Virtual protection and control in secondary substation
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Computer Science
Mcode
SCI3042
Degree programme
Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences
Language
en
Pages
90
Series
Abstract
In recent decades, the role of secondary substations has evolved, primarily driven by the incorporation of distributed generation into the secondary distribution networks and the introduction of smart metering infrastructures. This evolution has driven utilities to modernize their secondary substations. The industry standard practice has been to add a distinct new device for each new application or capability. However, this approach has proved complex and inflexible in an environment where a utility may manage tens of thousands of secondary substations. To address the challenge, the E4S Alliance has created a specification for the Secondary Substation Platform (SSP), which is a modular hardware and software platform for consolidating applications on a single shared platform using container virtualization. The target for the specification is to support IEC 61850-based protection and control (P&C) applications. However, only low-voltage outage management and network topology analysis applications have been demonstrated on it. This thesis evaluates the applicability of SSP for hosting IEC 61850-based P&C applications. To facilitate the evaluation, a P&C application was developed for the platform. The application is based on an existing P&C product whose protection implementation was ported to containers. The evaluation of the platform was conducted on a prototype device produced by the E4S Alliance. The evaluation considered time synchronization, real-time, networking, and functional capabilities of the platform. The evaluation reveals that the platform does not meet the requirements of P&C applications. Specifically, the platform should support more accurate time synchronization and more deterministic real-time behavior, both on a microsecond scale. Additionally, interfaces for configuring the platform for real-time operation should be provided. The contribution of this thesis is the concrete improvement suggestions to the SSP specification to meet the requirements of P&C applications. Incorporating the improvements would make SSP a viable platform for implementing protection and control at secondary substations.Viime vuosikymmeninä pienjänniteverkkoon liitetyn hajautetun sähköntuotannon sekä älymittarijärjestelmien käyttöönoton myötä jakelumuuntamoiden rooli on muuttunut. Tämä kehitys on saanut sähköverkkoyhtiöt modernisoimaan jakelumuuntamoitaan. Alan standardikäytäntö on ollut asentaa uusi erillinen laite jokaista uutta sovellusta ja toimintoa varten. Tämä tapa on kuitenkin osoittaunut monimutkaiseksi ja joustamattomaksi ympäristössä, jossa sähköverkkoyhtiöllä voi olla hallittavanaan kymmeniä tuhansia jakelumuuntamoita. Vastatakseen tähän haasteeseen E4S Allianssi on kehittänyt spesifikaation Secondary Substation Platform (SSP) alustalle. SSP on modulaarinen laitteisto- ja ohjelmistoalusta, joka konttiteknologiaa hyödyntämällä yhdistää sovellukset yhdelle jaetulle alustalle. Spesifikaation tavoite on, että alusta tukee IEC 61850 standardiin pohjautuvia suojaus- ja ohjaussovelluksia. Kuitenkaan alustalla ei ole demonstroitu kuin pienjänniteverkon katkosten hallintasovellus ja verkon topologian analysoiva sovellus. Tämä työ arvioi SSP alustan soveltuvuutta IEC 61850 standardiin pohjautuville suojaus- ja ohjaussovelluksille. Osana työtä alustalle kehitettiin suojaus- ja ohjaussovellus. Sovellus pohjautuu olemassa olevaan suojaus- ja ohjaustuotteeseen, jonka suojaustoteutus vietiin kontteihin. Alustaa arvioitiin E4S Allianssin valmistamalla prototyypillä. Arvioinnissa tarkasteltiin alustan ominaisuuksia ajan synkronoinnin, reaaliaikaisuuden, tietoliikenteen ja toiminnallisuuden näkökulmasta. Arviointi osoittaa että alusta ei vastaa ohjaus- ja suojaussovellusten vaatimuksia. Erityisesti alustan tulisi tukea tarkempaa ajan synkronointia ja deterministisempää reaaliaikatoimintaa, molempia mikrosekuntiluokassa. Lisäksi alustan tulisi tarjota rajapinnat alustan konfiguroimiseksi reaaliaikatoimintaa varten. Tämän työn kontribuutio on konkreettiset parannustehdotukset SSP spesifikaatioon, joiden myötä se täyttäisi ohjaus- ja suojassovellusten vaatimukset. Parannukset tekisivät SSP alustasta varteenotettavan vaihtoehdon suojauksen ja ohjauksen toteuttamiseen jakelumuuntamoissa.Description
Supervisor
Pourakbari Kasmaei, MahdiThesis advisor
Kettunen, ErkkaKeywords
virtualization, virtual protection, substation, IEC 61850, kubernetes