Embedded automatic transfer switch on low voltage circuit breakers with IEC61850 communication

Automatic transfer switch systems are employed in a wide range of applications in order to improve continuity of service. In low voltage, modern circuit breakers fitted with electronic protection unit, and with communication interface, are able to realize an automatic transfer logic without the use of any centralized control unit. This thesis presents an automatic transfer switch system between two power lines, totally implemented by a distributed logic shared by the protection units installed on the three circuit breakers composing the system: two incoming line protections and a bus tie. The logic is based on signal exchanges among the breakers; signals convey information about the status of each device, and about the state of voltage in each part of the system. Signalling is based on GOOSE messages, compliant with IEC 61850 standard. The proposed system has been validated by Hardware In the Loop testing. In this technology, a real time simulator reproduces the behavior of the power system, stimulates the units under test by applying synthetic current and voltage signals at their inputs, and checks their proper reaction. This allows collective behavior to be tested, as required in distributed logic applications.

I sistemi di commutazione automatica sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni allo scopo di migliorare la continuità di servizio, In bassa tensione, i moderni interruttori dotati di unità di protezione elettronica e con comunicazione permettono di realizzare logiche di commutazione automatica senza necessità di utilizzare unità di controllo centralizzate. Questa tesi presenta un sistema di commutazione automatico tra due sorgenti di alimentazione realizzato interamente con logica distribuita implementata dalle unità centrali dei tre interruttori utilizzati: protezione arrive linea e congiuntore di sbarra. La logica è basata sullo scambio tra le unità di protezione di segnali che rappresentano lo stato degli apparecchi e lo stato delle tensioni nei vari punti del Sistema. I segnali sono basati sulla messaggistica GOOSE secondo lo standard IEC61850. Il sistema proposto è stato validato attraverso prove con tecnologia Hardware-In-the-Loop, in cui un simulatore in tempo reale riproduce il comportamento della rete elettrica, stimola i dispositivi in prova sintetizzando segnali di corrente e tensione applicati ai loro ingress, e ne verifica la corretta reazione. In questo modo è possible verificare anche comportamenti collettivi, come richiesto per le applicazioni di logiche di controllo distribuite.