Arquitectura de comunicação de sistemas de armazenamento de energia: análise da lógica de coordenação dos protocolos IEC 61850 e 104.

Na evolução das redes elétricas modernas, a integração interna e o despacho remoto dos sistemas de armazenamento de energia dependem fortemente de linguagens de comunicação normalizadas. As normas IEC 61850 e IEC 60870-5-104 (conhecida como protocolo 104), como normas da indústria, desempenham um papel fundamental na definição do modelo de dados e na transmissão de longa distância. A compreensão das camadas técnicas destas duas normas é crucial para a construção de centrais de armazenamento de energia de alto desempenho.

Representação Hierárquica do Modelo de Objectos de Dados IEC 61850
A troca de dados entre a camada de controlo da estação de armazenamento de energia solar e a camada de armazenamento adota, em grande parte, a arquitetura IEC 61850. Esta norma não é meramente um protocolo; a sua lógica central reside na modelação de informação orientada a objetos.

Desconstrução de Nós Lógicos e Dispositivos Lógicos
Nos conversores de armazenamento de energia (PCS) ou nos sistemas de gestão de baterias (BMS), a IEC 61850 virtualiza os dispositivos físicos como dispositivos lógicos (LDs). Cada dispositivo lógico é constituído por múltiplos nós lógicos (LNs). Esta definição estruturada transforma parâmetros complexos de hardware em conjuntos de dados normalizados, permitindo o mapeamento contínuo de informação entre dispositivos de diferentes fabricantes.

Mecanismo de transmissão de mensagens em tempo real
Para satisfazer os requisitos de proteção precisa e resposta rápida em baterias solares para centrais elétricas residenciais, as mensagens MMS, GOOSE e SV constituem uma ligação de transmissão três em um. O MMS trata do carregamento e distribuição de dados de monitorização não em tempo real, enquanto o GOOSE trata de sinais de alta velocidade, como o encravamento entre equipamentos de subestações. Este mecanismo reduz a cablagem secundária e melhora a precisão da sincronização na transmissão de informação.

Lógica de encapsulamento do protocolo 104 em ligações de despacho remoto
Quando a subestação de armazenamento de baterias se liga a uma central de despacho remota ou a uma plataforma de controlo centralizada, o protocolo 104 torna-se a escolha preferencial devido à sua elevada fiabilidade na transmissão em redes de longa distância.

Análise de mensagens de aplicações ASDU baseadas em TCP/IP
O protocolo 104 encapsula o protocolo 101 clássico sobre a pilha de protocolos TCP/IP. No cenário de monitorização de baterias solares residenciais, a Unidade de Dados de Serviço de Aplicação (ASDU) executa serviços essenciais como telemetria, sinalização remota e controlo remoto. Através da comunicação bidirecional através de uma porta fixa, a central de despacho pode obter diretamente o estado de carga (SOC) e a potência de funcionamento das baterias para armazenamento de energia solar em tempo real.

Inicialização do Link e Controlo do Fluxo de Dados
Após o estabelecimento da ligação de comunicação, o protocolo IEC 61850 ativa a transmissão de dados através de uma trama StartDT. Um mecanismo de controlo do número de sequência de mensagens acompanha o estado de transmissão e receção de dados em tempo real, iniciando a reconexão imediatamente ao detetar a perda de pacotes ou o tempo limite excedido. Esta lógica de projeto é adequada para as necessidades de controlo centralizado de armazenamento de energia a longa distância e entre segmentos de rede, mantendo a continuidade da transmissão de dados de produção.

Análise Técnica do Gateway de Conversão de Protocolo
Os projetos de armazenamento de energia em grande escala apresentam frequentemente um layout híbrido de "IEC 61850 na estação, IEC 61850 remoto", tornando a lógica de conversão de protocolos um desafio técnico para a integração do sistema.

Mapeamento de endereços de dados: O gateway necessita de mapear os caminhos dos objetos em formato de árvore da norma IEC 61850 para os endereços lineares do corpo de informação do protocolo IEC 61850.

Processamento de Sincronização de Timestamps: Os timestamps ao nível de milissegundos do IEC 61850 necessitam de ser convertidos com precisão para o formato do protocolo IEC 61850 para evitar erros de temporização durante a transmissão entre protocolos.

Mapeamento de comandos de controlo: Os comandos de controlo remoto (por exemplo, 104) necessitam de ser analisados ​​e convertidos em lógica operacional em conformidade com a norma 61850 para completar a regulação de potência do conversor de armazenamento de energia.

Orientações de Projeto para Melhorar a Estabilidade da Arquitetura de Comunicação
Ao configurar um sistema de comunicação de armazenamento de energia, a topologia da rede impacta significativamente a eficiência do protocolo.

Recomendações para a Segmentação de Rede Local Virtual (VLAN)
Isolar o tráfego dentro da estação de armazenamento de energia utilizando a tecnologia VLAN pode controlar a propagação de tempestades de broadcast GOOSE. A atribuição de prioridades diferentes ao tráfego de monitorização e proteção prioriza a transmissão de mensagens de controlo em tempo real.

Implementação de Mecanismos de Redundância de Link
A utilização da tecnologia PRP (Protocolo de Redundância Paralela) ou HSR (Anel de Redundância Contínuo) permite alcançar um tempo de comutação zero em caso de falhas físicas de ligação, o que é crucial para manter a estabilidade da regulação de frequência do armazenamento de energia e dos serviços de redução de pico.