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Updated April 2013

UCC 2021D Ensuring the Reliability of the Electric Power Grid

Onda Portadora Digital

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Asegurando La Confiabilidad Del Sumininstro Electrico

DescripciónDelSistema El Centro de Comunicaciones Universal (UCC 2021D) es un equipo de Onda Portadora Digital multifuncional que provee interfaz analogica, TDM e IP las cuales convergen en la misma plataforma. El equipo esta conformado por tres subsistemas:

• Amplificador de Poder y Acoplador (PAC) • Nodo de Conmutación de Paquete (PAN) • Chasis Digital (DC) El Cual Comprende al Transceptor SSB/QAM (XCVR/AQT) y la Teleprotección F6 (F6T)

Las características únicas del UCC 2021D contienen la última tecnología de Procesamiento Digital de Señales (DSP), lo cual provee la fexibilidad y robustes de operacion en modulación analógica SSB, Digital QAM adoptivo (ver Figura 1) o de manera simultánea espectros Analógico + Digital (ver Figura 2). El Nodo de conmutacion de Paquetes Digital (PAN) proporciona las caracteristicas de los sistemas de comunicaciones de ultima generacion (inedita en sistemas PLC) que integran voz, data, puertos de data múltiples T1 o E1 y tráfico IP sobre el enlace de Onda Portadora Digital. En su operacion analogica el 2021D implementa la modulacion Single Side Band (SSB) standard de los sistemas de Onda Portadora Tradicionales. El metodo comprobado como mas fuerte y seguro en sistemas de onda portadora digital es el implementado por el 2021D en ese modo de operacion; QAM Adaptiva. La adaptabilidad QAM con cancelación de eco hace que el UCC 2021D sea el sistema de Onda Portadora Digital más flexible y más confiable en el mercado.

El canal de transmisión del Transceptor QAM Adaptivo (AQT) del UCC 2021D, ocupa un total de 2.5, 4, 7.5 u 8 kHz de ancho de banda. Esta característica permite el reemplazo de sistemas análogos de onda portadora, no solamente mejorando el comportamiento general de la onda portadora y sus interfaces, sino que tambien utilizando las asignaciones de frecuencia ya existentes. Anchos de banda híbridos Analógico + Digital pueden ser implementados, ver Figura 2 El sistema de Transceptor QAM Adaptivo (AQT) opera a velocidades menores proporcionales al ancho de banda usando algoritmos para detectar y corregir errores con el fin de mejorar el desempeño bajo la presencia de ruido en el canal de alta tensión. La transmisión standard es desarrollada en 8 kHz una velocidad de 64 Kbps de los cuales 2.6 Kbps son usados para la sincronización, dejando 62.4 kb/s para los datos o carga de informacion. En configuracion de doble chasis digital el UCC 2021D puede proveer hasta 128 kbps ocupando 16 kHz de ancho de banda en RF.

Características adicionales: • Desde 1 hasta 4 canales de 2,5 y 4 kHz c/u en operación analógica • Disponibles 2.5, 4, 7.5 y 8 kHz de ancho de banda RF en operación digital con u sin bandas superpuestas Tx/Rx. • Capacidad de datos digitales desde 19.2 hasta 128 kbps en operación digital con modulación QAM adaptiva • Configuraciones de 50 o 100 W PEP • Sistema de enrutamiento de datos inteligente mediante protocolo OSPF (Open Shortest Path First) sobre línea de alta tensión (en operación digital). • Compatible e interfaz directa con protocolos SCADA IP (IEC 870-5-104; IEC 61850) • Algoritmos de compresión de voz seleccionable por canal desde 6 kbps • Flexible interfaz hombre maquina. Configuracion local, extremo remoto y cualquier otro equipo conectado a la red (no requiere licencia adicional). Equipo de onda portadora de operación dual analógica (SSB) y/o Digital (QAM Adaptivo), basados en el procesamiento digital de señales según la norma IEC 60495 para equipos de portadora por líneas de alta tensión: • Voz para comunicaciones telefónicas (FXS/FXO/4W E&M/E1/T1) • Transmisión de datos Síncronos (V.35, G.703), Asíncronos (V.24) e IP (10/100 BaseT) • Interface de Teleprotección integrada (hasta 8 comandos bidireccionales) con panel de prueba incorporado.

Fig 1: Espectro en operación Digital BW: 2.5, 4, 7.5 u 8 kHz

Fig 2: Espectro en operación híbrida (Analogo/Digital) BW: 8 kHz 4kHz Analogico + 4 kHz Digital BW: 7.5 kHz 2,5 kHz Analogico + 4 kHz Digital BW: 5 kHz 2,5 kHz Analogico + 2,5 kHz Digital

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El UCC 2021D permite el ajuste variable para las dos opciones de potencia de salida (50W y 100W PEP), Adaptador de Impedancia, Prueba Loopback, Filtros RF Programables, Híbrido y Carga muerta. El UCC 2021D integra un módulo insertable de Teleprotección F6 (F6T), cumpliendo con el estándar de teleprotección IEC60834-1, panel de prueba de comandos, lógica seleccionable de desbloqueo, Secuenciador de Eventos y Contadores de Disparos. El UCC 2021D representa el elemento principal que proporciona inteligencia a la plataforma de comunicaciones de la red Eléctrica, siendo capaz de hacer interface con equipos y sistemas existentes de Fibra óptica o Radio y utilizando cada uno de los enlaces como ruta alterna para la conmutación automatiza de la voz y datos. La Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) de Windows®, permite al usuario configurar los distintos parámetros por medio de una computadora local o remota. En caso de ser requerida, las trampas SNMP de reporte de alarmas también están incluidas. Figura 3. Arquitectura del Equipo

Arquitectura del Equipo UCC 2021D La modularidad del UCC 2021D provee alta flexibilidad para que cumpla con diferentes tipos de requerimientos, como en la Figura 3. Hay tres modulos que contienen el PAN, DC y PAC respectivamente. El Chasis digital (DC) Contiene el procesamiento analógico y digital, ambas independientes pero trabajando concurrentemente. En la trayectoria analógica, los distintos canales de voz y la Teleprotección F6

se conectan a un Transceptor analógico XCVR por medio del Módulo Multiplexor E1/T1. En la trayectoria digital, el trafico del nodo de conmutacion de paquetes digital (PAN) es entregado a travez de la interfaz de Alta Velocidad V.35 al Transceptor QAM Adaptivo (AQT). Los dos Transceptores son sumados o separados, dependiendo de la dirección de la trayectoria; sea transmisión o recepción. Para la transmisión, el bajo nivel combinado de señal RF alimenta al Amplificador de Potencia, Filtro de Transmisión y

finalmente la Interfaz de Línea. Para la recepción la señal combinada del RF es tomada de la Interfaz de Línea al filtro de recepción. Todas las configuraciones de Onda Portadora son hechas en los Transceptores y la configuración de red es llevada a cabo en el PAN. La configuracion en modulacion digital AQAM no requiere canales analógicos de voz o data y la configuracion analogica SSB no requiere el PAN.

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DescripciónDelEquipo Amplificador de Potencia y Acoplador (PAC) El chasis del PAC contiene los Amplificadores de 50 ó 100 Watts (PEP), filtros RF, Carga Muerta, Monitoreo de Potencia, Adaptador de Impedancia de RF, módulo de prueba LOOPBACK e Híbrido de RF. La interfaz está localizada en la parte más alta del chasis PAC. Los puntos de prueba se encuentran adentro del panel frontal: la Línea Tx (después del filtro de transmisión), la Línea Rx (antes del filtro de recepción) y la Interfaz de Línea (después del Híbrido). Estas señales facilitan las pruebas de los equipos y la puesta en servicio. El Híbrido separa eficientemente las frecuencias de Transmisión y Recepción. El uso del Híbrido mantiene bajas las pérdidas en la dirección de Transmisión, en el orden de 0.5 a 1 dB. Chasis Digital (DC) El Transceptor analogico SSB XCVR y digital AQT, el Módulo Común E1/T1 y la Teleprotección F6 son montadas en un chasis de 19 pulgadas. La conexión entre el Transceptor y el Módulo Común es E1 o T1.

Figura 3. Configuraciones posibles en canal analógico

BER vs. SNR on UCC 2021D

Transceptor analogico (SSB XCVR) Basado en tecnicas de procesamiento digital de señales (DSP), el SSB XCVR efectua la modulacion de audio a RF en un solo paso para canales de 2,5 y 4 kHz cuando opera en modo de canal analógico. La figura 3 ilustra algunas de las posibles configuraciones que pueden ser aplicadas en el canal de 4 kHz. El canal es comparatido por voz, datos (modem analogico) y comandos de Teleproteccion. Cda sub-canal es filtrado digitalmente y combinado en el proceso previo a la modulacion RF lo cual provee flexibilidad y fidelidad en la informacion recibida en el extremo opuesto del enlace. Transceptor QAM Adaptivo AQT Una buena planificación para el Sistema de Onda Portadora Digital depende de varios factores como la relación Señal-Ruido (SNR), el ancho de banda disponible y los servicios requeridos.

Figura 4 - BER vs SNR

Bit Rate Vs. SNR 8 KHz

Figura 5 - Bit Rate vs SNR

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Para ayudar con esta planificación, proveemos la curva BER (Figura 4) basada en una gran cantidad de simulaciones y pruebas de laboratorio y campo. De la figura 4, podemos inferir que es necesario una SNR >35Db para una velocidad de transmisión de 64 Kbps con un ancho de banda de 8 Khz. De la misma manera si en algunas circunstancias la SNR empeora hasta 30 dB el equipo automaticamente ajustara su traza de transmision a 52,3 dB manteniendo el BER para el cual esta especificado el equipo. La figura 5 ilustra ese cambio de velocidad de conexion en funcion de la SNR para el BER garantizado de E-6. Modo de operación Duplex • Separación de canales con técnicas de cancelación de eco • Modulación Adaptiva de Amplitud en Cuadratura (QAM) para cada canal con línea de transmisión sincrónica en velocidades seleccionables de 2400, 2743, 2800, 3000, 3200, 3249 símbolos/ seg. • Dependiendo de las condiciones de las Líneas de Transmisión, las siguientes velocidades sincrónicas estándar de señalización de canales de data pueden ser obtenidas: 64.000 bit/seg; 62.400 bit/ seg; 33.600 bit/seg; 28.800 bit/seg; 14.400 bit/seg; 4.800 bit/seg; 2400 bit/seg. En configuracion de doble AQT las velocidades son el doble de las señaladas. • Codificación Trellis para todas las velocidades • Técnicas adaptivas que permiten que el Transceptor consiga casi máxima señalización de data que el canal pueda alcanzar en cada conexión • El Intercambio de secuencias de velocidades durante el inicio de la conexión permite el establecimiento de la máxima velocidad para el estado operativo. • Control Automático de Ganancia (AGC) con el fin de compensar las variaciones en el nivel de señal causadas por los cambios de atenuación de línea. Si el nivel de señal recibida por la Teleprotección varía a más de 40dB de lo normal en el rango de regulación de -20 a +20 dB o -26 a +14dB, un relé y un LED indicarán el estado de alarma. Adicionalmente, el AGC acciona el silenciador de señal a ruido que desactiva el sistema e inicia una alarma bajo condiciones de ruido excesivo. • Modulación: Es un Código de Modulación Trellis Adaptivo con Corrector de Errores Multidimensional, dando resultados en bits fraccionales por símbolo, de 4 QAM a 1024 QAM, dependiendo de las condiciones de las Líneas de Transmisión y el ancho de banda disponible. • Generador RF para pruebas Programable, el Transceptor puede generar un tono RF de prueba entre 20 y 500 kHz para que sea transmitido sobre la trayectoria de las Líneas de Transmisión.

PAC

DC

PAN

Nodo de Conmutación de Paquetes (PAN) El UCC 2021D es un Centro de Comunicaciones con caracteristicas de equipos de ultima generacion convergente TDM/ IP que integra tráfico de voz y datos a través de una red única utilizando un portal de acceso multi-servicio que emplea conmutación de paquetes para aplicaciones en Subestaciones de Distribución Eléctrica.

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Las Características Principales del UCC 2021D PAN Son: • Entrega de Alta Calidad Sobre Banda Angosta: El PAN del UCC 2021D ofrece la última tecnología de priorización y compresión de voz y data desempeñando un servicio de calidad superior con utilización mínima de ancho de banda sobre las Líneas de Alta Tensión. La versatilidad del UCC 2021D ayuda a aprovechar el ancho de banda de las Líneas de Transmisión sin sacrificar la calidad del servicio de la aplicaciones. • Conmutación de Canales de Voz: El UCC 2021D PAN integra los sistemas dispares de teléfono de sitios diferentes; con soporte para voz analógica (audio), digital (TDM) e IP (SIP), permitiendo que equipos tradicionales y de conmutación de paquetes compartan la Red del Sistema de Potencia. Canales de telefonía analógica y digital y múltiples interfaces de data T1/E1 y puertos seriales de data están incorporados en el UCC 2021D PAN. Estos son optimizados específicamente para redes distribuidas de empresas que tengan requerimientos de conectividad múltiple WAN y diferentes usos de funcionalidad, densidad, desempeño y conectividad. • Manejo Simplificado de Red: Utilizando un software versátil, el UCC 2021D PAN es fácil de configurar y manejar, integrando una red de diversos proveedores por medio de SNMP MIBs y manejo gráfico de Windows. El UCC 2021D PAN es extremadamente flexible y fácil de configurar y manejar. Como solución modular de voz y data, la plataforma del UCC 2021D PAN entrega facilidad de uso y escalabilidad en una forma completamente integrada e independiente, empaquetando y comprimiendo eficientemente y entregando el tráfico telefónico. • Satisface los Estándares de la Industria: El UCC 2021D PAN satisface los estándares de Voz Sobre IP (VoIP) por medio del protocolo SIP y una amplia variedad de codecs de voz. A su vez, el UCC 2021D ofrece soporte e interfaces flexibles de protocolo de data con un rango amplio de servicios de red SCADA y requerimientos del usuario.

Estructura Modular El UCC 2021D se presenta de correlativa su estructura logica y fisica, esta idea facilita su manejo y configuracion. Las siguientes figuras muestan los bloques funcionales descritos previamente.

A&D imum continuous output current 2 A (inductive) B&C imum surge current (100ms) 30 A A&C imum breaking current 1 A (resistive) B&D Asegurando La Confiabilidad Del SumininstroA&B&C Electrico imum open circuit voltage 280Vdc imum operate time 5 ms A&B&D

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thstand hstand ithstand c Withstand

IEC-610004-2, ANSI C37.90.3 IEC-60834, ANSI C37.90.2 IEC-801-4, ANSI C37.90.1 2500 Vdc per IEC-60255-22-1 and IEC-60834-1 El UCC 2021D dispone de una teleprotección integrada. Este

A&C&D B&C&D A&B&C&D

A&D B&C C D B&C A&D C&D C&D C&D

F6,F8 F4,F8 F2,F4 F2,F6 F4,F8 F6,F8 F4,F6 F4,F6 F4,F6

TeleprotecciónF6Integrada

elay sistema de Transferencia de Disparo de cuatro funciones Form modular (MTS) está “C”basado (spdt) en el esquema comprobado de protección F6. rcuit Voltage 300 Vdc ent (continuous) 1A El sistema es apto las aplicaciones de bloqueo y aking Current 1 A, para Non-inductive

desbloqueo de Transferencia de Disparo Directa (DTT) y Transferencia de Disparo Permisiva (PTT). El UCC 2021D cumple con los requisitos del estándar de teleprotección Technical Specifications IEC-60834.

d cy rangeEl sistema 20 500compuesto kHz MTStoestá de dos partes, el módulo ex Channels 1, 2, 3, or SSBmódulos Channels MTS y los módulos I/O.4Estos trabajan juntos con Bandwidth kHz,UCC 4 kHz el resto del2.5 sistema 2021D para proveer teleprotección ty de cuatro funciones. Hasta dos módulos MTS pueden ser rall (4 kHz fromenBandedge)