As infra-estruturas de comunicação estão cada vez mais dependentes de técnicas que melhoram o desempenho e a flexibilidade destas. Esta visão, de uma comunicação altamente capaz, de baixa latência e orquestrada, com amplo suporte para virtualização, é de particular interesse para as funções de protecção e controlo nas redes eléctricas modernas. No entanto, existem limitações devido à baixa latência e aos aspetos de tempo real do hardware de base conjugado com múltiplas camadas de virtualização, o que coloca desafios à concepção de Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs) virtuais. Este trabalho apresenta a arquitectura e o desenho de um dispositivo de Protecção e Controlo Centralizado (CPC), contendo funções virtualizadas portadas de hardware usado no mundo real, os desafios tecnológicos e os resultados obtidos na implementação do sistema centralizado orquestrado, seguindo um modelo declarativo usando OASIS TOSCA, para definir um ambiente virtualizado com suporte para funções extensivas de monitorização e segurança. Com base nos rigorosos requisitos de baixa latência observados, de acordo com os limiares de processamento das mensagens IEC 61850 Sampled Values e GOOSE, a solução CPC desenvolvida utiliza um conjunto de tecnologias de virtualização e mecanismos de comunicação ajustados para sistemas de tempo real.

Communication infrastructures are increasingly relying on techniques that enhance performance and flexibility. This vision, of a highly capable, low latency and orchestrated communication fringe, with extensive virtualization, is of particular interest to Protection and Control Functions in modern power grids. Limitations are however present due to the low latency and real-time aspects of commodity hardware coupled with multiple virtualization layers, presenting challenges to the design of virtual Intelligent Electronic Devices (IEDs). This work presents the architecture and design of a Centralized Protection and Control (CPC) device, containing virtualized functions ported from real-world hardware, the technological challenges, and results obtained when implementing the centralized orchestrated host, following a declarative model using OASIS TOSCA, to define a mixed-criticality virtualized environment with support for extensive monitoring and security functions. Based on the strict low latency requirements observed, in accordance with the processing thresholds of IEC 61850 Sampled Values and GOOSE messages, the developed CPC solution uses an enhanced virtualization and communication stack tuned towards real-time systems.

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática