MX2015006700A - Prevencion de reconexion fuera de sincronia entre sistemas de energia. - Google Patents

Prevencion de reconexion fuera de sincronia entre sistemas de energia.

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Abstract

La presente descripción proporciona aparatos, sistemas y métodos para evitar la conexión fuera de sincronía entre sistemas de energía. Un aparato de dispositivo electrónico inteligente (IED) puede incluir un componente de control y un componente de retraso. El componente de control está configurado para controlar selectivamente la abertura y cierre de un interruptor. El componente de control de manera selectiva transmite una señal de cierre para provocar que el interruptor conecte una primera porción de un sistema de suministro de energía a otra porción del sistema de suministro de energía. El componente de retraso está configurado para retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor. El componente de retraso incluye circuitaje independiente del control por el componente de control y el componente de retraso es conf- igurable a partir de una ubicación remota.

Description

PREVENCIÓN DE RECONEXIÓN FUERA DE SINCRONÍA ENTRE SISTEMAS DE ENERGIA Campo de la Invención Esta descripción se relaciona con conexión de sistemas de suministro de energía y de manera más particular se relaciona con evitar cierre fuera de sincronía de un interruptor que conecta un generador y un sistema de suministro de energía eléctrica.
Breve Descripción de las Figuras Las modalidades no limitantes y no exhaustivas de la descripción se muestran en la presente, que incluyen diversas modalidades de la descripción que se ilustran en las figuras enumeradas a continuación.
La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad de un sistema para evitar el cierre fuera de sincronía entre un generador y un sistema de suministro de energía.
La figura 2 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra una modalidad de un IED de generador para evitar el cierre fuera de sincronía.
La figura 3 es un diagrama de conexión esquemático que ilustra una modalidad de la interconexión lógica externa e interna del IED generador.
La figura 4 es un diagrama de gráfica de flujo Ref . 256573 esquemático que ilustra una modalidad de un método para evitar el cierre fuera de sincronía.
En la siguiente descripción se proporcionan numerosos detalles específicos para una comprensión profunda de las diversas modalidades que aquí se describen. Los sistemas y métodos que aquí se describen se pueden llevar a la práctica sin uno o más de los detalles específicos o con otros métodos, componentes, materiales, etc. Además, en algunos casos, las estructuras, materiales u operaciones bien conocidos pueden no mostrarse o describirse de modo detallado con el fin de evitar oscurecer aspectos de la descripción. Además, los rasgos, estructuras o características descritos se pueden combinar de cualquier modo adecuado en una o más modalidades alternativas.
Descripción Detallada de la Invención Conectar un generador sincrónico a un sistema de energía tal como otro generador o una red de suministro de energía requiere coincidencia cuidadosa de la frecuencia del generador y voltaje generador con la del sistema de energía. En otras palabras, el ángulo de fase y la diferencia en voltaje entre el generador y el sistema de energía debe ser casi cero (idealmente, cero con exactitud) en el momento de cierre del interruptor para conectar el generador al sistema de energía. Una falla al realizarlo de esta manera genera tensiones de torsión en el generador y su fuente natural de energía. Esta falla para sincronizar adecuadamente antes del cierre se conoce como cierre fuera de sincronía. Las tensiones torsionales que resultan de un cierre fuera de sincronía pueden ser varias veces la resistencia nominal de diseño de la máquina, dependiendo de la diferencia en el voltaje, frecuencia y ángulo de fase en el instante de cierre fuera de sincronía. El daño resultante a la máquina generalmente es acumulativo. Por ejemplo, una máquina puede permanecer en operación después de un evento de cierre fuera de sincronía inicial pero puede fallar después de varios eventos de cierre fuera de sincronía subsecuentes. Debe hacerse notar que, como se utiliza en la presente, los términos "cerrar", "reconectar" y "cierre" puede incluir "reconectar" (re-cerrar) y "reconexión" a menos que se indique en otro sentido.
Generalmente existen dos métodos para sincronizar apropiadamente un generador al sistema de energía; sincronización manual y sincronización automática. En la sincronización manual un operador de planta envía instrucciones al regulador de voltaje automático del generador y al gobernador para hacer que las diferencias de voltaje y frecuencia se encuentren dentro de límites aceptables. El operador de planta después monitorea el ángulo de fase entre el generador y el sistema de energía utilizando un sincroscopio (medidor que indica diferencia de fase).
Cuando el ángulo cero, el operador de planta inicia manualmente una instrucción de cierre de interruptor utilizando un botón para oprimir, un conmutador de panel o a través de una interfase humano-máquina tal como un teclado, ratón o pantalla táctil. En la sincronización automática, un dispositivo sincronizador automático monitorea el voltaje y frecuencia e inicia sustancialmente las mismas acciones de control que un operador de planta.
Aunque una implementación adecuada de los métodos anteriores habitualmente resulta en sincronía entre el generador y el sistema en el momento de cierre, verificaciones y protecciones adicionales generalmente se incluyen en caso de error por parte del operador o intentos de cierre o reconexión malintencionados. Por ejemplo, elementos físicos o verificadores de sincronía externos, relevadores, circuitos antibombeo de interruptor, circuitos lógicos de aislamiento u otros dispositivos o métodos se pueden utilizar para evitar cierre fuera de sincronía. Estos mecanismos de protección adicionales ayudan a reducir la probabilidad de cierre fuera de sincronía incluso si se realiza un error o un intento deliberado de cierre fuera de sincronía .
No obstante, investigaciones recientes han identificado vulnerabilidades que pueden permitir que una persona no autorizada de modo deliberado active un cierre fuera de sincronía desde una ubicación remota pese a las protecciones anteriores. Específicamente, una abertura y reconexión rápida sincronizada con precisión de un interruptor de circuito puede no evitarse por protecciones de elementos físicos incluidos tales como los mencionados anteriormente de sincronizador automático, verificadores de sincronización, circuitos antibombeo de interruptor y/o circuitos lógicos de aislamiento. Aunque esta reconexión rápida se puede evitar por un IED, una persona no ha autorizado quien ingrese al sistema de protección y control puede ser capaz de reprogramar el IED y por lo tanto aprovechar la vulnerabilidad anterior. Por ejemplo, el sincronizador automático y/o relevador verificador de sincronización típicamente son dispositivos controlados por microprocesador. Dado que son programables , existe el potencial de que un individuo no autorizado reconfigure o reprograme estos dispositivos con el fin de permitir que se produzca una operación de cierre fuera de sincronía. Después de la programación, una o más operaciones de abertura y reconexión se pueden implementar para llevar a cabo un cierre fuera de sincronía.
El tipo de cierre fuera de sincronía deliberado con frecuencia se denomina como "ataque aurora" o "vulnerabilidad aurora" . Se puede utilizar un ataque aurora para dañar deliberadamente un generador, una flecha de turbina u otra máquina giratoria a través de reconexión múltiple de un interruptor que conecta la máquina (o una isla pequeña de máquinas) al sistema de energía. Generalmente, un ataque aurora se considera como un ciberataque en que la penetración de los mecanismos de protección de red de comunicación y la toma de control de modo remoto sobre el relevador que opera el interruptor son posibles. De esta manera, puede no necesitarse acceso físico para ataques sofisticados, coordinados y potencialmente grandes. Los ataques aurora pueden dejar a regiones grandes sin energía por períodos de tiempo significativos y pueden presentar un peligro de seguridad interno o nacional. Aunque los ataques aurora generalmente se pueden evitar al asegurar seguridad en la red y basarse en las verificaciones anteriores, puede ser difícil o imposible asegurar la seguridad de red completa en términos absolutos.
La presente solicitud describe un aparato, sistema y método para evitar intentos de reconexión fuera de sincronía. En una modalidad, un dispositivo electrónico inteligente (IED, por sus siglas en inglés) tal como un relevador basado en microprocesador incluye un componente de control y un componente de retraso. El componente de control se puede configurar para controlar selectivamente la abertura y cierre de un interruptor y transmite selectivamente una señal de cierre para provocar que el interruptor conecte una primera porción del sistema de energía a una segunda porción del sistema de energía. En una modalidad, el componente de retraso se configura para retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor. El componente de retraso incluye circuitaje que es independiente del control por el componente de control. El componente de retraso puede ser inconfigurable desde una ubicación remota.
El retraso proporcionado por el componente de retraso dentro del IED puede proporcionar una prevención robusta y sencilla de ataques aurora. El retraso puede provocar que cualquier intento de ataque aurora falle debido a que los intentos de reconexión se retrasan lo suficiente hasta que otros mecanismos de protección están disponibles para evitar el cierre fuera de sincronía. Además, el componente de retraso integrado dentro de un IED proporciona protección de cierre fuera de sincronía sin que se requieran dispositivos adicionales o tener un impacto negativo en la confiabilidad. En vez de que se construya un mecanismo de prevención dentro del IED u otro dispositivo que es utilizado para otros propósitos y por lo tanto no incrementa la complejidad, el cableado o posibles puntos de falla.
De la manera en que se utiliza en la presente, el término IED puede hacer referencia a cualquier dispositivo basado en microprocesador que realice el monitoreo, control, automatización y/o protección de equipo monitoreado dentro de un sistema. Aunque las presentes descripciones proporcionan modalidades de los IED generadores, otras modalidades pueden incluir cualquier IED o dispositivo que controle la operación de un interruptor o la sincronización entre sistemas o dispositivos. El equipo monitoreado por un IED puede incluir conductores tales como líneas de transmisión, líneas de distribución, líneas colectivas y similares, transformadores, autotransformadores, reguladores de voltaje, cambiadores de derivación, bancos de capacitores, compensadores VAR estáticos, reactores, compensadores sincrónicos estáticos, inversores, generadores, islas generadoras, equipos inertes, interruptores de circuito, conmutadores, motores, fusibles, cargas y similares. El término "IED" se puede utilizar de manera intercambiable para describir un IED individual o un sistema que comprende múltiples IED.
Los aspectos de ciertas modalidades que aquí se describen se pueden implementar ya sea como componentes de programa o como componentes de elementos físicos. Como se utiliza en la presente, un componente de programa puede incluir cualquier tipo de instrucción de computadora o código ejecutable en computadora localizado dentro o en un medio de almacenamiento legible en computadora o un medio de almacenamiento legible en computadora, no transitorio y puede incluir programas imborrables. Un componente de programa puede comprender, por ejemplo, uno o más bloques físicos o lógicos de instrucciones de computadora las cuales se pueden organizar como una rutina, programa, objeto, componente, estructura de datos, etc., que realiza una o más tareas o que implementa tipos de datos abstractos particulares.
Alguna de la infraestructura que se puede utilizar con las modalidades que aquí se describen está disponible de antemano tal como: computadoras de propósito general, herramientas y téenicas de programación de computadora, medios de almacenamiento digital y redes de comunicación. Una computadora puede incluir un procesador, tal como un microprocesador, microcontrolador, circuitaje lógico o similar. El procesador puede incluir un dispositivo de procesamiento de propósito especial tal como un ASIC, PAL, PLA, PLD, arreglo de compuerta programable de campo (FPGA, por sus siglas en inglés) u otro dispositivo personalizado o programable. La computadora también puede incluir un dispositivo de almacenamiento legible en computadora tal como una memoria no volátil, RAM estática, RAM dinámica, ROM, CD-ROM, disco, cinta, memoria magnética, óptica, memoria instantánea u otro medio de almacenamiento legible en computadora.
Las frases "conectado a" y "en comunicación con" se refieren a cualquier forma de interacción entre dos o más componentes, que incluyen interacción mecánica, eléctrica, magnética y electromagnética. Dos componentes se pueden conectar entre sí, aunque no se encuentren en contacto directo entre sí, y aunque puedan existir dispositivos intermedios entre los dos componentes. Por ejemplo, en muchos casos, un primer componente se puede describir en la presente como "conectado" a un segundo componente por medio de un tercer componente, una sección de alambre, un trazo eléctrico, otro primer componente, otro segundo componente y/u otro componente eléctrico.
Las modalidades de la descripción se comprenderán mejor con referencia a las figuras, en donde partes similares se diseñan con números similares en la misma. Los componentes de las modalidades descritas, como se describen de modo general y se ilustran en las figuras en la presente, se pueden distribuir y diseñar en una amplia variedad de configuraciones diferentes. De esta manera, la siguiente descripción detallada de las modalidades de los sistemas y métodos de la descripción no se pretende que limite el alcance de la descripción, como se reivindica sino que simplemente sea representativo de las posibles modalidades. En otras instancias, las estructuras, materiales u operaciones bien conocidos no se muestran o describen con detalle para evitar oscurecer aspectos de esta descripción. Además, las etapas de un método no necesariamente necesitan ser ejecutadas en algún orden específico, o incluso secuencialmente ni las etapas necesitan ser ejecutadas solo una vez, a menos que se especifique en otro sentido.
Regresando ahora a las figuras, la figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad de un sistema de control 100 para conectar selectivamente o aislar una primera porción de un sistema de suministro de energía eléctrica el cual, como se ilustra, comprende un generador 106 para formar una segunda porción del sistema de suministro de energía 110. El sistema de control 100 incluye un generador IED 102 y un interruptor 104. El generador 106 puede ser ya sea un generador sincrónico o un generador de inducción tal como un generador diesel, generador de turbina u otro generador eléctrico giratorio. El sistema de suministro de energía 110 puede incluir sistemas de transmisión de energía eléctrica, sistemas de distribución de energía eléctrica o similares junto con equipo asociado para el suministro de energía eléctrica. El sistema de suministro de energía 110 puede ser energizado por el generador 106 y/o uno o más generadores adicionales.
El IED del generador 102 está configurado para controlar el interruptor 104. El interruptor 104 está configurado para conectar selectivamente y aislar el generador 106 del sistema de suministro de energía 110. El generador IED 102 también puede controlar la operación del generador 106, tal como el voltaje y la frecuencia de la energía eléctrica generada por el generador 106. El IED del generador 102 se puede configurar para comunicarse sobre una red 108 con otro dispositivo. Por ejemplo, el IED de generador 102 puede ser actualizado, programado y/o controlado de manera remota por medio de la red 108. Una descripción adicional del IED del generador 102 se proporcionará en relación a la figura 2.
Aunque el sistema de control 100 se muestra que controla la conexión entre el generador 106 y la red de suministro de energía 110, otros sistemas de suministro de energía y/o consumo también se pueden incluir en lugar del generador. Por ejemplo, el sistema de control 100 se puede utilizar para conectar un primer generador a un segundo generador. Adicionalmente, el sistema de control 100 se puede utilizar para conectar una isla de generadores a un sistema de suministro de energía o a un subconjunto de una red de suministro de energía al resto de la red de suministro de energía.
La figura 2 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra una modalidad del IED de generador 102. El IED de generador 102 incluye componente de control 202 y componente de retraso 204. En algunas modalidades, el IED de generador 102 puede incluir un componente contador 206 y un componente de comunicación 208. El IED de generador 102 se puede configurar para controlar la operación del interruptor 104 y/o el generador 106 de la figura 1.
El componente de control 202 se puede configurar para controlar selectivamente la abertura y cierre del interruptor 104. El componente de control 202 puede controlar el cierre del interruptor 104 al proporcionar una señal de cierre para provocar que el interruptor 104 conecte un generador a un sistema de suministro de energía.
El componente de control 202 puede incluir un procesador y una memoria que almacena instrucciones ejecutables por el procesador. En una modalidad, el componente de control 202 determina, utilizando el procesador, si transmite una señal de cierre en base en instrucciones almacenadas en la memoria. Las instrucciones en la memoria pueden incluir uno o más componentes de programa para implementar una diversidad de funciones tales como verificación de si el generador 106 está sincronizado con un sistema de suministro de energía 110, sincronizar un generador 106 con un sistema de suministro de energía 110, determinar que el interruptor 104 este cerrado y similar. En una modalidad, el componente de control 202 puede transmitir una señal de cierre en base en uno o más de frecuencia, nivel de voltaje, ángulo de fase, entrada de operador o similar. Adicionalmente, el componente de control 202 puede transmitir una señal de cierre o conexión en respuesta a la información recibida desde otro dispositivo sobre la red 108.
En una modalidad, el componente de control 202 se puede programar y/o reprogramar para agregar o cambiar funcionalidad. Por ejemplo, el programa imborrable o el IED generador 102 puede ser actualizado para agregar funcionalidad o para corregir problemas o errores. Esta susceptibilidad a programación puede permitir mejoras significativas y funcionalidad conforme los errores se localicen o se genere funcionalidad nueva.
El componente de retraso 204 está configurado para retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor 204. El componente de retraso 204 puede recibir la señal de cierre desde el componente de control 202 y retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor 104. En una modalidad, el componente de retraso 204 retrasa la salida de la señal de cierre para un tiempo de retraso. El tiempo de retraso puede ser suficiente para permitir los mecanismos protectores del IED generador 102, el generador 106 u otros mecanismos protectores para proteger lo suficiente al generador 106 de reconexión fuera de sincronía. Por ejemplo, uno o más componentes de elementos físicos o programa del generador 106, el generador IED 102 u otro dispositivo pueden proporcionar protección insuficiente por un período corto después de la reconexión y el tiempo de retraso puede ser suficiente para retrasar la salida de la señal de cierre hasta que haya transcurrido el período de tiempo corto de vulnerabilidad. En una modalidad, el tiempo de retraso puede ser de diez segundos o más, por ejemplo, entre un minuto y diez minutos. En una modalidad, el tiempo de retraso es ajustable entre ausencia de retraso y diez minutos.
En una modalidad, el componente de retraso 204 retrasa la salida de la señal de cierre por un tiempo de retraso medido desde la recepción de la señal de cierre desde el componente control 202.
En otra modalidad, el componente de retraso 204 retrasa la salida de la señal de cierre por un tiempo de retraso medido desde un aislamiento del generador 106 desde el sistema de suministro de energía 110. Por ejemplo, el tiempo de retraso se puede medir desde un tiempo de aislamiento del generador 106 desde el sistema de suministro de energía 110, por ejemplo, cuando el interruptor 104 se ha abierto. Esto puede proporcionar una cantidad de retraso del tiempo de retraso de menos entre cuando la señal de cierre es transmitida por el componente de control 202 y cuando la señal de cierre es transmitida al interruptor 104. En otras palabras, si la señal de cierre es transmitida en un tiempo mayor que el tiempo de retraso posterior al aislamiento del generador 106, el componente de retraso 204 puede no retrasar la señal de cierre de modo alguno. No obstante, si la señal de cierre es transmitida por el componente de control 202 muy poco después del aislamiento, la señal de cierre puede ser retrasada para casi la totalidad del tiempo de retraso.
En una modalidad, el componente de retraso 204 incluye circuitaje independiente del control por el componente de control 202. En una modalidad, el componente de retraso 204 puede incluir circuitaje independiente del control por el componente de control 202 en donde el circuitaje no es controlado por un procesador u otro componente del componente de control 202. Por ejemplo, el componente de control 202 puede no ser capaz de controlar la operación del componente de retraso 204. De manera similar, el componente de control 202 puede no ser capaz de configurar un tiempo de retraso, inhabilitar un retraso y/o habilitar un retraso proporcionado por el componente de retraso 204. En una modalidad, el componente de retraso 204 puede incluir un temporizador basado en elementos físicos tal como un circuito de tiempo analógico que no puede ser controlado o configurado por el componente de control 202. Por ejemplo, el temporizador basado en elementos físicos puede ser configurable únicamente al alterar físicamente un circuito del temporizador basado en elementos físicos o al alterar físicamente conexiones o conmutadores físicos. En otra modalidad, el componente de retraso 204 puede incluir un programa o temporizador digital pero el componente de control 202 puede no proporcionar conexiones eléctricas para retrasar al componente 204 para permitir controlar el componente 202 para configurar o controlare el componente de retraso 204.
En una modalidad, un temporizador del componente de retraso 204 se basa completamente en elementos físicos. Por ejemplo, en una modalidad, el temporizador no se implementa en un arreglo de compuerta programable de campo (FPGA, por sus siglas en inglés) o cualquier otro ambiente reprogramable. En vez de esto, el temporizador puede ser un circuito de temporizador analógico. En una modalidad, el temporizador se inicia ante la operación de un contacto abierto de interruptor el cual puede ser activado entre la abertura del interruptor 104 por el componente de control 202 o por un operador. Por ejemplo, un operador puede utilizar el contacto abierto de interruptor para aislar un generador 106 mientras utiliza la salida supervisada en tiempo para cierre. De manera alternativa, el temporizador se puede iniciar ante la operación de un contacto de cierre que cierra o reconecta en respuesta a recibir la señal de cierre desde el componente de control 202 o un operador. Esta modalidad puede permitir una reconexión rápida pero puede evitar intentos subsecuentes de reconexión rápida.
En una modalidad, el componente de retraso 204 es inconfigurable desde una ubicación remota. Por ejemplo, el componente de retraso 204 puede no ser configurable utilizando un dispositivo en comunicación con el IED generador 102 sobre una red. En vez de esto, el componente de retraso 204 puede únicamente ser configurable en persona al ajustar, alterar o configurar de alguna otra manera, físicamente, el componente de retraso 204.
En una modalidad, el componente de retraso 204 incluye un componente de configuración de elementos físicos y un componente de retraso 204 es configurable en el sitio utilizando el componente de configuración de elementos físicos. Por ejemplo, el componente de configuración de elementos físicos puede incluir un conmutador de empaque en línea doble (DIP), terminales de puente de conexión y/u otros componentes físicos que requieren manipulación física para alterar un tiempo de retraso, inhabilitar el retraso de la señal de cierre y/o habilitar el retraso de la señal de cierre. Por ejemplo, un conmutador DIP, con conmutadores múltiples se puede ajustar a un estado sin retraso al ajustar todos los conmutadores a una posición apagada y establecer un estado de retraso máximo al ajustar todos los conmutadores en una posición de encendido. Se puede establecer un retraso intermedio al ajustar algunos de los conmutadores en una posición de encendido y algunos de los conmutadores en una posición de apagado. En una modalidad, el componente de configuración de elementos físicos es la única manera de habilitar, inhabilitar o configurar de alguna otra manera el componente de retraso 204. En otra modalidad, se puede colocar un puente de conexión a través de una terminal de puente de conexión para habilitar o inhabilitar el retraso y de esta manera permitir una operación de tipo ya sea "regular" o "aurora".
El componente de retraso 204 que no es controlable por el componente de control 202 y/o que es inconfigurable desde una ubicación remota puede proporcionar una protección fuerte contra un ataque aurora. Por ejemplo, si el componente de control 202 no puede controlar al componente de retraso 204, un usuario remoto no puede emitir instrucciones para controlar el componente 202 para anular o alterar la operación del componente de retraso 204. De manera similar, un usuario remoto no será capaz de reprogramar o alterar el componente de control 202 para inhabilitar el retraso proporcionado por el componente de retraso 204 y cualquier reconexión intentada se retrasará hasta que otros mecanismos sean capaces de retener y evitar cualquier cierre fuera de sincronía. De esta manera, cualquier intento individual de provocar un cierre fuera de sincronía nuevamente debe tener acceso físico al IED 102 generador para intentar iniciar el cierre fuera de sincronía. Debido a que la seguridad física puede ser más fácil de asegurar en comparación con la seguridad de red y/o debido a que una persona única no puede estar localizada en múltiples sitios de generación de energía al mismo tiempo, cualquier cierre fuera de sincronía que se intente puede ser bloqueado o se ha limitado de manera extrema en su alcance.
En una modalidad, el IED generador 102 se pude configurar para detectar cambios en el componente de retraso y emitir una alarma cuando se realizan cambios. Por ejemplo, el procesador del componente de control 202 se puede configurar para leer la posición del puente de conexión o conmutador DIP antes de emitir una instrucción de cierre. Si la posición ha cambiado desde una posición previa, entonces el procesador puede emitir una alarma. En otra modalidad, el procesador se puede configurar para leer periódicamente la posición del puente de conexión del conmutador DIP, leer la posición de acuerdo con un protocolo o ante la presentación de un evento tal como, por ejemplo, una recepción de una instrucción abierta, recepción de una instrucción cerrada, detección de una falla, recepción de una alarma desde otro IED o similar y emitir una alarma si la posición ha cambiado. En otra modalidad, el IED se puede configurar para que, ante la detección de un cambio en la posición de un puente de conexión o conmutador DIP, llevar a cabo una acción tal como, por ejemplo, emitir una alarma, inhabilitar el acceso a la red, inhabilitar el acceso al panel frontal, solicitar una contraseña antes de aceptar una instrucción, introducir un modo seguro, inhabilitar el cierre manual o similar.
Por lo tanto, el componente de retraso 204 implementa un retraso de cierre dentro del IED generador 102 que no obstante no puede ser no tomado en cuenta debido a la independencia del componente de retraso 204 desde el componente de control 202. Si el componente de retraso 204 no es independiente, un usuario no autorizado quien tenga acceso al control del IED generador 102 también puede ser capaz de configurar o inhabilitar el retraso proporcionado por el componente de retraso 204. De esta manera, el IED generador 102 de la figura 2 proporciona mitigación de "aurora" incluso si el relevador completo debe ser pirateado o reprogramado remotamente.
En una modalidad, el componente de retraso 204 puede incluir un componente contador 206. El componente contador 206 puede contar un número de intentos de reconexión. En una modalidad, el componente contador 206 puede permitir un número fijo de intentos de reconexión en un período de tiempo específico antes de retrasar la salida de una señal de cierre del interruptor 104. Por ejemplo, el componente de retraso 204 puede no proporcionar retraso alguno a una señal de cierre hasta que el componente contador 206 cuenta tres intentos de reconexión dentro de un período de tiempo de un minuto. De esta manera, la inclusión del circuito contador se puede utilizar para permitir un número fijo de operaciones de reconexión rápida, lo cual puede ser deseable en ciertos ámbitos por ejemplo cuando se conecta una porción de una red de suministro de energía a otra porción de una red de suministro de energía. Cualquier otro número fijo de intentos de reconexión y el período de tiempo específico se puede utilizar en otras modalidades. De manera similar al componente de retraso 204, el componente contador 206 puede ser independiente de control por el componente de control 202 y/o puede ser inconfigurable desde una ubicación remota.
El IED generador 102 puede incluir un componente de comunicación 208 para comunicación con otros dispositivos. En una modalidad, el componente de comunicación 208 puede permitir que el IED generador 102 se comunique con otro dispositivo ya sea directamente o sobre una red de comunicación tal como la red 108. Por ejemplo, un controlador de automatización que controla la operación del IED generador 102 y/o uno o más IED adicionales o sistemas puede ser capaz de comunicarse con un IED generador 102 por medio del componente de comunicación 208. Las instrucciones de control, actualizaciones u otras instrucciones o señales pueden ser enviadas al IED generador 102 por el controlador de automatización u otro dispositivo. En una modalidad, el componente de control 202 puede ser capaz de enviar instrucciones u otra información a otro dispositivo a través del componente de comunicación 208.
El IED generador 102 con el componente de retraso integrado 204 evita la abertura y cierre rápidos del interruptor de generador 104 lo cual permite que otros métodos y dispositivos de mitigación operen para evitar el cierre fuera de sincronía. El retraso proporciona protección considerable contra ataques aurora. Debido a que los ataques aurora se aprovechan de vulnerabilidades de otros mecanismos de protección dentro de un período de tiempo breve de abertura, el retraso para la reconexión se puede volver una reconexión rápida y por lo tanto los ataques aurora se vuelven imposibles. Debido a que el retraso no es configurable a través de reprogramación o instrucciones remotas, el retraso no puede ser inhabilitado de modo remoto y por lo tanto es necesario acceso físico con el fin de llevar a cabo cualquier ataque fuera de sincronía en un generador u otro sistema de energía. El retraso proporcionado por el componente de retraso 204 generalmente no reduce el desempeño debido a que los generadores normalmente no se requiere que se reconecten rápidamente al sistema de energía después de la desconexión. En el evento del peor caso en donde un generador se desconecta de manera inadvertida, el tiempo más corto para una reconexión normal con frecuencia será del orden de varios minutos. No obstante, incluso si algunas veces se necesita reconexión rápida, por ejemplo cuando se reconecta una porción de una red de suministro de energía a otra porción de una red de suministro de energía, el componente contador 206 puede permitir un número fijo de intentos de reconexión antes de proporcionar el retraso. Esto puede proporcionar protección mientras al mismo tiempo permite una capacidad de reconexión rápida óptima, si se requiere.
Una modalidad ejemplar en donde se puede necesitar cierta capacidad de reconexión rápida es cuando uno o más interruptores conectan una porción de un sistema de suministro de energía que no incluye una maquinaria giratoria con el resto de un sistema de un suministro de energía. Por ejemplo, dos o más interruptores pueden ser capaces de aislar la porción del sistema de suministro de energía que no incluye maquinaria giratoria y, si está aislado y reconectado, pueden provocar un cierre fuera de sincronía entre la porción del sistema de suministro de energía y el resto del sistema de suministro de energía. Esto puede provocar una falla en la línea y puede dañar el equipo de rotación, tal como generadores o motores eléctricos conectados al sistema de suministro de energía en otras ubicaciones fuera de la porción del sistema de suministro de energía que no incluye maquinaria giratoria. Aunque puede ser deseable reconectar con rapidez diferentes porciones del sistema de suministro de energía, también puede ser deseable limitar aberturas y reconexiones múltiples de un interruptor. En este caso, el componente contador 206 en uno o más interruptores permite un número fijo de intentos de reconexión antes de retrasar cualquier intento de reconexión.
La figura 3 es un diagrama esquemático ejemplar 300 que ilustra conexión lógica interna y externa ejemplar de un IED generador 102. El IED generador 102 mostrado incluye un componente de control 202 y un componente de retraso 204. El componente de control 202 incluye un auto-sincronizador interno 302 y un verificador de sincronización 304. El componente de retraso 204 incluye un tiempo de retraso en el retraso de captación (TPDU) 306, un conmutador DIP 308 y un conmutador de salida de cierre de interruptor 310. El diagrama 300 también ilustra componentes externos que incluyen un componente de aislamiento 312, un auto-sincronizador externo 314, un indicador de cierre manual 316 y una bobina de cierre de interruptor 318.
El componente de aislamiento 312 se conecta a una primera entrada 320 del IED generador 102. El componente de aislamiento 312 puede detectar que un generador ha sido aislado de un sistema de suministro de energía y proporcionar una señal al IED generador 102 indicando aislamiento. En una modalidad, el componente de aislamiento 312 detecta el aislamiento del generador u otro sistema de suministro de energía al detectar la abertura de un interruptor. El componente de aislamiento 312 se puede incluir dentro del IED generador 102 en una modalidad.
El auto-sincronizador externo 314 y el indicador de cierre manual 316 se conectan a la segunda entrada 322 del IED generador 102. Un auto-sincronizador externo 314 se puede configurar para ajustar uno o más del voltaje, frecuencia y ángulo de fase del generador 106 con respecto al sistema de suministro de energía 110 para sincronizar el generador 106 y el sistema de suministro de energía 110. El auto-sincronizador externo 314 puede transmitir una señal que indique que el generador 106 está sincronizado con el sistema de suministro de energía 110. El indicador de cierre manual 316 puede indicar que un operador ha intentado iniciar el cierre del interruptor 104 utilizando un conmutador u otra interfase humano-máquina.
La segunda entrada 322, conectada a un auto-sincronizador externo 314 y el indicador de cierre manual 316 se proporcionan para verificar sincronización 304 del componente de control 202. La verificación de sincronización 304 puede determinar si el generador 106 está sincronizado con un sistema de suministro de energía correspondiente 110. El verificador de sincronización 304 puede recibir una entrada desde una diversidad de sensores y/o dispositivos diferentes para determinar si el generador 106 está sincronizado. Si el verificador de sincronización 304 determina que el generador 106 y el sistema de suministro de energía 110 están suficientemente sincronizados y/o reciben una señal desde un auto-sincronizador externo 314 o el indicador de cierre manual 316 para cerrar el interruptor 104, el verificador de sincronización 304 emite una señal verdadera.
Un auto-sincronizador interno 302 del componente de control 202, similar al auto-sincronizador externo 314 se puede configurar para ajustar uno o más del voltaje, frecuencia y ángulo de fase del generador 106 con respecto al sistema de suministro de energía 110 para sincronizar el generador 106 con respecto al sistema de suministro de energía 110. El auto-sincronizador interno 302 puede transmitir una señal verdadera indicando que el generador 106 está sincronizado.
La salida del auto-sincronizador interno 302 y el verificador de sincronización 304 se combinan a través de la función O (OR) 330 para crear una salida sobre una línea de señal de cierre 324. La línea de señal de cierre 324 está configurada para proporcionar una señal de cierre al componente de retraso 204 cuando la entrada tanto del auto-sincronizador interno 302 como del verificador de sincronización 304 son verdaderas. En una modalidad, la señal de cierre comprende una señal "verdadera11 como se transmite desde la función O.
La primera entrada 320 se conecta a un retraso TDPU 306. Ante la recepción de la indicación de aislamiento del generador 106, el retraso TDPU 306 comienza un temporizador. Por ejemplo, cuando la entrada al retraso TDPU 306 se determina como un temporizador basado en elementos físicos se inicia y la salida del retraso TDPU 306 se establece como falsa hasta que ha transcurrido el tiempo de retraso.
Un tiempo de retraso de retraso TDPU 306 es controlado por el conmutador DIP 308. El conmutador DIP 308 puede incluir uno o más conmutadores los cuales pueden ser manipulados para establecer el retraso TDPU 306 en dos o más estados. Por ejemplo, los estados pueden incluir un estado apagado, un estado encendido y/o uno o más estados de tiempo de retraso. En una modalidad, el retraso en tiempo es ajustable entre 1 y 10 minutos o el retraso puede ser inhabilitado por completo. En una modalidad, el conmutador DIP 308 únicamente puede ser accesado físicamente al remover elementos físicos del chasis del generador IED 102. El conmutador DIP 308 también proporciona una salida al componente de control 202 de manera que el estado de corriente del componente de retraso 204 se puede leer por el componente de control 202 o un dispositivo remoto.
Cuando la salida del retraso TDPU 306 y la función O del componente de control 202 son ambas verdaderas y la función Y (AND) del componente de retraso 204 activa la operación del conmutador de salida de cierre de interruptor 310. El interruptor de salida de cierre de interruptor 310 se conecta a una bobina de cierre de interruptor 318 la cual cierra el interruptor 104 en respuesta a que el componente de retraso 204 cierra el conmutador de salida de cierre de interruptor 310.
Como se describe previamente, el componente de control 202 se puede implementar en elementos imborrables u otras instrucciones las cuales pueden ser ejecutables por un procesador. De esta manera, el auto-sincronizador interno 302, el verificador de sincronización 304 y/o la función O 330 se pueden implementar como código almacenado en memoria. De modo similar, el componente de retraso 204 se puede implementar independiente del componente de control 202 y puede ser inconfigurable por el componente de control 202. En una modalidad, en retraso TDPU 306 y la función Y 332, el conmutador DIP 308 y/o el conmutador de salida de cierre de interruptor 310 se pueden implementar en un elemento físico no programable. Debido a que el componente de retraso 204 se implementa independiente del control del componente de control 202, tal como en los elementos físicos, el IED generador 102 evita ataques "aurora" incluso si una persona es capaz de tener control completo sobre el IED generador 102 y establecer reprogramación y/o elementos imborrables. De esta manera, el IED generador 102 evita el cierre no deseado de un interruptor bajo cualquier escenario de ataque cibernético remoto hasta y que incluye el cargado y funcionamiento de una imagen de elementos imborrables alterados.
La figura 4 es un diagrama de gráfica de flujo esquemática que ilustra un método 400 para evitar el cierre fuera de sincronía. El método 400 se puede utilizar por un IED que conecta un sistema de energía a otro sistema de energía. En una modalidad, el método 400 se puede utilizar para evitar el cierre fuera de sincronía entre un generador y un sistema de suministro de energía. En otra modalidad, el método 400 se puede utilizar en múltiples IED para evitar el cierre fuera de sincronía entre una primera porción de un sistema de suministro de energía y una segunda porción del sistema de suministro de energía.
El método 400 incluye transmitir selectivamente 402 una señal de cierre para provocar que un interruptor conecte una porción de un sistema de suministro de energía (tal como, por ejemplo, un generador) a otra porción del sistema de suministro de energía. En una modalidad, la señal de cierre es transmitida 402 por un componente de control de un IED generador. El componente de control se puede configurar para controlar selectivamente la abertura o cierre del interruptor. El interruptor puede estar situado eléctricamente entre la primera porción de un sistema de suministro de energía y otra porción del sistema de suministro de energía.
El método 400 incluye retrasar 404 la salida de la señal de cierre a un interruptor utilizando un componente de retraso. El componente de retraso puede ser un componente de retraso de un IED generador. El componente de retraso puede incluir circuitaje independiente del control por el componente de control y el componente de retraso puede ser inconfigurable desde una ubicación remota. En una modalidad, el método 400 también incluye contar un número de intentos de reconexión utilizando un componente contador antes del retraso 404 emitido de la señal de cierre por el componente de retraso.
La descripción anterior proporciona numerosos detalles específicos para una comprensión profunda de las modalidades que aquí se describen. No obstante, las personas expertas en el ámbito reconocerán que uno o más de los detalles específicos se pueden omitir, modificar y/o sustituir por un proceso o sistema similar.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (26)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un dispositivo electrónico inteligente (IED), caracterizado porque comprende: un componente de control configurado para controlar selectivamente la abertura y cierre de un interruptor, en donde el componente de control transmite selectivamente una señal de cierre para provocar que el interruptor conecte una primera porción de un sistema de suministro de energía con otra porción del sistema de suministro de energía; y un componente de retraso configurado para retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor, en donde el componente de retraso comprende circuitaje independiente del control por el componente de control y en donde el componente de retraso es inconfigurable desde una ubicación remota.
2. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de retraso comprende un componente de configuración de elementos físicos y en donde el componente de retraso es configurable en el sitio utilizando el componente de configuración de elementos físicos.
3. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el componente de elementos físicos comprende un conmutador.
4. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el componente de elementos físicos comprende una terminal de puente de conexión.
5. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el componente de retraso es configurable a un estado sin retraso en donde la salida de la señal de cierre no está retrasada.
6. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la salida de la señal de cierre está retrasada por un tiempo de retraso, en donde el tiempo de retraso es configurable por el componente de elementos físicos.
7. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el componente de control emite una alarma ante la detección de un cambio en la configuración del componente de configuración de elementos físicos.
8. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de retraso comprende un circuito temporizador analógico.
9. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de retraso comprende un retraso de tiempo en el retraso de captación (TDPU).
10. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de retraso comprende un componente contador que permite un número fijo de intentos de reconexión antes de retrasar la salida de la señal de cierre.
11. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un componente de aislamiento para detectar aislamiento de la primera porción del sistema de suministro de energía de la segunda porción del sistema de suministro de energía.
12. El IED de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el componente de aislamiento detecta la abertura del interruptor.
13. El IED de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la primera porción del sistema de suministro de energía comprende una porción de la red de suministro de energía susceptible de ser aislada por abertura del interruptor y uno o más interruptores adicionales y en donde el componente de aislamiento detecta la abertura del interruptor y de uno o más interruptores adicionales.
14. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de retraso está configurado para retrasar la salida de la señal de cierre por un tiempo de retraso.
15. El IED de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el tiempo de retraso se mide desde un tiempo de aislamiento de la primera porción del sistema de suministro de energía desde la segunda porción del sistema de suministro de energía.
16. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de control está configurado para comunicarse sobre un enlace de comunicación con un dispositivo remoto.
17. Un sistema de control para controlar conexión de una primera porción de un sistema de suministro de energía con una segunda porción de un sistema de suministro de energía, caracterizado porque comprende: un interruptor; y un relevador basado en microprocesador que comprende: un componente de control configurado para controlar selectivamente la abertura y cierre de un interruptor, en donde el componente de control de manera selectiva transmite una señal de cierre al interruptor para conectar la primera porción del sistema de suministro de energía a la segunda porción del sistema de suministro de energía; y un componente de retraso configurado para retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor, en donde componente de retraso comprende circuítaje independiente del control por el componente de control y en donde el componente de retraso es inconfigurable desde una ubicación remota.
18. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además un componente de sincronización.
19. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el componente de sincronización es interno al IED.
20. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el componente de sincronización es externo al IED.
21. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la primera y segunda porciones del sistema de suministro de energía comprenden aislable por un interruptor y uno o más interruptores adicionales.
22. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la primera porción del sistema de suministro de energía comprende una máquina giratoria.
23. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además en donde la máquina giratoria comprende un generador.
24. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el componente de retraso comprende un componente de configuración de elementos físicos y en donde el componente de retraso es configurable en el sitio utilizando un componente de configuración de elementos físicos.
25. El sistema de control de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el componente de control emite una alarma ante la detección de un cambio en la configuración del componente de configuración de elementos físicos.
26. Un método para evitar el cierre fuera de sincronía, caracterizado porque comprende: controlar selectivamente la abertura y cierre de un interruptor utilizando un componente de control de un IED, en donde el componente de control transmite selectivamente una señal de cierre para provocar que el interruptor conecte una primera porción de un sistema de suministro de energía con otra porción del sistema de suministro de energía; y retrasar la salida de la señal de cierre al interruptor utilizando un componente de retraso del IED, en donde el componente de retraso comprende circuitaje independiente del control por el componente de control y en donde el componente de retraso es inconfigurable desde una ubicación remota .
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