Automatic transfer system for medium voltage distribution with redundant IEC61850 communication

Substation automation systems based on digital technology, widely used in high voltage systems, are becoming more and more common in medium voltage distribution grids and in industrial installations. A large part of such systems comply with IEC61850, a standard allowing interoperability of protection and automation devices from different vendors, and providing a common data model for data exchange in electrical substations. Using IEC61850 as the framework, we developed and tested some possible architectures for Medium Voltage Automatic Transfer Systems, which are used in installations with double incoming feeder, and have the purpose of switching to the second feeder in case of a power outage in the first. The IEC61850 standard is based on Ethernet communication between protection, automation and measurement devices, so system performance and reliability, to a great extent, depend on the usage and configuration of the communication channel. In our design, we employed transmission of sampled measurement values via Ethernet, as described in the latest edition of the standard, and redundancy in the communication network. More specifically, we tested and compared both HRP and PRP redundancy protocols, which are the most common options in industrial Ethernet systems.

I sistemi digitali per l'automazione delle sottostazioni elettriche, ampiamente diffusi nei sistemi ad alta tensione, stanno diventando sempre più comuni anche nelle reti di distribuzione e negli impianti industriali utilizzatori. Gran parte di tali sistemi sono conformi allo standard IEC61850, che permette l'interoperabilità di dispositivi di protezione e automazione di diversi produttori, e che offre un modello comune per lo scambio di dati nelle sottostazioni elettriche. Sulla base dello standard IEC61850, abbiamo sviluppato e testato alcune possibili architetture per sistemi di commutazione automatica in media tensione. Tali sistemi si usano negli impianti a doppia alimentazione allo scopo di commutare sulla seconda alimentazione in caso di mancanza della prima. Lo standard IEC61850 utilizza la comunicazione Ethernet tra le apparecchiature di protezione, automazione e misura: le prestazioni e l'affidabilità del sistema dipendono quindi in maniera cruciale da come viene utilizzata e configurata la rete locale di comunicazione. Nel nostro progetto, abbiamo utilizzato la trasmissione attraverso Ethernet dei campioni misurati (Sampled Values), prevista nell'ultima edizione (2.0) dello standard, e una rete di comunicazione ridondante. Per la ridondanza abbiamo utilizzato entrambi i protocolli più utilizzati nelle applicazioni Ethernet industriali, HRP e PRP, confrontandone poi le prestazioni.