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Itaipu Binacional Implanta Tecnologia SDN

Usina utiliza Rede Definida por Software na Modernização de Esquema de Controle de Emergência

A tecnologia de rede definida por software (SDN, do inglês Software Defined Networking) foi usada para modernizar parte dos esquemas de controle de emergência do setor de 50 Hz Paraguaio da Itaipu Binacional. É a primeira experiência com SDN no setor elétrico brasileiro e paraguaio. O projeto permitiu conectar uma rede nova com outra já em operação sem que fossem necessárias ações lógicas na rede preexistente. A atuação dos switches SDN trouxe ainda avançada cibersegurança, aliada a uma diminuição dos tempos de convergência de rede: de milissegundos para microssegundos. 
A arquitetura SDN era a mais adequada para conectar o Esquema de Proteção de Isolação Forçada ou FIP (Forced Isolation Protection) - que abrange painéis na SE-IPU-50HZ (Subestação Blindada em SF6), na STFI (Subestação Conversora de FURNAS em Foz do Iguaçu, HVDC) - e o FIP-02 instalado na SEMD (Subestação da Margem Direita em Hernandarias, setor 500 kV). O FIP-02 é responsável por isolar os sistemas entre a Itaipu e a Ande (Administración Nacional de Electricidad) para que não haja intercorrências se houver alterações não desejadas de tensão, frequência e inversão do intercâmbio de potência em uma das redes. 
Com o FIP-01 já em operação, a usina hidrelétrica precisava de um sistema para o FIP-02 que garantisse confiabilidade e dispensasse alterações nos switches da primeira rede. Segundo Marcos Cabral, engenheiro de Automação na SEL, que atuou no projeto, o desafio era fazer a integração sem impactos indesejáveis, principalmente em relação a mensagens GOOSE. 
“O SDN atua como uma espécie de filtro entre a rede antiga e a nova, recebendo somente as mensagens já pré-selecionadas”, disse.
“O principal objetivo era a interconexão”, diz Pedro Garcia, Engenheiro da Divisão de Engenharia Eletrônica e Sistemas de Controle da Itaipu, que é algo que nem normatizado ainda está. “Tínhamos muitas incertezas com as outras soluções. Com o SDN essas incertezas caíram por terra. É uma arquitetura bastante determinística. Os equipamentos estão instalados na SEMD há um ano e funcionam perfeitamente bem”
As equipes da SEL e da Usina trabalharam juntas do começo ao start do projeto, nas fases de planejamento, testes e documentação e engenharia de rede e testes. “O projeto de rede utilizando SDN demanda muito cuidado, muito conhecimento e perfeccionismo. Quando se trabalha com uma tecnologia SDN, a rede tem que ser montada peça por peça, é diferente das outras que se reconfiguram automaticamente. É uma tecnologia nova também para a SEL Brasil. Tivemos um primeiro caso de uso no Brasil e Paraguai, e quiçá no mundo”, afirma Garcia. 
O engenheiro da Itaipu ressalta que a parte de interconexão de redes foi crucial para a Itaipu, além do determinismo e do tempo de convergência quando tem uma falha. “O switch SDN devido a sua característica de pré-configuração tem um tempo de comutação muito pequeno: há uma diminuição de milissegundos para microssegundos. Quando falamos de sistemas de proteção, que andam na velocidade da luz, isso é muito importante”, diz.
Alcançar essa velocidade, segundo Cabral, é possível pela separação entre o plano de dados e o plano de controle.  
“O switch passa a ser um executor do que foi gravado em sua memória, o plano de controle. Todas as rotas já estão programadas no controlador, incluindo backups. Se uma rota falha, o switch já sabe para qual enviará a mensagem e só executa a ação”.

Modernização 
O Esquema de Proteção FIP-02 foi modernizado, já que o antigo estava obsoleto e deu lugar a um painel apropriado às novas características do sistema elétrico. A instalação de relés inteligentes no painel teve como objetivo, otimizar a troca de dados com o painel FIP-01 que receberia as mensagens GOOSE com os patamares de intercâmbio de potência entre Itaipu e Ande.
Alternativas para esse caso incluíam soluções mais tradicionais como integração via cabeamento, configuração de protocolo RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) nas duas redes ou implementação de VLAN na rede preexistente, exigindo novo comissionamento. A diferença para um sistema tradicional, é que este permitiria passar todos os pacotes com uma configuração de restrição apenas para as mensagens que não devem ser recebidas. Isso deixa a rede vulnerável a ataques maliciosos, além de ocupar processamento de banda com mensagens que não são destinadas àquele equipamento.
“Os switches SDN apresentam uma configuração deny-by-default, isso quer dizer que todas as mensagens que chegam são barradas, passando apenas aquelas pré-definidas. Todas as rotas de comunicação e os pacotes que circularão pela rede devem estar mapeados e dentro de regras preestabelecidas. É uma arquitetura proativa, cujas regras já foram definidas durante o projeto e antes do início da operação”, afirma Cabral.

Tecnologia da SEL 
De acordo com Garcia, o primeiro contato da empresa com o SDN veio de uma visita de uma equipe da matriz da SEL à empresa, justamente para apresentar a tecnologia, no início de 2016. “Havia um projeto em andamento com a SEL e foi feita uma negociação do uso da SDN porque vimos nessa tecnologia uma solução para um problema de integração, nunca feita antes, entre essas duas redes. Tínhamos muitas dúvidas de como realizar isso e com o SDN nós visualizamos uma solução simples e eficiente”
A segurança cibernética é outro benefício listado pela Itaipu como importante no projeto. O risco de ataques hackers a concessionárias de energia como ocorreram nos Estados Unidos e até mesmo no Brasil causando indisponibilidade em redes de comunicação despertaram a atenção. A SDN era capaz de, ao mesmo tempo, isolar as duas redes dos esquemas de proteção de isolação forçada, oferecer cibersegurança e diminuir o tempo de recuperação após falhas. “A segurança cibernética está implícita no conceito de SDN, que nasceu com essa característica”, afirma Garcia.
Os resultados do projeto foram apresentados durante os eventos UTCAL - Utilities Telecom & Technology Council América Latina e o XIV STPC – Seminário Técnico de Proteção e Controle realizado em outubro de 2018 e reunidos em um artigo. O material é assinado por engenheiros que participaram do projeto pela SEL: Marcos Cabral e Mauricio Silveira; e pela Itaipu: Pedro Garcia, Hugo Larangeira, Eron Márcio Nyznyk, Aldo Insfrán, Marcos Aloe Yamamoto, Bruno Marins Fontes, José Chiaradia e Daniel Felip Amarilla. 


Fonte: Jornal Interface Ed. 45