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Tendencias de las comunicaciones en sistemas
eléctricos de potencia (I parte)

Evolución de los protocolos de comunicación

Breve desarrollo histórico:

A medida que la industria eléctrica ha incorporado nuevos y modernos dispositivos de automatización, éstos han requerido protocolos de comunicaciones para su operación y la del resto de los sistemas.

Si estos protocolos son desarrollados por un único fabricante de equipo, éste no se comunicaría con equipos de otros fabricantes. Este tipo de protocolo se denomina propietario. Esta situación es inconveniente para las empresas de electricidad (y de redes distribuidas), pues generalmente éstas se interconectan con otras empresas que podrían tener otros protocolos propietarios.

Si el protocolo de comunicaciones es abierto, especificado como un estándar elaborado tanto por los investigadores de las industrias como la eléctrica, así como por los fabricantes de equipos, éstos podrán comunicarse entre sí, sin importar el fabricante del equipo. Esto redunda en que las empresas usuarias de los dispositivos, no estarán sometidas a que las ampliaciones sean provistas siempre por el mismo fabricante, optimizando de esta forma las inversiones y haciendo escalable la agregación de nuevos dispositivos.

La aparición de sistemas abiertos, permiten la comunicación entre dispositivos electrónicos inteligentes (IED’s por sus siglas en inglés). De esta forma se logra la interoperabilidad de los dispositivos.

¿Qué pasa con los dispositivos diseñados y creados antes de la estandarización? Algunos de estos dispositivos podrían adquirir las funcionalidades del protocolo estandarizado utilizando interfases incorporadas al protocolo y físicamente conectadas con los dispositivos de generaciones previas, por lo que no es necesario el reemplazo total de nuevos equipos dentro de la instalación.

Algunos esfuerzos en la industria por la apertura de protocolos han sido llevados a cabo por el Electric Power Research Institute (EPRI), que produjo el protocolo denominado “Utility Communications Architecture” versión 1 (UCA1). El estudio recomendó que el marco de referencia bajo el UCA, fuera el modelo OSI para comunicaciones de datos y que los protocolos fueran los estandarizados bajo las normas ISO siempre que fuera posible.

El UCA es un subconjunto de estándares escogidos para que fuesen internamente consistentes con un conjunto de protocolos que proveen conceptualmente todos los servicios de comunicaciones de datos requeridos normalmente en la industria eléctrica tanto para la parte de transacciones comerciales como en la operación de los sistemas. Estos protocolos fueron escogidos para proveer servicios de comunicaciones verticales (especializados) llamados perfil. El UCA1 posee dos perfiles, uno utilizando el modelo OSI de 7 capas y otro de 3 capas llamado “Enhanced Performance Architecture” (EPA) para IED’s más simples.

Posteriormente, UCA2 fue una actualización de la versión 1, incorporando el trabajo de definición hecho por un grupo de industrias y de proyectos de demostración en empresas eléctricas. No se define un perfil único de comunicaciones, pero provee una selección de estándares para crear un perfil para aplicaciones específicas. En todos los casos el perfil incluye el protocolo estándar llamado “Management Message Specification” (MMS) en la capa de aplicaciones como servicio de mensajes. El UCA2 provee funcionalidad adicional yendo más allá que los protocolos propietarios y algunos estandarizados.

El UCA2 se anunció y la documentación se publicó, continuándose con el trabajo en un número de comités de estandarización que se encargaron de definir los modelos de objetos (módulos de software asociados con componentes como interruptores, cuchillas, etc.) necesarios para la interoperabilidad de equipos. El trabajo fue completado para dispositivos básicos de potencia conocidos como GOMSFE (Generic Object Models for Substations and Feeder Equipment).

Los dispositivos en UCA son auto descriptivos. Los modelos auto descriptivos son independientes de los fabricantes. Cuando se combinan con los perfiles de soporte, suministran datos en tiempo real de manera consistente y perfecta, en todas las instalaciones de la empresa. Los distintos usuarios pueden acceder, mediante el uso de computadores personales o estaciones de trabajo y aplicaciones comerciales estandarizadas como “browsers MMS”, a los datos de los principales dispositivos de subestaciones, previas reglas de seguridad y control de acceso.

El Comité de Coordinación de Estándares de IEEE (SCC), llamado SCC 36, supervisa y coordina la evolución del UCA en reportes técnicos de IEEE. El ámbito de este comité incluye estándares para comunicaciones de empresas de gas, agua y electricidad. Varios comités relevantes de IEEE gestionan el progreso de las distintas partes del UCA, y el SCC 36 asegura la dirección consistente y productiva del protocolo. Una revisión de los documentos sobre UCA sometidos al SCC 36 como reportes técnicos, dieron como resultado la publicación IEEE TR 1550 en diciembre de 1999.

El SCC 36 emitió un llamado para la participación de miembros de numerosos organismos que estaban desarrollando estándares relacionados con las comunicaciones de empresas de servicios, como por ejemplo, la American Gas Association, la American Water Works Association, las sociedades técnicas de IEEE, Power Engineering Society (PES), Industry Applications Society (IAS) y Communications Society (ComSoc). EPRI por su parte continuó su rol activo en el desarrollo del UCA, apoyando al Comité de actividades para estandarización, incluyendo a IEEE y continuó identificando nuevos requerimientos de la industria así como las soluciones comunicacionales de éstas.

El MMS del UCA2 y el GOMSFE han sido integrados bajo la norma IEC 61850, la cual se convirtió en el estándar para Europa y Norte América con miras a integrar la industria mundial en materia de comunicaciones.

El protocolo IEC 61850 se publicó en Enero de 2002 y es el estándar de todos los fabricantes de equipos de automatización para empresas con redes distribuidas (Empresas de agua, Oleoductos, Gasoductos, Líneas de Transmisión y Subestaciones, Redes de Distribución, etc.). En el próximo artículo nos referiremos al uso del protocolo IEC 61850 en el sistema eléctrico.

Ing. Fernando Masís Vargas

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