Germán Pugliese
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 1
Gunnar Stranne
IEC 61850 El estándar de integración eléctrica del futuro
IEC 61850 61850 – Introd Introducc ucción ión
Introducción
Objetivos del estándar
Detalles del estándar
Conclusiones
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 2
Gunnar Stranne
IEC 61850 61850 – Introd Introducc ucción ión
Introducción
Objetivos del estándar
Detalles del estándar
Conclusiones
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 2
Gunnar Stranne
Que es IEC 61850 ??
IEC 61850 es un estándar global para “Redes y Sistemas de Comunicación en Subestaciones” Subestaciones”
Especifica un modelo de datos y servicios extensible
No impide el futuro desarrollo de funciones
Soporta la libre ubicación de funciones en los equipos
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Es abierto a diferentes filosofías de sistemas
Provee un Lenguaje de descripción de Configuración de Subestación (SCL)
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No especifica funciones de protección o control
Soporta una definición del sistema e ingeniería consistentes
Utiliza Ethernet y TCP/IP para comunicación
Permite un amplio rango de funciones propias de TCP/IP T CP/IP
Está abierto abierto a nuevos nuevos conceptos conceptos de comunicaci comunicaciones ones
Gunnar Stranne
IEC e IEEE unieron fuerzas en 1999 y definieron … IEC 61850: ” COMMUNICATIO COMMUNICATION N NETWORKS NETWORKS AND SYSTEM SYSTEMS S IN IN SUBSTATIONS ”
IEC 61850 es es el primer estándar estándar realmente realmente global global en el campo de la energía eléctrica
Alrededor de 60 expertos de Europa y Norteamérica han desarrollado en conjunto el IEC 61850
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Incluye el UCA 2.0 como un subset
Las 14 partes de IEC 61850 fueron publicadas en 2004 Universo de aplicación: Control en Subestaciones Subestaciones Tiene influencia en otras áreas eléctricas
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
Es soportado también en el ambiente ANSI/IEEE
Energía Eólica, Energía Hidráulica, Fuentes de Energía Distribuida …
Está siendo implementad implementado o por por los principales fabricantes
Gunnar Stranne
UCA e IEC – Dos “mundos estándar” se unen Un Mundo … Una tecnología … Un estándar …
IEC 61850 … está listo ahora! … ya hay productos desarrollados! … atrae mucha atención de clientes y fabricantes!
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2005-06-13 5
Gunnar Stranne
Estructura del Estándar IEC 61850 Información y presentación
Parte 1
Introduction and Overview
Parte 2
Glossary
Parte 3
General Requirements
Parte 4
System and Project Management
Parte 5
Communication Requirements
Parte 6
Configuration Description Language for communication
Impacto en ofertas y manejo de prod. Modelo del Estándar
Parte 7-1 BasicCommunication Communicationmodel Structure (Data model and Services) (Data model and Services) Communication model (Data model and Services) …7-4 Communication model (Data model and Services) Parte 10
Conformance testing Mapping
Mapping
Mapping
Parte 9 Stack A
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Mapeo de bus de Estación 2005-06-13 6
El núcleo del estándar!
Mapping
Parte 8 5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
Impacto en Ingeniería
Gunnar Stranne
Stack B
Stack X
Stack Y
Mapeo de Bus de Proceso
Impacto en ensayos
IEC 61850 – Objetivos del estándar
Introducción
Objetivos del estándar
Detalles del estándar
Conclusiones
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2005-06-13 7
Gunnar Stranne
Objetivos de IEC 61850
(1)
Reducir los costos totales y en la próxima generación:
Interoperabilidad
IEDs de distintos fabricantes pueden intercambiar y usar datos a través de un medio de comunicación común.
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8
Datos de ingeniería y configuración son importables entre las herramientas de cada fabricante
Descripción abierta de cada IED
Reduce la ingeniería y configuración
Las capacidades de cada IED están descriptas en forma estándar
2005-06-13
La funcionalidad en los diferentes equipos no es necesariamente la misma. Por lo tanto los equipos de distintos fabricantes no son intercambiables !
Funciones, soluciones y datos propietarios están disponibles y son permitidos por la norma
Gunnar Stranne
Objetivos de IEC 61850
Comunicación más cercana a los equipos de potencia
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LAN en lugar de múltiples cables de cobre
Preparado para el futuro
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Libre ubicación de funciones en sistemas con configuración centralizada o distribuida
Reducción de cableado convencional
Comunicación, adquisición de datos y capacidades de control van a estar directamente incorporadas en el equipamiento primario
Libre configuración
(2)
Inversiones de Clientes y Fabricantes deben tener larga vida a pesar de los rápidos cambios tecnológicos El estándar es capaz de seguir los progresos en tecnología de las comunicaciones, así como en la evolución de los requerimientos del sistema
Gunnar Stranne
IEC 61850 – Detalles del estándar
Introducción
Objetivos del estándar
Detalles del estándar
Conclusiones
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2005-06-13 10
Gunnar Stranne
Estructura de datos
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Gunnar Stranne
Agrupamientos lógicos
Dispositivo Lógico LN1 (XCBR)
LN2
Atributo 1…N
(MMXU)
Dato 1…N StV q
PhA PhB
Pos
A
Bahía A
Dispositivo lógico 1 ... N
Dispositivo físico
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Nodo Lógico 1…N
(Dirección de red)
Dispositivo Físico
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Gunnar Stranne
Comunicación de datos con IEC 61850 IEC 61850 divide los datos en grupos lógicos. En este ejemplo: • Datos de Protección (Arranque de TOC), • Datos de equipos, (interruptor cerrado) y • Medición (Valores de V e I)
Control de Estación
Este IED usa datos de tres grupos para supervisar CB1. Dato de Protección
IED1
Protección & Control
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CB1
Interfase de Proceso
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Gunnar Stranne
IED 1 Data “TOC Pick-up” “CB1 is Closed” “I Phase L1 is 200A” “V Phase L1 is 26.3kV”
Dato de equipos Measurement Datos de medición Data
Nodo Lógico (LN)
Las funciones o equipos utilizados en sistemas de potencia están representados por Nodos Lógicos, LN Cada LN provee una lista de información con nombres y organización estandarizada Funciones complejas usan un conjunto de LN requeridos para representar la función Los servicios permiten el intercambio de información entre LN entre IEDs
Ejemplo: el LN del interruptor tiene el nombre genérico de XCBR
De ser necesario se pueden crear nuevos LN de acuerdo a reglas definidas en el estándar
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 14
Gunnar Stranne
Nodos Lógicos: Son 92 agrupados en 13 grupos Indicador Grupos de Nodos Lógicos
Qty
L
System Logical Node
3
P
Protection Functions
28
R
Protection Related Functions
10
C
Supervisory control
5
G
Generic Function References
3
I
Interface and Archiving
4
A
Automatic control
4
M
Metering and Measurement
8
S
Sensors, Monitoring
4
X
Switchgear
2
T
Instrument Transformer
2
Y
Power Transformer
4
Z
Further (power system) equipment
5
- PDIR - PDIS - PSCH - PTOC - PTOV
Direccional Distancia Esquema de protección Sobrecorriente temporizada Sobretensión
- más …
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2005-06-13 15
Gunnar Stranne
- RDIR - RDRE - RBRF - RFLO - RREC
Elemento direccional Registrador de oscilos Falla interruptor Localizador de fallas Auto recierre
- más …
- MMXU - MMTR - MSQI - MHAI
Unidad de Medición Medición Secuencia y desbalance Harmónicos e inter harmónicos
- más …..
- XCBR - XSWI
Interruptor Seccionador
Back XCBR - Circuit breaker This LN is used for modelling switches with short circuit breaking capability. Additional LNs for example SIMS, etc. may be required to complete the logical modelling for the breaker being represented. The closing and opening commands shall be subscribed from CSWI or CPOW if applicable. If no services with real-time capability are available between CSWI or CPOW and XCBR, the opening and closing commands are performed with a GSE-message (see IEC 61850-7-2). XCBR class DATA Class
Attr. Type
Explanation
T
M/ O
Common Logical Node Information LN shall inherit all Mandatory Data from Common Logical Node Class
CLN
M
Loc
SPS
Local operation (local means without substation automation communication, hardwired direct control)
M
EEHealth
INS
External equipment health
O
EEName
DPL
External equipment name plate
O
OpCnt
INS
Operation counter
M Controls
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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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
Circuit breaker operating capability when fully charged
O
MaxOpCap INS 2005-06-13 Gunnar Stranne 16
LN: Sobrecorriente Temporizada
Nombre: PTOC
PTOC cla ss Attr. Type Explanation Shall be inherited from Logical-Node Class (see IEC 61850-7-2)
Attribute Name LNName Data Common Logical Node Information LN shall inherit all mandatory data from Common Logical Node Class OpCntRs INC Resetable operation counter Status Information Str ACD Start Op ACT Operate TmASt CSD Active curve characteristic Settings TmACrv CURVE Operating Curve Type StrVal ASG Start Value TmMult ASG Time Dial Multiplier MinOpTmms ING Minmum Operate Time MaxOpTmms ING Maximum Operate Time OpDITmms ING Operate Delay Time TypRsCrv ING Type of Reset Curve RsDITmms ING Reset Delay Time DirMod ING Directional Mode
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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T = Transitorio,
2005-06-13 17
Gunnar Stranne
M = Obligatorio,
T M/O
M O M T M O O O O O O O O O O
O = Opcional
355 tipos de datos diferentes Clases de datos
Cantidad
System information
13
Physical device information
11
Measurands
66
Metered values
14
Controllable data
36
Status information
85
Settings
130
355
Corriente fase-tierra para fase 1,2 y 3 Corriente monofásica
- PPV - PhV - Vol
Tensión entre fases Tensión fase-tierra Tensión para medición
- Hz - Imp -Z
Frecuencia Impedancia no relacionada a fases Impedancia de fase
- TotW -W - TotVAr - VAr - TotVA - TotPf - Pf
Potencia activa total (Total P) Potencia activa por fase (P) Potencia reactiva total (Total Q) Potencia reactiva por fase (VAr) Potencia aparente total (VA) Factor de potencia promedio (Total Pf) Factor de potencia por fase (Pf)
- Más ….
Todas en unidades del SI
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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-A - Amp
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Gunnar Stranne
Ejemplo de modelo IEC 61850
Bay A
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 19
Gunnar Stranne
Unidad de Bahía
BayA / CSWI
PTOC
(Sobrecorriente temporizada)
RREC
(Auto recierre)
CSWI
(Control – Interruptor)
MMXU
(Unidad de Medición)
CSWI
(Control - Seccionador)
MMTR
(Medición)
Ejemplo de modelo IEC 61850 Bay A
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 20
Gunnar Stranne
Unidad de Bahía
BayA / CSWI.Pos
PTOC
(Sobrecorriente temporizada)
RREC
(Auto recierre)
CSWI
(Control – Interruptor) Mode
Mode
Beh
Behavior
Health
Health
NamePlt
Name Plate
Loc
Location
OperCnt
Operation Counter
Pos
Switch position general
PosA
Switch Position Phase A
PosB
Switch Position Phase B
PosC
Switch Position Phase C
OpOpn
Operation open switch
OpCls
Operation close switch
Ejemplo de modelo IEC 61850 Bay A
Unidad de Bahía
BayA / CSWI.Pos.stVal
PTOC
(Sobrecorriente temporizada)
RREC
(Auto recierre)
CSWI
(Control – Interruptor) Mode
Mode
Beh
Behavior
Health
Health
NamePlt
Name Plate
Loc
Location
OperCnt
Operation Counter
Pos
Switch position general ctVal
stVal pulseConfig operTim q
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 21
Gunnar Stranne
Intermedio abierto cerrado falla
(0) (1) (2) (3)
IEC 61850 Universo de aplicación: Control de Subestaciones Aspect Server
Client
CI868 MMS
©
IED
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Gunnar Stranne
Control and Client/server Network IEC61850 Network
NEW Development
Connectivity Server
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
Client
IED
AC800M Controller GOOSE
IED
Comunicación Horizontal (peer-to-peer)
Gateway de Estación
Control de Estación
GOOSE Control
Protección
Interfase Proceso 5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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Control & Protección
Control
Interfase Proceso
Protección
Interfase Proceso
GOOSE = Generic Object Oriented System-wide Events
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Gunnar Stranne
Prioridad en mensajes GOOSE de IEC 61850 Ethernet-Switch
Vía rápida para IEC GOOSE
GOOSE Mensajes Normales
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 24
Buffer para mensajes normales
IEC 61850 utiliza Ethernet estándar IEC 61850 puede por lo tanto aprovechar todas las opciones de la Ethernet moderna
Gunnar Stranne
Mensajes GOOSE
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 25
Gunnar Stranne
Ejemplo de Arquitectura
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 26
Gunnar Stranne
Switches para redes IEC 61850 Requerimientos Generales
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 27
Gunnar Stranne
Ejemplos de Componentes Ethernet
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 28
Gunnar Stranne
Ingeniería y configuración
Ahorros por mayor eficiencia en la ingeniería del IED
La ingeniería de los IEDs se realiza utilizando herramientas de configuración propias de cada fabricante Las herramientas de configuración traducen las capacidades y configuración de los IEDs a SCL (Substation Configuration description Language) SCL permite el intercambio de información entre herramientas de configuración de IEDs de diferentes fabricantes SCL asegura la compatibilidad entre diferentes versiones de IEDs y de herramientas de configuración
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 29
Gunnar Stranne
Bus de Estación y Bus de Proceso separados
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2005-06-13 30
Gunnar Stranne
Ejemplo XML para SCL
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 31
Gunnar Stranne
Ingeniería y Configuración
Paso 1:
Herramienta Configuración IED A
Herramienta Configuración IED B
Elegir los IEDs de acuerdo a las necesidades funcionales Configurar los IEDs
Herramienta especifica IED
Basado en el archivo default de descripción de capacidad ICD
Crear el archivo ICD, para cada IED configurado Cargar los archivos ICD en la base de datos de la herramienta de Configuración del Sistema
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Ejemplo 1/3
IEC 61850 Ethernet
IED Marca A
Archivos de Descripción de IED configurados, ICD
IED Marca B
Descripción de Configuración de la Estación Archivo de Descripción de la configuración de la Estación, SCD
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Gunnar Stranne
Herramienta Configuración Sistema
Ingeniería y Configuración
Paso 2:
Herramienta Configuración IED A
Definir referencias cruzadas entre IEDs Configurar parámetros del sistema para los IEDs Actualizar los archivos ICD individuales
IED Marca A
Archivos de Descripción de IED configurados, ICD
Descripción de Configuración de la Estación
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Herramienta Configuración IED B
Cargar todos los archivos ICD en la base de datos de Configuración del Sistema
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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Ejemplo 2/3
Gunnar Stranne
IEC 61850 Ethernet
IED Marca B Herramienta Configuración Sistema
Ingeniería y Configuración
Paso 3:
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Herramienta Configuración IED A
Herramienta Configuración IED B
Cargar los archivos ICD desde la base de datos de Configuración del Sistema Crear los archivos de parámetros para cada IED
Formato especifico del fabricante
En formato basado en SCL, como archivo CID (Configured IED Description)
IED Marca A
Archivos de Descripción de IED configurados, ICD
Cargar los archivos de parámetros en cada IED
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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Ejemplo 3/3
Gunnar Stranne
Servicios MMS
FTP
Método propietario
Descripción de Configuración de la Estación Archivo de Descripción de la configuración de la Estación, SCD
IEC 61850 Ethernet
IED Marca B
Proceso de Ingeniería con SCL
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 35
Gunnar Stranne
IEC 61850 – Conclusiones
Introducción
Objetivos del estándar
Detalles del estándar
Conclusiones
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 36
Gunnar Stranne
Que temas no son parte de IEC 61850?
Se mantiene la competencia …
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 37
Gunnar Stranne
Las funciones de los productos no están estandarizadas ni están cubiertas por el estándar
Las interfases y funciones de operador no están estandarizadas ni incluidas en el estándar
Productos de diferentes fabricantes son interoperables pero no necesariamente intercambiables .. Por lo que todavía es importante la elección del proveedor
IEC 61850 – Beneficios y Conclusiones
El estándar para Control de Subestaciones!!
Mayor flexibilidad al permitir interoperabilidad entre IEDs de distintos fabricantes
Preparado para aprovechar futuras innovaciones en Control de Subestaciones y tecnología de comunicaciones
Ofrece reducción de costos desde el diseño hasta la operación y mantenimiento!
Arquitectura de la subestación adaptada a los requerimientos
Permite seleccionar la mejor relación costo/beneficio
Elegido tanto por fabricantes como por usuarios!
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 38
Gunnar Stranne
IEC 61850 - Referencias / Enlaces
IEC standards portal http://www.iec.ch/
UCA International Users group http://www.ucausersgroup.org
5 0 0 2 , B A s e i g o l o n h c e T r e w o P B B A
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2005-06-13 39
Gunnar Stranne