Design, simulation and analysis of Siemens substation automation system based on IEC-61850

An electrical substation is a central node of an electricity generation, transmission and distribution system where voltage is transformed from high to low or the reverse using transformers. All the devices that it contained are controlled, protected and monitored by an automation system (Substation automation) that collects information from the process (power system) and performs actions on it. The Design of Substation Automation System with the expansion of power grid scale, the reliability and security of modern power system is increasingly depending on the power system control technology. As the base of power grid control system, substation automation system will play a key role. My first objective in thesis is to study and design digital substation control systems based on the substation devices of the Siemens SICAM family, which provides all control, measurement and automation functions (e.g. transformer tap changing) required by a switching station. They operate with distributed intelligence. Communication between devices in branch circuits and the central unit is made via fiber-optic connections which are immune to interference. The core of the SAS analysis is based on SICAM PAS software for the design and process control, there were different task performed in SICAM PAS starting from configuration to the end of complete SAS implementation. It includes the configuration, mapping, system topology, system templates, operation and value viewer for testing purpose of signal. A thorough analysis, understanding and the implementation of SAS, specially the design of SCADA system has been performed using SICAM PAS CC. Based on the demand, different configurations were done including Graphical design for user interface and alarm logging that list all the updated status of each Substation. One of the main objective of the thesis/project was to focus on the communication system of SAS, including interoperability of different vendor SAS devices. The success of a SA system relies heavily on the use of an effective communication system to link the various control, monitoring and protection elements within a substation. There are large numbers of protocols for communication, a matter that has lead to the problem of devices from different manufacturers and even devices from different generations from the same manufacturer not being able to communicate with each other or only with disproportionate expenditure. Standardization is the key for the advancement of the connectivity and interoperability within a system. Through standardization, both users and suppliers arrive at economically suitable and reliable solutions. As a result, two main protocols have evolved: the existing Utility Communication Architecture (UCA) and the new International Electro technical Commission (IEC) 61850. The conclusion of the analysis of interoperability and SAS communication system resulted in some notable future requirements, that may improve the latest standards and protocols to meet the increasing SAS demands. All the activities related to SAS development were the main objective and focus of the thesis and they are done with the collaboration of SIMIC. SIMIC has accumulated more than 15 years of experience in Electrical logic and power panels, Automation systems, Process control and supervision, and Plant information system. The company designs, programming and commissioning of control systems for Power, Pharmaceutical, Chemical, Textile , Mechanic and Manufacturing facilities all over the world. The efficient platform in SAS provided by SIMIC helped to me achieve the deep understanding of SAS including its practical implementation.

Una substation elettrica è un nodo centrale di una generazione, trasmissione e distribuzione in cui la tensione si trasforma da alto a basso o viceversa utilizzando trasformatori. Tutti i dispositivi contenuti da esso sono controllati, protetti e monitorati da un sistema di automazione (automazione di substation) che raccoglie informazioni dal processo (sistema di alimentazione) e svolge azioni su di loro. La progettazione del sistema di automazione delle substation con l'espansione della scala di griglia di potere, l'affidabilità e la sicurezza del sistema elettrico moderno è dipende sempre di più dalla tecnologia di controllo del sistema di alimentazione. Essendo la base del sistema di controllo della rete elettrica, il sistema di automazione della substation avrà un ruolo fondamentale. Il mio primo obiettivo della tesi è lo studio e la progettazione di sistemi di controllo della substation digitali in base ai dispositivi substation della famiglia Siemens SICAM, che fornisce tutte le funzioni di controllo, misura e automazione (ad esempio transformer tap changing) richiesti da una stazione di commutazione. Essi operano con intelligenza distribuita. La comunicazione tra i dispositivi a circuiti di derivazione e l'unità centrale avviene tramite collegamenti in fibra ottica, che sono immuni alle interferenze. Il nucleo dell'analisi SAS è basato su software SICAM PAS per il controllo del processo di progettazione, in questa analisi ci sono diversi processi eseguiti in SICM PAS partendo dalla configurazione al fine di completare l'attuazione SAS. Esso include la configurazione, mappatura, topologia del sistema, modelli di sistema, il funzionamento e visualizzatore di valore a scopo di test del segnale. Una approfondita analisi, la comprensione e l'attuazione di SAS, specialmente la progettazione di sistema SCADA sono state eseguite utilizzando SICAM PAS CC. Sulla base della richiesta, sono state fatte diverse configurazioni tra cui la progettazione grafica per l'interfaccia utente e l'alarm logging che lista lo stato aggiornato di ogni sottostazione. Uno dei principali obiettivi della tesi / progetto è stato quello di concentrarsi sul sistema di comunicazione di SAS, compresa l'interoperabilità dei diversi dispositivi SAS vendor. Il successo di un sistema SA dipende fortemente dal'uso di un efficace sistema di comunicazione per collegare il controllo vario, elementi di protezione e il monitoraggio all'interno di una substation. Ci sono un gran numero di protocolli di comunicazione, questa questione ha portato un problema. Dispositivi di diversi produttori e anche dispositivi di generazioni diverse dello stesso costruttore non sono in grado di comunicare tra loro oppure avendo un dispendio eccessivo. La chiave per il progresso della connettività e l'interoperabilità all'interno di un sistema è la standardizzazione. Attraverso la standardizzazione, utenti e fornitori possono arrivare a soluzioni economicamente adeguate e affidabili. Di conseguenza, sono evoluti due protocolli principali: la Utility Communication Architecture (UCA) gia esistente e la nuova International Electro technical Commission (IEC) 61850. La conclusione dell'analisi della interoperabilità e del sistema di comunicazione SAS ha provocato alcuni futuri requisiti importanti, che possono migliorare i più recenti protocolli standard per soddisfare le crescenti esigenze SAS. Tutte le attività relative allo sviluppo SAS che hanno costituito l'obiettivo principale e fulcro della tesi e sono fatte con la collaborazione di SIMIC. SIMIC ha accumulato più di 15 anni di esperienza in logica eletrica e quadri di alimentazione, sistemi di automazione, controllo di processo e supervisione, e il sistema di informazione. La società progetta, programma e installa i sistemi di controllo sugli impianti energetici, chimici, tessili, farmaceutici, mecanici e di produzione in tutto il mondo. La piattaforma efficiente in SAS fornita da SIMIC ha contribuito a farmi raggiungere la comprensione profonda della SAS compresa la sua attuazione pratica.