Curso Edelca Pacis

Curso de Diseño de Sistema de Control Cont rol y Prot Protecci ección ón Num Numéri érico co usaand us ndoo la no norm rmaa IE IECC-61 6185 8500 Carlos Fernández 14/01/2013

GRID

Cronograma de Actividades

1er tema

Introducción

Pág. 4

2do tema

Diagrama Unifilar del Sistema

Pág. 5

3er tema

Funciones de Protección

Pág. 6

4to tema

Tipo de comunicación

Pág. 7

5to tema

Arquitectura del Sistema

Page 37

Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 2

Cronograma de Actividades

6to tema

Lista de Señales

Pág. 40

7mo tema

Elaboración de Base de Datos

Pág. 42

8vo tema

Configuración de Vistas y Mímicos

Pág. 59

9no tema

Construcción física del Sistema

Pág. 60

10 tema

Diseño de protocolo y ejecución de Pruebas

Pág. 61


Introducción Protection, Automation and Control Integrated Integrate d Solution (PACiS) • Sol Soluci ución ón mod modula ularr y escalabl escalablee • Alt Altoo Nive Nivell de Est Estand andari arizac zación ión (IE (IEC-6 C-6185 1850) 0) • De Dedic dicad adoo pa para ra Au Auto toma matiz tizac ació ión, n, Ene Energ rgía ía y Pot Poten enci ciaa • Soft Softwa ware ress em empl plea eado doss – System Configuration Editor (SCE) – System Management Tool (SMT) – Computer Maintenance Tool (CMT) – Operator Interface (OI) – Mi MiCO COM M S1 St Stud udio io


Diag Di agra rama ma Un Unififililar ar Defifini De nici ción ón de Dia Diagr gram amaa Un Unififililar ar de dell Sist Sistem emaa Tipo de Subestac Subestación: ión: Barra Simpl Simplee Número Núm ero de Bah Bahías ías:: 2 Equipo Equ iposs de Mani Maniobr obra: a: − Inte Interru rrupto ptorr de Potenc Potencia ia − Sec Seccio cionad nador or de Líne Líneaa − Sec Seccio cionad nador or de Bar Barra ra − Cu Cuch chililla la de Pu Pues esta ta a Tie Tierr rraa Nroo de Ba Nr Bahí hías as Si Simu mula lada dass (P (PLC LC): ): 1 Nive Ni vell de ten tensi sión ón 11 115k 5kV. V. Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 5

Funci Fu ncione oness de Prot Protec ecció ciónn Prot Pr otec ecci ción ón Di Dife fere renc ncia iall de Lín Línea ea y Prot Protec ecci ción ón de Di Dist stan anci ciaa Bahía Nro. 1: Filosofía Filos ofía de Protecc Protección: ión: Hilo Piloto (ENE (ENELCO, LCO, ENEL ENELVEN) VEN) Consta Cons ta de un unaa pr prot otec ecci ción ón pr prin inci cipa pall tip tipoo di dife fere renci ncial al de lílíne neaa (8 (87L 7L+21 +21)) y de un unaa protec pro tecció ciónn sec secund undari ariaa de dis distanc tancia ia (21S (21S+67/ +67/67N 67N)) Bahía Nro. 2: Filoso Fil osofía fía de Protecci Protección: ón: Consta Cons ta de un un relé relé de pro prote tecc cció iónn de ali alime menta ntado dorr y de un un relé relé de sob sobre reco corri rrien ente te trifásico


Tipoo de Co Tip Comun munica icació ciónn Prot Pr otoc ocol oloo de Co Comun munic icac acio ione ness – No Norma rma IE IECC-61 6185 8500 Extracto Extrac to de Pre Presen sentaci tación ón Mic Michae haell Hac Hackër kër – Aut Automa omatio tionn and Inf Informa ormatio tionn Systems Se des destac tacan an los sig siguie uiente ntess pun puntos tos:: •

Estruc Est ructur turaa de la la norma norma

•

Serv Se rvic icio io de Mens Mensaj ajer ería ía GO GOOS OSEE

•

Serv Se rvic icio io de repo report rtes es (U (URC RCB B y BRCB) BRCB)


IEC 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series Features Automation & Information Systems Michael Häcker

Webinars February/March 2008

Agenda  Basics Basics of of IEC IEC 61850 61850 - “refresh” “refresh”

 MiCOM IEC 61850 implementation phases

 Enhancements of IEC 61850 implementation

 Roll-out of IEDs with enhanced IEC 61850 features

 Certification / Conformance Testing

9

> IEC 61850 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series series - February/March 2009 - Webinar

9

Basics of IEC 61850

10


10

Selection of IEC 61850 Concepts  Modellization of the real world in a virtual world  define Logical Devices  define Logical Nodes  define Data Classes  define Data Objects

 Data transmission: Services  make use of Reporting  make use of GOOSE transmission

 Managing of Data Objects: Objects: Data Sets

11


11

Virtualization

12


12

Modelling Principles

 Model is a Logical representation  Identifies the various elements in the system  Protection, Control, Reporting

 Provides a common ‘view’ of a system  Across different products (Px30, Px40)  Across different suppliers (AREVA, Siemens, ABB)

13


13

Data Model of IEC 61850  Data groupings groupings – Logical Logical Nodes, Nodes, etc. etc.

14


“UCA & 61850 for Dummies.” Dummies.” – Douglas Proudfoot Proudfoot

14

IEC 61850 Modelling: Logical Devices

 IED Model contains one or more Logical Devices  LD corresponds to an area of functionality, e.g.  Overcurrent Overcurrent Protection  Logging & Recording

 AREVA relays have up to 5 Logical Devices  System  Control  Measurands  Records  Protection

15


15

IEC 61850 Modelling: Logical nodes  Functions: Logical Nodes – Nodes – 92 Logical Node Classes

16


“IEC61850-7-1 Standard”

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IEC 61850 Modelling: Data Classes  Data: 355 Data classes

17

> IEC 61850 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series series - February/March 2009 -“UCA Webinar & 61850 for Dummies.” – Douglas Proudfoot Proudfoot

17

IEC 61850 Modelling: Example  Data context retained

18


“UCA & 61850 for Dummies.”

Douglas Proudfoot Proudfoot

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IEC 61850 Data Transmission: Reporting

 Mechanism for reporting data changes  Types of Report  Instantaneous – Report generated generated when the data changes changes  Delayed – Report generated generated after after expiry of a timer started

when data first changes  Optional Features

reporting irrespective irrespective of any  Integrity (Timed) - Regular reporting changes  On Demand Demand (General (General Interrogation) Interrogation) - Client interrogates interrogates

server to get latest report  Data in report defined by a Data Set (Named Variable

List)

19


19

IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Transmission principle  High speed peer-to-peer communication  Multicasted  All IED belonging to the multicast address will w ill decode the

message simultaneously  Decoding is by hardware, multicast address is by system

configuration  Repeated in order to cope with  A temporary failure of an IED (example: queue overflow) or of the

communication (example: re-configuration after a failure)  The restart of a subscribing IED so that it can re-initialize its

automation sequence  However there is no guarantee that the message has been received

 Prioritized:  This is used by the switches (IEEE 801.2Q) and by the application

20


20

IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Repetition Principle  The standard does not define the repetition interval interval  Initial repetition is typically few ms (“burst”) in order to maximize

the probability to achieve fast automation after a short temporary failure

 Asy Asymptotic mptotic repetition is typically a few seconds in order to re-start

the full system behavior behavior (i.e. automation) within w ithin that time frame

 The message has a “time allowed to live” parameter  Used to inform the receiver when w hen the next message is supposed supposed to

arrive

 The receiver receiver is able to detect the failure of the publisher and

eventually eventually start a fall-back algorithm

 When a message is repeated then the sequence number is

incremented

 All devices sending GOOSE messages are continuing to send

the message with a long cycle time, even if no status/value change has occurred.

 This ensures that devices that have been activated recently will

know the current status values of their peer devices. devices.

 Facilitates integrity checks of the ‘wiring’ path. 21


21

IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Receiving GOOSEs  Upon GOOSE reception, the receiver will normally

execute a logic combination or sequence  The GOOSE messages contain information that allow the

receiving device to know that a status has changed and the time of the last status change.  The time of the last status change allows a receiving

device to set local timers relating to a given event.  The receiver will receive the repetitions of GOOSE and

possibly ignore them in its application processing  MiCOM devices only process the message if a change is

detected.

22


22

IEC 61850 Data Transmission: Data Sets

 A DATA-SET is  ordered group of ObjectReferences of DATA or

DataAttributes (called the data set members),  organized as a single collection for the t he convenience of the client  membership and order of the ObjectReferences in a DATA-

SET shall be known to both the client and the server  only the name of the DATA-SET and the current values of the

referenced DATA or DataAttributes need to be transmitted  permits more efficient use of the communications bandwidth. bandwidth.

23


23

IEC 61850 Data Transmission: Data Sets

 Data sets are used by various services:  Data polling  Reports  Logging (not supported in MiCOM)  GOOSE

 Data sets can be  Fixed  Configurable  Dynamic (not supported in MiCOM)

24


24

Interoperability  Interchangeability

Interoperability

The ability for IED’s from one or several manufacturers to exchange information and to use the information for their own functions is one of the objectives objectives of IEC 61850.

Others are

Free Configuration and Long Term Stability .

Interchangeability, the possibility to replace one device from one manufacturer by another device from a second manufacturer without the need of engi engineeri neering ng adap adaptatio tation n is the long-term objective. IEC 61850 Edition 2 is not going to solve this expectation from customer side.

25


25

MiCOM IEC 61850 implementation phases

26


26

MiCOM IEC 61850 Implementation  The product behaviour of AREVA IEDs is described in

individual documents:  machine readable in XML format 

.icd file Standard file from the manufacturer, describing the overall overall comms functionality without making reference to a project



.cid file File describing the functionality of an engineered (project tailored) IED

 readable 

PICS (Protocol Implementation Conformance Statement)



MICS (Model Implementation Conformance Statement)



ADL (Address Assignment List)





27

PIXIT (Protocol Implementation Extra Information for Testing), unique per MiCOM product family TICS (Technical Issues)


27

MiCOM IEC 61850 Implementation Phases  based on IEC 61850 Edition 1  Basic IEC 61850 implementation implementation in MiCOM IEDs

„Phase I“ = „Phase 1“ (old) 

for MiCOM Px4x series (except P441, P541, P542, P742, P844, P846)



for MiCOM Px3x series (except Px3xC, P432)



not for MiCOM Px2x series, not for MiCOM Px1x series

 MiCOM IEC 61850 implementation enhancements

„Phase II & III“ = „Phase 2“ (old) 

ongoing (Px4x, Px3x)



not for MiCOM Px2x series, not for MiCOM Px1x series

 based on IEC 61850 Edition 2  further MiCOM IEC 61850 implementation implementation enhancements to

come

28


28

IEC 61850 Edition

 „Phase II & III“, Phase 2  communications

implementation in MiCOM  based on IEC 61850 Ed.1  enhancement to the existing

IEC 61850 implementation

 „Phase

II & III“ do not mix them up

 Edition 2  new, revised edition of the

standard  extension of the modelling

(new LNs)  clarifications, adaptations,

implementation of TISSUES  communications communications between betw een

substations  to come Q1/Q2 of 2010

29


29

MiCOM IEC 61850 Implementation Phases  All MiCOM IEC 61850 implementation implementation phases are in line

with the standard  Phase I implementation is not false, it is only making use

of a different concept  IEC 61850 Edition 2 implementation is not yet available

30


30

Enhancements of IEC 61850 implementation

31


31

Report Buffering

 Two types of report buffering: Unbuffered and Buffered  Behaviour of Reporting during communication loss  Unbuffered 



Reports generated during communication loss are discarded Sequence of Event (SoE) reporting not guaranteed

 Buffered 

32

Report generated during communications loss are preserved preserved (buffered)



Buffered reports sent to client on reconnection



Guarantees SoE reporting



Not included in Phase I


32

Reporting of Phase II & III

 Unbuffered Report Control Blocks  a maximum of 16 URCBs,  located in System/LLN0

 Buffered Report Control Blocks  A maximum of 8,  located in System/LLN0  only 1 client can subscribe to each BRCB

33


33

GOOSE Implementation of Phase II & III

 Multiple GOOSE Control Blocks according to each

product (typically 8 off)  each publishes a separate GOOSE message

 GOOSE message message can contain any configurable data set  must fit into 1 Ethernet message frame (<1500 bytes)

 GOOSE inputs still map onto 32 boolean virtual inputs

34


34

Phase II & III Implementation of Data Sets  Data sets are now configurable by the user  Any number can be created in any LN  Any data object or attribute from the entire data model

(except control block attributes) can be published in any data set  Uses the IED Configurator

 Easy point & click interface to select data set members  Data sets must be located in the same Logical Node as

the control block that uses them (usually LLN0)  Advantages  Tailor made to the system  No project specific report enable/disable from client  Improves communication efficiency  Import of defined datasets from SCE of any vendor 35


35

Phase II Functionalities

Function

Px30

Px40

C264

Connection Model

Y

Y

Y

Data Model

Y

Y

Y

DataSets

Configurable

Configurable

Configurable

Settings

N

N

Y

Substitution

N

N

Y

Configurable URCB & BRCB

Configurable URCB & BRCB

URCB & BRCB

Logging

N

N

Y

GOOSE

Configurable

Configurable

Binary & Analog

GSSE

Y

N

N

Controls

Y

Y

Y

Time

Y

Y

Y

Read

Read

Read

Reporting

File Transfer

36


36

Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico

Conexión en doble anillo redundante (autocicatrizante) Equipos: • Protec Protección ción Diferenci Diferencial al de Línea (MiCO (MiCOM M P545) • Protec Protección ción de Distan Distancia cia (MiCO (MiCOM M P443) • Protec Protección ción de Alime Alimentador ntador (MiCO (MiCOM M P143) • Pro Protec tecció ciónn de Sob Sobrec recorr orrien iente te (Mi (MiCOM COM P12 P123) 3)

Curso de Diseño Diseño de Sistema de Control y Protección Protección Numérico Numérico usando la norma norma IEC-61850 IEC-61850 – 14/0 14/01/20 1/201313- P 37

Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico Tecnología Tecno logía Autoc Autocicatr icatrizante izante de Alstom Alstom

Curso de Diseño de Sistema de Control Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 IEC-61850 - 14/01/2013 - P 38

Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico Controlador de Bahía C264 -----------------> Protección Diferencial de Línea P545 ------> Protección de Distancia P443 --------------> Protección de Alimentador P143 -----------> Protecció Prote cciónn de Sobrec Sobrecorrie orriente nte P123 --------> -------->


Lista de Señales

• La lista de señales es un documento esencial para la elaboración

de la base de datos del sistema de protección y control numérico ya que presenta todas las señales que van a ser manejadas por el mismo, independientemente si son cableadas o información que viaja por la red.

• Ent ntre re otr troos el elem emen ento tos, s, co cont ntie iene ne::  Posición de Equipos de Maniobra (NA y NC, local/remoto) Alar arma mass (p (pro rote tecc ccio ione ness y eq equi uipo pos) s)  Al  Disparos cableados y por red


Lista de Señales

• Esta lista de señales de presenta generalmente en una tabla

como la siguiente te::

EQUIPO

NOMBRE CORTO

NOMBRE LARGO

DIRECCIÓN IEC

P443

DISPARO 21 Z3

DISPARO PROTECCIÓN DE DISTANCIA ZONA 3

P443/Protection/PDis 3/ST

P545

FALLA CANAL DIF

FALLA DE COMUNIC FALLA COMUNICACI ACIÓN ÓN CANAL DIFERENCIAL

P545/System/GosGGI O2/ST/Ind1

P143

P545

ARRANQUE PROTECCION ARRANQUE 67 INST SOBRECORRIENTE DIRECCIONAL TEMPORIZADA CORRIENTE A

CORRIENTE FA FASE A


P143/System/GosGGI O2/ST/Ind5 P545/Measurements/ PriRmsMMXU1/MX/A /phsA

Elaboración de la Base de Datos

• Como es de conocimiento general, la base de datos es el corazón

del sistema de control y protección numérico. En ella se configuran las señales así como también todas las interfaces hombre máquina (vistas) que se manejan en el sistema.

• De manera general el proceso se reduce a tres etapas:  Im Impo port rtac ació iónn de pl plan anti tillllas as de co conf nfig igur urac ació iónn  Personalización de las señales de cada equipo presente en la red (sol (s oluc ució iónn “t “tai ailo lorr ma made de”) ”)  Importación de los archivos SCL (IEC-61850) de los equipos.


Elaboración de la Base de Datos

• Como es de conocimiento general, la base de datos es el corazón

del sistema de control y protección numérico. En ella se configuran las señales así como también todas las interfaces hombre máquina (vistas) que se manejan en el sistema.

• De manera general el proceso se reduce a cuatro etapas:  Im Impo port rtac ació iónn de pl plan anti tillllas as de co conf nfig igur urac ació iónn  Personalización de las señales de cada equipo presente en la red (sol (s oluc ució iónn “t “tai ailo lorr ma made de”) ”)  Importación de los archivos SCL (IEC-61850) de los equipos. Perrso sona naliliza zacció iónn de vi vist staas y mí mími miccos  Pe


IEC 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series Configuration Automation & Information Systems Michael Häcker

Webinars February/March 2008

Agenda  Tools

 From Project to Implementation: Configuration of IEDs

 IEC 61850 61850 IED Configura Configurator tor – liv live e demonstratio demonstration n

45


45

Tools

46


46

MiCOM Setting Tools  MiCOM S1 Studio and MiCOM S1 V2.14

 IEC 61850 IED Configurator  part of MiCOM S1 Studio package  stand alone

 SCL Exporter  subset of IED Configurator for conversion conversion of .mcl . mcl into .icd

47


47

MiCOM Setting Tools  All tools require  ACTUAL data models for IED management/settings  .icd files corresponding to the IED data models

 Updating of PC installation  Data Model Manager, part of MiCOM S1 Studio package

for easy downloading from AREVA server 

data models for MiCOM S1 Studio



.icd files for the IEC 61850 IED Configurator

 Data Model Downloader for MiCOM S1 V2.14

for easy downloading from AREVA server 

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data models for MiCOM S1 V2.14


48

Test Tools  AREVA GOOSE Spy  good for monitoring GOOSES on Ethernet LAN  possibility to import the .scd (out of SCE or converted .mcl)

to view the engineered data objects  to become a sellable AREVA product

 Ethereal / Wireshark  external product, free of charge

49


49

From Project to Implementation: Configuration of IEDs

50


50

Configuration of Phase I IEDs

IED Configurator IED Configurator

S1 Studio

51


51

Configuration of Phase I IEDs PACiS SCE


S1 Studio

52


52

Configuration of Phase II & III IEDs PACiS SCE


S1 Studio

53


53

Configuration Parameters Parameters Phase II & III

PC

IED CPU

S1 Studio Device parameters Parameter Parameter download

IED Configurator

Switching parameter

Ethernet board Parameter upload

IEC 61850 parameter bank 1

IEC 61850 parameter bank 2

Bank switching for activation of the IEC 61850 comms parameters

54


54

GOOSE Configuration Device A (publisher) IEC 61850 Mapping

S1 Studio

Device B (subscriber)

System/GosGGIO2

S1 Studio

GOOSE: Output 1 .. 32

GOOSE: Input 1 .. 32

System/GosGGIO2.ST.ind1 .. 32 IED Configurator

IED Configurator

x System/LLN0/Dataset x

System/GosGGIO1

Pos1.stVal .. Pos32.stVal

IED Configurator

System/LLN0/gcb01 .. 08

MCL

IED IED Conf Config igur urat ator or

Syst System em/D /Dev evGo GosG sGGI GIO3 O3

Pos1.stVal .. Pos32.stVal

fixed assignment S1 Studio

Ext.Dev 1 .. 32

55


55

Uniqueness of Control Configuration Device A (publisher) IED Configurator

Device B (subscriber)

S1 Studio

Control/LLN0.ST.OrdRun.stVal

IED Configurator

x System/LLN0/Dataset x

IED Configurator

System/LLN0/gcb01 .. 08

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IED IED Conf Config igur urat ator or

MCL

Syst System em/O /Ord rdRu RunG nGGI GIO1 O1

Ind1.stVal .. Ind32.stVal


56

IEC 61850 IED Configurator - li live ve de demo mons nstr trat atio ion n

57


57

Elaboración de la Base de Datos Configurac Confi guración ión de relés de Protecció Protecciónn usando MiCOM MiCOM S1 Studio Studio • La configuración de cada relé se realiza empleando el programa

MiCOM S1 Studio o MiCOM S1 Agile (nuevo, 2012)

• El trabajo que se hace sobre cada uno de los relés se concentra

en cuatro grandes bloques:

Con onfi figu gura racció iónn de fu funnci cioone ness de pr prot oteecc cció iónn Ajus uste tess de pa pará ráme metr tros os  Aj  Pe Pers rson onal aliz izac ació iónn de ló lógi gica ca pr prog ogra rama mabl blee (“ (“ta taililor or ma made de”) ”)  Co Conf nfig igur urac ació iónn de el elem emen ento toss IE IECC-61 6185 8500 


Elaboración de la Base de Datos Personalización de Vistas y Mímicos de d e la Interface HombreMáquina • La personalización de señales y vistas y mímicos son elementos que consumen la mayor parte de las horas de ingeniería de diseño en el área de control, ya que depende de las necesidades de cada cliente. Sin embargo puede representarse en cinco elementos: Configuración de comandos de apertura y cierre de los equipos de patio Desp splilieg egue ue de me medi dici cion ones es  De ieggue de ala larrmas y eventos  Desplie  Desplie ieggue general elé lécctrico y detallllaado de las bahías involucradas 


Construcción física del sistema de Control y Protección de la subestación • Luego de haber concluido la mayor parte de uso de software,

ahora corresponde la parte de hardware, es decir, el cableado entre los di disspositivos involucrado doss en el siste tem ma

• Para ello se utilizarán las herramientas y los materiales

disponibles


Pruebas del sistema de Control y Protección de la subestación • Para verificar el buen funcionamiento y diseño del sistema de

control y protección se debe diseñar un protocolo de pruebas que permita esta tabblecer la calidad del pro rodducto final

• Este protocolo de pruebas debe incluir las áreas de protección y

control. Estas pruebas se conocen en Alstom como “Factory Acc ccep epta tanc ncee Te Test st”” (F (FA AT)

• Para ejecutar las pruebas de protecciones se empleará la maleta

de pruebas OMICRON CMC-256-6 para simular las señales analógicas proveniente tess del pa pati tioo de la subestación


Muchas gracias por su atención E-mail: [email protected] www.alstom.com

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