detectar las posiciones de cambio de conmutador y toma de transformador, y/o accionadores (E/S) para cambiar posiciones de toma de transformador, o para controlar conmutadores como disyuntores de circuito o desconectores.

Un estándar de comunicaciones para comunicación entre los dispositivos secundarios de una subestación ha sido introducido por el Comité Electrotécnico Internacional (IEC) como parte del estándar IEC 61850 titulado “redes y sistemas de comunicación en subestaciones”. Para mensajes de tiempo no crítico, IEC 61850-8-1 especifica el protocolo de la especificación de mensajes de fabricación (MMS, ISO/IEC 9506) en base a una pila de protocolos reducida de interconexión de sistemas abiertos (OSI) construida sobre el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el protocolo de Internet (IP) en la capa de transporte y red, respectivamente, y sobre Ethernet y/o RS-232C como medios físicos. Para mensajes basados en eventos de tiempo crítico, IEC 61850-8-1 especifica los eventos de subestación orientados a objetos genéricos (GOOSE) directamente en la capa de enlace de Ethernet de la pila de comunicación. Para señales que cambian periódicamente muy rápidamente al nivel de proceso, tal como voltajes o corrientes analógicos medidos, IEC 61850-9-2 especifica el servicio de Valor Muestreado (SV) , que, de forma análoga a GOOSE, se construye directamente sobre la capa de enlace de Ethernet. Por lo tanto, el estándar define un formato para publicar, como mensajes multidifusión en un Ethernet industrial, mensajes basados en eventos y datos de medición digitalizados procedentes de sensores de corriente o voltaje al nivel de proceso como un sucedáneo a cableado de cobre tradicional.

Consiguientemente, SV u otros datos de proceso pueden ser transmitidos por un bus de proceso entre compartimientos, poniendo la información transmitida a disposición de compartimientos contiguos. Para instalaciones de costo razonable tal como en subestaciones de voltaje medio o bajo, el bus de proceso entre compartimientos y el bus de estación pueden estar unidos en una sola red de comunicaciones. Suponiendo que la información necesaria para ejecutar funcionalidad de protección y control sea compartida a través de un bus, los conceptos emergentes de “subestación digital” abren nuevas posibilidades de protección y control centralizados. Por ejemplo, dispositivos análogos a PC a nivel de estación no solamente servirían como una puerta de enlace o consola HMI, sino que también alojarían funcionalidad de seguridad para los dispositivos IED de compartimiento, o ejecutarían esquemas

de protección a escala de estación tal como protección de barra bus.

La patente US 6.550.020 reivindica un sistema de procesado de datos con al menos un circuito integrado CI conteniendo una unidad central de proceso que incluye al menos núcleos de procesado primero y segundo. Cada uno de los núcleos de procesado incluye un conjunto completo de los componentes utilizados por una CPU mononúcleo convencional para tomar, descodificar y ejecutar instrucciones y transferir información a y de otras partes del sistema de procesado de datos tal como un almacenamiento global de datos o memoria compartida. El CI también incluye facilidades de entrada que reciben entrada de control que especifica cuál de los núcleos de procesado ha de ser utilizado, por ejemplo para utilizar el segundo núcleo como un primer núcleo de procesado virtual al determinar que el primer núcleo está inactivo o defectuoso. A este extremo, el CI incluye lógica de configuración que descodifica dinámicamente la entrada de control y, en respuesta, controla selectivamente la recepción de señales de entrada y la transmisión de señales de salida de uno o más núcleos de los núcleos de procesado según la entrada de control.

En tecnología informática avanzada, una capa de virtualización dispuesta entre el hardware físico de un sistema de cálculo y uno o más sistemas operativos huéspedes que se ejecutan en dicho hardware soporta distintos entornos de ejecución, o máquinas virtuales VM, a las que son asignados los sistemas operativos huéspedes. Los sistemas huéspedes son independientes uno de otro, es decir no conocen la existencia de los otros sistemas huéspedes. Para ello, la capa de virtualización virtualiza, o divide, todos los recursos de hardware físicamente disponibles requeridos por los sistemas huéspedes, por ejemplo CPU, dispositivos de memoria de almacenamiento, dispositivos de E/S tales como tarjetas de red o adaptadores, impresoras, pantallas. Un solo sistema operativo huésped corre o se ejecuta en cada máquina virtual, y, a su vez, una o más aplicaciones se ejecutan en el sistema operativo huésped y se comportan como si se estuviesen ejecutando en su propio ordenador real dedicado.

La patente US 7.299.468 describe una gestión automática de recursos para un sistema operativo de máquina virtual incluyendo una multiplicidad de máquinas virtuales a las que se les asigna una cantidad finita de recursos, tal como memoria virtual privada, CPU real e E/S real. La patente satisface necesidades dependientes de tiempo o de aplicación para cada uno de los recursos asignados. Por ejemplo, durante algunos períodos, la máquina virtual puede estar ejecutando aplicaciones que requieran complejos cálculos aritméticos que hacen un uso intensivo de la CPU y durante otros períodos la máquina virtual puede estar ejecutando aplicaciones, tal como aplicaciones de copia de seguridad de datos que apenas usan la CPU. Por lo tanto, si una máquina virtual precisa recursos adicionales, la máquina virtual es clonada automáticamente. Al clon se le asigna una parte de los recursos tomados de las partes de otras máquinas virtuales, de tal manera que la parte resultante asignada a una máquina virtual y el clon sean conjuntamente más grandes que la parte asignada a la máquina virtual antes de que la máquina virtual se clonase.

El artículo “A new-style centralized IED based on IEC 61850” de Yi y colaboradores,... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de automatización de subestación SA (1) adaptado para conexión a un bus de estación (41) de una subestación de un sistema de distribución o transmisión de corriente eléctrica y que tiene múltiples unidades de procesado PU (21, 22, 23) en una sola placa como hardware de procesado principal en la que un primer y un segundo entorno de ejecución (11-12) son creados por medio de técnicas de virtualización (10) , donde una primera y una segunda funcionalidad son asignadas al primer y al segundo entorno de ejecución (11-12) , respectivamente,

caracterizado porque la primera y la segunda funcionalidad son funcionalidades de subestación a nivel de sistema 10 de un conjunto incluyendo funcionalidades de Control de Supervisión y Adquisición de Datos SCADA, puerta de enlace, ingeniería y cortafuegos.

2. El dispositivo SA según la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las múltiples PUs (21, 22, 23) es una unidad central de proceso individual (CPU) , o un núcleo de procesado individual de una CPU multinúcleo (20) . 15

3. El dispositivo SA según la reivindicación 1, caracterizado porque los distintos entornos de ejecución (11-15) ejecutan diferentes sistemas operativos.

4. El dispositivo SA según la reivindicación 1, caracterizado porque un tercer entorno de ejecución (15) maneja 20 funcionalidad de protección de subestación.

5. El dispositivo SA según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye dos interfaces de red (31, 32) para conectar al bus de estación (41) y un bus de proceso (42) .

6. El dispositivo SA según la reivindicación 1, donde los entornos de ejecución (11-15) comparten recursos de hardware (30, 31, 32) , caracterizado porque algunos de los recursos compartidos (30, 31, 32) están duplicados.

7. Un sistema de automatización de subestación SA para operar una subestación de un sistema de distribución o transmisión de corriente eléctrica, incluyendo un número de dispositivos electrónicos inteligentes IEDs (5, 5') para proteger y controlar la subestación, un dispositivo SA (1) según una de las reivindicaciones precedentes, y un bus de estación a escala de subestación (41) que interconecta los IEDs y el dispositivo SA.

8. El sistema SA según la reivindicación 7, caracterizado porque incluye un número de sensores (52) para medir

valores de proceso, un dispositivo SA (1) según la reivindicación 4 o 5, y un bus de proceso (42) que interconecta los 35 sensores y el dispositivo SA.