iec61850 automatizacion de subestaciones

Soluciones ABB de proteccin y Automatizacin

IEC 61850 y la automatizacin de subestacionessubestacionesDavid Gonzalez, Abril 4, 2013

Objetivos de aprendizaje

Beneficios de IEC 61850

Que es interoperabilidad y que no lo es

Como se obtiene interoperabilidad

Q e son pr ebas de conformidad Que son pruebas de conformidad

April 4, 2013 | Slide 2 ABB Group

Contenido

Introduccin y Beneficios de IEC 61850

Interoperabilidad

Que es interoperabilidad?

Como se obtiene? Como se obtiene?

Ethernet

Funciones y Modelo de datay

Conformidad

Grupo de usuarios UCA International

Prueba de aparatos

Conclusiones


La norma IEC 61850

Norma aceptada internacionalmente pararedes de comunicaciones y sistemas enredes de comunicaciones y sistemas en subestaciones

No solo un protocolo de comunicaciones

Tambin define la construccin del sistema, sus herramientas y configuracin

La gran diferencia con las normasanteriores de comunicaciones es elanteriores de comunicaciones es el modelaje normalizado

Modelaje de las funciones de lassubestaciones - Nomenclatura de los datos

Funciones e informacin

Define un grupo de servicios de comunicaciones


Beneficios de IEC 61850

Interoperabilidad

La habilidad de los DEIs de uno o variosfabricantes para intercambiarinformacin y usar esa informacin parasus propias funciones

Configuracin libre

La norma deber soportar diferentesfilosofias y permitir la libre utilizacinde funciones por ejemplo deberde funciones, por ejemplo, debertrabajar igualmente bien para sistemascentralizados o descentralizados

Estabilidad de largo plazo

La norma ser a prueba de obsolescencia, es decir, deber seguirel progreso de la tecnologa de comunicaciones y el desarrollo de los sistemas


Beneficios de IEC 61850Beneficios SecundariosBeneficios Secundarios

Flexibilidad de Ethernet

Todo sobre una sola red

Rpido, confiable y a costo efectivo

Posibilidad de usar nueva tecnologa evolvente Posibilidad de usar nueva tecnologa evolvente

Communicacin Uno a Uno (Peer-to-Peer) Todos los aparatos tienen la habilidad de comunicarse entre s,

independientemente de un Maestroindependientemente de un Maestro

Intercambio de datos configurable

No avalanchas de datos

Datos recibidos entendibles

Nombres, designacin y descripcin normalizados, hace fcil de entender los datos


Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


InteroperabilidadQue es interoperabilidad?

En los sistemas de automatizacin de Subestaciones:


DEIs de diferentes suministradores o diferentes versiones del mismo suministrador debern tener la habilidad de intercambiar y usar informacin en tiempo real sin ningn convertidor de protocoloy sin la necesidad de la interpretacin humanay sin la necesidad de la interpretacin humana

HMI Gateway

Marca D Marca E

Ethernet

Intercambio de datos

DEI

Marca A

DEI

Marca B

DEI

Marca CMarca A Marca B Marca C

| Slide 8 ABB GroupApril 4, 2013

InteroperabilidadInteroperabilidad no es Intercambiabilidad!

Como las funciones no son normalizadas, los DEIs no son i t bi bl i l i l d i i

Interoperabilidad no es Intercambiabilidad!

intercambiables sin algn nivel de ingeniera

Normalizar las funciones detendra la evolucin de las funcionesy su competencia

Usando DEIs que cumplan IEC61850 se facilita la intercambiabilidad

HMI Gateway

Marca D Marca E

Ethernet

DEI

Marca A

DEI

Marca B

DEI

Marca C

DEI

Marca FXMarca A Marca B Marca CMarca FX| Slide 9

ABB GroupApril 4, 2013

Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


InteroperabilidadComo se obtiene?

Usando Ethernet para la transmisin de datos

Como se obtiene?

Rpido, confiable y a costo efectivo

Posibilidad de usar nueva tecnologa evolvente

Conexiones y servicios paralelos entre los DEIs y clientes Conexiones y servicios paralelos entre los DEIs y clientes

El lenguaje de configuracin de subestacin (SCL) basadoen XML permite transmitir la configuracin de la subestacin entre diferentes herramientas en una manerasubestacin entre diferentes herramientas en una maneranormalizada

Define la estructura de la subestacin y su equipo primario, parmetros de comunicaciones y el modelo de datos del DEI

Pruebas de conformidad normalizadas

Realizadas en centros de pruebas acreditados por el UCA International Users GroupInternational Users Group


Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


InteroperabilidadEthernet

La industria de T&D requiere:

Ethernet

(1) Redundancia

Ethernet soporta varios niveles de redundancia

La edition 2 de IEC 61850 c briendo la red ndancia f La edition 2 de IEC 61850 cubriendo la redundancia fupublicada en Diciembre 2011

Redundancia adicionada al bus de estacin (IEC 61850-8-1) y al bus de proceso (IEC 61850 9 2)al bus de proceso (IEC 61850-9-2)

La redundancia del IEC 61850 se basa en PRP/HSR de la norma IEC 62439

PRP = Parallel Redundancy Protocol

HSR = High availability Seamless RedundancyHSR = High-availability Seamless Redundancy




Ethernet

(2) Prioridad para mensajes importantes

Capa 2: Q-tagged VLANs Campos adicionales en la estructura del Ethernet Estos campos Campos adicionales en la estructura del Ethernet. Estos campos

estn asociados con la identificacin nica de el LAN virtual VLAN ID.

Campos adicionales incluyen etiquetas 3-bit de prioridad

VLAN ID es usado para los mensajes peer-to-peer (GOOSE)

Los switches Ethernet deben soportar Capa 2 VLANs




Ethernet

(3) Sincronizacin del tiempo

SNTP (Simple Network Time Protocol) con precisin de 1 ms (class T1) est definido en IEC61850( )

Los DEI buscan el tiempo en el servidor de tiempo

El retrazo en la transmissin es corregido por un procedimientoespecialespecial

DEIs debern ser probados para la clase de precisin nominal de acuerdo a IEC 61850-5




Ethernet

(4) Monitoreo extendido

SNMP - Simple Network Management Protocol

Red de manejo de componentes Red de manejo de componentes

Ampliamente usado en manejo de redes de sistemas

Aparatos que tipicamente soportan SNMP incluyenit h i t i i lswitches, impresoras, aparatos para sincronizar el

tiempo, etc.

SNMP no est mencionado en IEC61850!


Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos

Que puede ser normalizado?

Conecciones Fsicas? Plugs !

Q p

Aparatos Fsicos ?

Funciones ?

Desarrollo !

Funciones ?

Datos ?

Competencia !

Intercambio Datos! Procesos de

comunicaciones?

Intercambio Datos!

Intercambio Datos!



SIMG

Cercano al usuario, Modelo de datos orientados a objetosObjetos del dia-dia para el ingeniero de subestacin Ejemplo :

ObjectoSIMG

SIMG CSWI

ObjectoInterruptorXCBRQue datos

t

PTOCXSWI

XSWI

SIMG

PTRC

CSWI

CSWI

CSWITVTR

pertenecenA esteobjeto?

PTOCXSWI CSWISIMG

TCTR

EstosObjectosSon ll d

TechnologaSecundaria(S bstation

XCBR

llamadosNodosLogicos.

Tecnologa Primaria (Switchgear)(Substation Automation)


Introducin de Nodos Lgicos: Vista Funcional

Relacin de comunicaciones entre funciones de un sistema de automatizacin de subestaciones

El intercambio de informacin es entre todos los dispositivos El intercambio de informacin es entre todos los dispositivosque comprenden el sistema

Ms exactamente, los datos son intercambiados entre funciones y sub-funciones residentes en cada dispositivo

La parte ms pequea de la funcin que intercambia datos esllamada Nodo lgico Logical Node (LN) en IEC 61850. El LN g g ( )realiza algunas operaciones para la funcin total

Las funciones no estn estandardizadas ?



Introducin de Nodos Lgicos: Vista FuncionalIntercambio de datos el sistema de automatizacin de subestacinMs exactamente, datos son intercambiados entre funciones y sub-funciones residentes en los dispositivos

Los intercambios de datos estn agrupados en objetos bajo lasfunciones

Los objetos llamados Logical Node (LN) Nodo Lgico pueden Los objetos llamados Logical Node (LN) Nodo Lgico puedenser vistos como Recipientes conteniendo los datos suministradospor una funcin dedicada al intercambio (comunicacin)

El N b d l N d L i d i t l ti t El Nombre del Nodo Lgico puede ser visto como la etiquetaadherida a ese recipiente


Las funciones no estn estandardizadas !

InteroperabilidadFunciones & Modelo de DatosNombres y Grupos de Nodos Lgicos (Primera Letra)

L System LN (2) M Metering and measurement (8) P Protection (28) R Protection related (10) C Control (5)

S Sensor and monitoring (4) X Switchgear (2) T Instrument transformers (2)C Control (5)

G Generic (3) I Interfacing and archiving (4)

T Instrument transformers (2) Y Power transformers (4) Z Further power system

equipment (15) A Automatic control (4) equipment (15)

Examples PDIF: Differential CSWI: Switch controller PDIF: Differential

protection

RBRF: Breaker failure

CSWI: Switch controller MMXU: Measurement unit YPTR: Power transformer

XCBR: Circuit breakerLa 2a edicin de la norma contine ms nodos lgicos



Device Example: Station Workplace

Designacin de LNs a dispositivos (DEIs)

IHMI(Human Machine IF)

Device Example: Combined Protection and Control UnitCSWI(Switch Controller)

PDIS(Distance Protection)

XCBRTVTR(Voltage Transformer)

Device Example: Circuit Breaker

XCBR(Circuit Breaker)

TCTR(Current Transformer)

( g )

Device Example: CombisensorCircuit Breaker



Device Example: Station Workplace

Designacin de LNs a dispositivos (DEIs)

IHMI(Human Machine IF)

Control Unit

CSWI(Switch Controller)

PDIS(Distance Protection)

Protection Unit

XCBR

TVTR(Voltage Transformer)

VoltageSensor

Device Example:

XCBR(Circuit Breaker)

TCTR(Current Transformer)

( g )

CurrentSensor

Circuit Breaker



Jerarqua de DatosPhysical Device (DEI)

Bay Unitdefined as Server

ImplementationBay Unit

ControlLogical Device (LD)

GroupingControl

Logical Node (LN) CSWICSWI Switch ControlLogical Node (LN) CSWI CSWI Switch Control

Data (Object)

Data PositionData (Object) Position

AttributeProperties

Control Value

ValueON/OFF

Status ValueINTERM./OFF/ON/BAD



Dispositivo de Bahia (DEI) para Protecin y ControlEjemplo Implementacin Jerarqua de Datos

Common LLN0

CommonCommonLLN0LLN0Name plateName plate

ControlControlSwitch ControlSwitch ControlPositionPosition

Control ValueControl Value

ControlCSWI Pos ctlVal stVal

Control ValueControl ValueStatus ValueStatus Value

InterlockingInterlockingEnaOpnEnaOpn

CILO EnaOpn stVal EnaCls stVal

ProtectionPTOC Str Op

LLN0ProtectionProtectionOvercurrentOvercurrent

EnaClsEnaCls

Start/PickStart/Pick--upupOperate/TripOperate/Trip



Ejemplo de Nodos Lgicos (1) segn parte 7-4Common Logical Node class Attribute Name Attr. Type Explanation T M/O

LNName Shall be inherited from Logical-Node Class (see IEC 61850-7-2)LNName Shall be inherited from Logical-Node Class (see IEC 61850-7-2).

Data Mandatory Logical Node Information (Shall be inherited by ALL LN but LPHD)

Mod INC Mode M

Beh INS Behaviour M

Health INS Health M

NamPlt LPL Name plate M

Optional Logical Node Information

Loc SPS Local operation O

EEHealth INS External equipment health O

EEName DPL External equipment name plate O

OpCntRs INC Operation counter resetable O

OpCnt INS Operation counter OOpCnt INS Operation counter O

OpTmh INS Operation time O

Data Sets (see IEC 61850-7-2) Inherited and specialised from Logical Node class (see IEC 61850-7-2). Control Blocks (see IEC 61850-7-2)

h d d l d f l d l ( C 6 8 0 2)Inherited and specialised from Logical Node class (see IEC 61850-7-2).Services (see IEC 61850-7-2) Inherited and specialised from Logical Node class (see IEC 61850-7-2).



XCBR class Attribute Name Attr. Type Explanation T M/O

Ejemplo de Nodos Lgicos (2) segn parte 7-4

LNName Shall be inherited from Logical-Node Class (see IEC 61850-7-2)

Data Common Logical Node Information see Example for Logical Node (1) LN shall inherit all Mandatory Data from Common Logical Node Class M Loc SPS Local operation (local means without substation automation communication, M

hardwired direct control)EEHealth INS External equipment health O EEName DPL External equipment name plate O OpCnt INS Operation counter M Controls

Pos DPC Switch position M

BlkOpn SPC Block opening M

BlkCls SPC Block closing M

ChaMotEna SPC Charger motor enabled O

Metered Values

SumSwARs BCR Sum of Switched Amperes, resetable O

Status Information

CBOpCap INS Circuit breaker operating capability M

POWCap INS Point On Wave switching capability O

MaxOpCap INS Circuit breaker operating capability when fully charged O



Ejemplo de Atributos asignados a datos comunes de a Clase (CDC)fromPart 7 3Part 7-3



Asignacin libre de Nodos Lgicos (funciones) a dispositivos El soporte para la asignacin de Nodos Lgicos (funciones

y sub-funciones) permite una optimizacin del sistemahoy y en el futurohoy y en el futuro

La asignacin libre es controlada por reglas estrictas y el concepto IEC 61850

La asignacin libre no interfiere la interoperabilidad peroLa asignacin libre no interfiere la interoperabilidad peropuede incrementar los requerimientos de herramientas

La asignacin libre est limitada por la capacidad de los dispositivossegn las caracteristicas tcnicasg



Manteniendo interoperabilidad por reglas estrictas paraExtensiones

Nodos lgicos Existentes, Datos y Atributos debern ser usadosNodos lgicos Existentes, Datos y Atributos debern ser usadossi es aplicable

Datos Mandatorios debern ser proporcionados en casode un reclamo de conformidad

Antes de hacer una extensin, los datos Opcional debernser usados si es aplicable

Si esta condicin aplica, datos Condicionales son mandatoriosp , Para Extensiones de nodos lgicos, los datos definidos

por otros nodos lgicos debern ser usados Cuando se creen extensiones de datos, combinaciones de,

los Terminos bien definidos Se debern usar Nonbres de Espacios para cualquier

extensin refiriendose a algunos documentos donde el significado y el uso de esas extensiones est definido



Leer un valor / atributoAcceso a datos y transferencias (Servicios)

Escribir configuracin atributos control un aparato (operacin directa / seleccione antes de

operar) Evento orientado comunicacin con reporte Almacenaje de eventos con estampado de tiempo en un log

Obtener informacin de directorio Obtener informacin de directorio Transferencia de archivos for ejemplo.

Descargas de paramtros y software Cargas desde informacin monitoreada como curvas de viaje o densidad de

gas

Transferencia de generic object oriented system events(GOOSE)(GOOSE)

Transferencia de sampled (analog) values (SV)April 4, 2013 | Slide 32 ABB Group

Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


ConformidadQue son las pruebas de conformidad?

IEC 61850 define:

p

Los mtodos y procesos de pruebas de confirmidad a dispositivos a ser usados en sistemas de automatizacin de subestaciones

Las medidas a ser tomadas en los dispositivos de acuerdo a lo definido Las medidas a ser tomadas en los dispositivos de acuerdo a lo definidoen la IEC 61850 parte 5

UCA International User Group ha creado un sistema de pruebas basados en las definiciones de la normalas definiciones de la norma

Los centros de pruebas (laboratorios) acreditados por UCA realizan laspruebas y emiten los certificados de los dispositivos probadospruebas y emiten los certificados de los dispositivos probados

Las pruebas de conformidad no son pruebas de interoperabilidad


ConformidadBeneficio de las pruebas

Asegurar Interoperabilidad

p

Elimina disputas costosas provenientes de no-interoperabilidad

Reducir riesgos

Usuarios pueden rechazar la compra de dispositivos no probados

Asegura confiabilidad

Proveedores pueden usar los resultados de pruebas de conformidad Proveedores pueden usar los resultados de pruebas de conformidadcomo parte de su programa interno de aseguramiento de calidad


Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


UCA International Users GroupConformidad

Comit de Pruebas

p

Ha creado un sistema de pruebas para clarificaciones posterioresprobando la especificacin en IEC61850-10

Tres documentos han sido creados como ncleo del sistema de Tres documentos han sido creados como ncleo del sistema de pruebas

The Accreditation Program. Este documento especifica que condiciones unaorganizacin debe cumplir antes de que pueda reclamar ser un laboratorio de

b id dit d UCA IUG i d ( dit d) IEC 61850pruebas reconocido acreditado UCA IUG-recognized (accredited) IEC 61850

Quality Assurance Procedures. Este documeto especifica las reglas que los usuarios y laboratorios deben seguir para asegurar que los problemas de interoperabilidad descubiertos en un sistema real sean prevenidos mejorando lasdefiniciones en futuras versiones de la especificacindefiniciones en futuras versiones de la especificacin.

Test Procedures. Este documento contiene reglas detalladas paso a paso pararealizar pruebas de conformidad. Estas reglas codifica pruebas no solo paracondiciones de operacin normal sino tambien pruebas de condiciones de error (pruebas negativas) tanto como sea posible. Estos procedimientos de pruebas de conformidad se refieren a la parte 10 de IEC61850conformidad se refieren a la parte 10 de IEC61850.


UCA International Users GroupConformidad

Procedimiento de Pruebas

p

Procedimientos de tallados de pruebas para probar dispositivos IEC 61850

Usado por laboratorios de pruebaU p p

Mantenido por UCA International Users Group

Contiene casos de pruebas abstractos basados en IEC 61850 Part 10

Certificacin hecha por los laboratiors de prueba usuarios y Certificacin hecha por los laboratiors de prueba, usuarios y vendedores (No certificacin directa de dispositivos por el Users Group)

Cualquier localizacin calificada puede emitir un ProductoCertificado

Users Group mantiene lista de los dispositivos certificados en el web site

Usuarios / vendedores que someten dispositivos a pruebas son los propietarios del reporte detallado de resultados


Contenido


Interoperabilidad



Ethernet


Conformidad


Prueba de aparatos

Conclusiones


Prueba de DispositivosConformidad

Pruebas divididas en dos pasos principales:

p

Pruebas divididas en dos pasos principales: Pruebas estticas. El primer paso es la inspeccin de los documentos

que acompaan la solicitud de conformidad. Estos documentacin debenincluir documentos como se especifica en el procedimiento de pruebas.incluir documentos como se especifica en el procedimiento de pruebas. El segundo paso es la verificacin que la documentacin soporta todaslas caracteristicas requeridas mandatorias de IEC 61850 y especificadopor el vendedor suministrador de la documentacin.

Pruebas Dinmicas. Esta es la prueba real de respuesta a los estmulosde prueba de la unidad. Esta verifica que el dispositivo implementaapropiadamente todas las caracteristicas declaradas en la documentacin Esta pruebas incluyen ambas pruebas positivasdocumentacin. Esta pruebas incluyen ambas pruebas positivas(mensajes vlidos) y pruebas negativa (mensajes no vlidos).


Prueba de dispositivosConformidad

p


ConformidadPrueba de dispositivos

Certificados de Productos

p


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