Análisis de IEC 61850-1

Instalaciones eléctricas industriales – 02 de septiembre de 2016

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Análisis de IEC 61850-1

Montenegro P. Jeisson F. [email protected] F. [email protected] 25441178

ING. JUAN ANTONIO DIAZ BOGOTA, BOGOTA, SEPTIEMBRE 2016

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Tabla de contenido

Temas 1. Introducción 2. Objetios !. Términos de"niciones # abreiaciones . P!"#$! %&'"()*+

Pg. 4 4 $ %

2


Tabla de imágenes

1. &as inter'aces lógicas de una ()( 2. inter'a* de modelo de un sistema de automati*ación de subestaciones !. +elación entre las 'unciones, nodos lógicos, # los nodos '-sicos ejemplos/

% 10 12

!


Abstract -In order to learn how to design a substation automation system, a descriptive analysis of the images related to the rst chapter of the norm IEC !"#$% I%

Introducci&n

&a norma I 61%$0 es una estndar para la automati*ación de subestaciones # 3ace parte de la International lectrotec3nical ommissions I/ est diidida en 10 partes en los cuales contiene aspectos como +e5uerimientos generales del sistema, estión de los pro#ectos de ingenier-a # +e5uerimientos de comunicaciones. • •

II% 'b(etivos )nali*ar el proceso de automati*ación de subestaciones omprender el proceso de manera general del primer cap-tulo de la automati*ación III% T)rminos deniciones y abreviaciones

Abstract Communication *ervice Interface AC*I

irtual inter'ace to an I7 proiding abstract communication serices, 'or e8ample connection,ariable access, unsolicited data trans'er, deice control and "le trans'er serices, independent o' t3e actual communication stac9 and pro"les used.

+ay

) substation consists o' closel# connected subparts :it3 some common 'unctionalit#. )n e8ample o' t3e connection ba# is input and output s:itc3gear, bus couplers, circuit brea9ers and disconnectors :it3 connections

esumen del servicio de Interfa de Comunicaci&n AC*I Inter'a* irtual de un I7 5ue proporciona sericios de comunicación abstractos, por ejemplo, de cone8ión, sericios de acceso ariable de trans'erencia de datos solicitada, control de dispositios # de trans'erencia de arc3ios, independiente de la pila de comunicación actual # per"les utili*ados +ah.a

;na subestación consiste en subpartes estrec3amente conectados con algunas 'unciones comunes. ;n ejemplo de ba3-a es la cone8ión de tableros de entrada # salida, acopladores de bus, interruptores de circuitos # seccionadores con cone8iones 4


bet:een t3e lines, it is called a entre l-neas, se le llama una
/ata ob(ect

'b(eto de datos

Part o' a logical node object representing speci"c in'ormation, 'or e8ample, status or measurement. =rom an object> oriented point o' ie:, a data object is an instance o' a data object class. 7ata objects are normall# used as transaction objects? i.e., t3e# are data structures.

Parte de un objeto de nodo lógico 5ue representa in'ormación espec-"ca, por ejemplo, el estado o la medición. 7esde un punto de ista orientado a objetos, un objeto de datos es una instancia de una clase de objeto de datos. &os objetos de datos se utili*an normalmente como objetos de transacción? es decir, 5ue son estructuras de datos. /ispositivo

/evice

@ec3anism or piece o' e5uipment designed to sere a purpose or per'orm a 'unction, 'or e8ample, brea9er, rela#, or substation computer functions Tas9s, :3ic3 are per'ormed b# t3e substation automation s#stem Intelligent Electronic /evice IE/ )n# deice incorporating one or more processors :it3 t3e capabilit# o' receiing or sending dataAcontrol 'rom or to an e8ternal

@ecanismo o pie*a de e5uipo diseBado para serir a un propósito o reali*ar una 'unción, por ejemplo, interruptor, relé, para la computadora de la subestación funciones tareas, 5ue se reali*an por el sistema de automati*ación de subestaciones /ispositivo Electr&nico Inteligente IE/ Cual5uier dispositio 5ue incorpora uno o ms procesadores con la capacidad de recibir o $


source 'or e8ample, electronic eniar datos A control desde una multi'unction meters, digital 'uente e8terna por ejemplo, rela#s, controllers/ medidores multi'unción electrónicos, relés digitales, Interchangeability controladores/ )bilit# to replace a deice supplied b# one manu'acturer Intercambiabilidad :it3 a deice supplied b# anot3er apacidad de reempla*ar un manu'acturer, :it3out ma9ing aparato comerciali*ado por un c3anges to t3e ot3er elements in 'abricante con un dispositio de t3e s#stem otro 'abricante, sin reali*ar cambios en los otros elementos en Interoperability el sistema )bilit# o' t:o or more I7s 'rom t3e same endor, or 'rom diDerent Interoperabilidad endors, to e8c3ange in'ormation apacidad de dos o ms I7 del and use t3at in'ormation 'or mismo proeedor, o de di'erentes correct e8ecution o' speci"ed proeedores, para intercambiar 'unctions in'ormación # utili*ar esa in'ormación para la correcta ejecución de las 'unciones 0ogical 1ode especi"cadas. 01 (mallest part o' a 'unction t3at e8c3anges data. ) &C is an object 1odo l&gico 01 de"ned b# its data and met3ods. @s pe5ueBa parte de una 'unción 'pen protocol 5ue intercambia datos. ;n &C es protocol :3ose stac9 is eit3er un objeto de"nido por sus datos # standardised or publicl# aailable métodos. 2hysical /evice 2/ 5uialent to an I7 as used in t3e conte8t o' t3is standard 2IC'3 7escription

o'

an

2rotocolo abierto protocolo cu#a pila est bien estandari*ado o disponible pEblicamente

/ispositivo f.sico in'ormation 2/ 6


trans'er on a gien logical connection :it3 gien communication attributes bet:een t:o logical nodes Piece o' In'ormation 'or O@munication/. It also contains t3e in'ormation to be transmitted and, in addition, re5uirement attributes suc3 as per'ormance. 2rotocol (et o' rules t3at determines t3e be3aiour o' 'unctional units in ac3ieing and per'orming communication.

5uialente a un I7 como se usa en el conte8to de esta norma

2IC'3 7escripción de una trans'erencia de in'ormación en una cone8ión lógica dada con los atributos de comunicación dado entre dos nodos lógicos pie*a de in'ormación para la comunicación/. También contiene la in'ormación a transmitir #, adems, el re5uisito de atributos tales como el rendimiento. 2rotocolo *elf-description onjunto de reglas 5ue determina ) deice contains in'ormation on el comportamiento de unidades its con"guration. T3e 'uncionales en el logro # la representation o' t3is in'ormation reali*ación de la comunicación. 3as to be standardised and 3as to be accessible ia communication Auto descripci&n in t3e conte8t o' t3is standard ;n dispositio contiene series/. in'ormación de su con"guración. &a representación de esta in'ormación tiene 5ue ser *ystem estandari*ados # tiene 5ue ser :it3in t3e scope o' t3is standard, accesible a traés de la s#stem al:a#s re'ers to substation comunicación en el conte8to de automation s#stems unless esta serie estndar/. *istema ot3er:ise stated. 7entro del alcance de esta norma, *pecic Communication el sistema siempre se re"ere a la *ervice 3apping subestación de sistemas de *C*3 automati*ación, salo de indicarse lo contrario. (tandardised procedure :3ic3 3apeo de los servicios de espec.ca proides t3e concrete mapping o' comunicaci&n )(I serices and objects onto a *C*3 F


particular protocol Procedimiento estandari*ado 5ue stac9Acommunication pro"le. proporciona la asignación concreta de los sericios # objetos ) ((@ s3ould detail t3e de )(I en un per"l de protocolo instantiation o' abstract serices pila A comunicación en particular. into protocol speci"c single ;n ((@ debe detallar la creación serice or se5uence o' serices de instancias de los sericios :3ic3 ac3iee t3e serice as abstractos en protocolo de speci"ed in )(I. )dditionall#, a sericio simple espec-"co o ((@ s3ould detail t3e mapping secuencia de sericios 5ue o' )(I objects into object alcan*an el sericio como se supported b# t3e application especi"ca en )(I. )dems, un protocol. ((@ debe detalle el mapeo de objetos en )(I objeto soportado por el protocolo de aplicación. Abbreviated terms T)rminos abreviados AC*I )bstract ommunication AC*I +esumen Inter'a* de (erice Inter'ace (ericio de omunicación AI* )ir Insulated (:itc3gear AI* &os conmutadores con C+ ircuit Grea9er aislamiento de aire C/C ommon 7ata lass C+ ortacircuitos /' 7ata Object C/C lase de datos comEn E3C lectromagnetic /' Objeto de datos E3C ompatibilidad ompatibilit# 4'3*5E eneric Object @odels electromagnética 4'3*5E @odelos de objetos 'or (ubstation and =eeder 5uipment genéricos para la subestación # el IE/ Intelligent lectronic 7eice e5uipo alimentador 4I* as Insulated (:itc3gear IE/ 7ispositio lectrónico 01 &ogical Code Inteligente 2/ P3#sical 7eice 4I* on aislamiento de gas 2IC'3 Piece o' In'ormation 'or 01 nodo lógico 2/ dispositio '-sico O@munication *A (ubstation )utomation 2IC'3 =ragmento de in'ormación *A* (ubstation )utomation para la comunicación *A )utomati*ación de (#stem *C*3 (peci"c ommunication (ubestaciones %


*A* (istema de )utomati*ación de (ubestaciones *C*3 @apeo de los sericios de comunicación espec-"ca

(erice @apping

IV.

Primer capitulo

) )n ad>3oc :or9ing group,(tarting in 1HH4, pose some proposals 'or ()( accepted b# t3e Cational ommittees, t3at presented belo: laboration o' a standard on 'unctional arc3itecture, communication structure and general re5uirements? laboration o' a standard on communication :it3in and bet:een unit and substation leels laboration o' a standard on communication :it3in and bet:een process and unit leels? laboration o' a companion standard 'or t3e in'ormatie inter'ace o' protection e5uipment. T3e communication inter'aces :it3in t3e substation automation s#stem ma# be represented b# t3e general structure s3o:n in =igure 1. •

•

•

•

;n grupo de trabajo de ad>3oc, a partir de1HH4, plantean algunas propuestas para ()( aceptados por los comités nacionales, 5ue se presentan a continuación J laboración de una norma sobre la ar5uitectura 'uncional, estructura de comunicación # los re5uisitos generales? J laboración de una norma sobre la comunicación dentro # entre los nieles de unidad # de la subestación J laboración de una norma sobre la comunicación dentro # entre los nieles de proceso # la unidad? J laboración de una norma compaBero para la inter'a* in'ormatia de e5uipo de protección &as inter'aces de comunicación dentro del sistema de automati*ación de subestaciones pueden ser representados por la estructura general mostrada en la =igura 1.

H


5igure ! 6 0ogical interfaces of an *A* =igure 1 s3o:s t3e I Tec3nical ommittees t3at are responsible 'or standards related to deices. To guarantee a close co>operation, all t3e mentioned committees 3ae delegated specialists to t3e :or9ing groups responsible 'or elaboration o' t3e I 61%$0 series.

5igura ! - 0as interfaces l&gicas de una *A* &a =igura 1 muestra los comités técnicos de la I 5ue son responsables de las normas relacionadas con los dispositios. Para garanti*ar una estrec3a cooperación, todos los comités mencionados especialistas 3an delegado a los grupos de trabajo encargados de la elaboración de la serie I 61%$0.

)t leel 0 mac3ines and connections a substation :3ere it is 3andled. >instrumental trans'ormers. >(:itc3gear and trans'ormer. One o' t3e I inter'aces, t3e TC !7 is responsible 'or prepare standards on 3ig3>oltage s:itc3gear and controlgear as :ell as t3eir assemblies, toget3er :it3 associated control andAor po:er e5uipment, measuring and signalling e5uipment.

n el niel 0 se maneja las cone8iones # m5uinas de una subestación donde se encuentra. >Trans'ormadores instrumentales >5uipamiento de cone8ión # trans'ormador ;no de las inter'aces I, la TC !7 es encargada de preparar normas sobre conmutación de alta tensión # control, as- como sus asambleas, junto con el control asociado # A o e5uipos de transmisión, e5uipos de medición # seBali*ación. )t leel 1 :e can obsere is t3e "rst n el niel 1 lo 5ue podemos stage o' control, :3ere t3ere is obserar es la primera etapa de control, measurements, disturbance control, donde se tiene control, recording and protection part. mediciones, registro de perturbaciones # la parte de 10


To gie an e8ample T3e scope o' I :or9 is broad and TC#7 encompasses tele>control used bet:een control centers, substations, generation 'acilities, and distribution deices. )t leel 2 is t3e 'unction o' t3e station oDering serices t3at can connect to ot3er 'or remote control.

protección. Por dar un ejemplo l alcance del trabajo de I TC#7 es amplio # abarca tele>control utili*ado entre los centros de control, subestaciones, instalaciones de generación # dispositios de distribución. n el niel 2 es la 'unción de la estación los sericios 5ue o'recen onnections are made b# leels 5ue puede conectarse a otras para 'unctions and logical nodes 3aing el control remoto. diDerent inter'aces &as cone8iones se reali*an mediante 'unciones # nieles de nodos lógicos 5ue tienen di'erentes 5unctions and logical nodes inter'aces T3e objectie o' t3e standard is to ensure interoperabilit# bet:een t3e 5unciones y nodos l&gicos I7s supplied 'rom diDerent suppliers. l objetio de la norma es =unctions can be assigned to t3ree garanti*ar la interoperabilidad leels t3e station leel, t3e ba# entre los I7 suministrados desde leel and t3e process leel. di'erentes proeedores. It :as not enoug3 inter'aces o' &as 'unciones pueden ser =igure 1 :3ic3 led to design a ne: asignados a tres nieles el niel de structure, containing t3e additional la estación, el niel de ba3-a # el logical inter'aces. T3e diagram niel de proceso. s3o:n in =igure 2 is t3e basis 'or t3e Co 'ue su"ciente las inter'aces de I 61%$0 series. la =igura 1, lo 5ue 3a lleado a diseBar una nuea estructura, 5ue contiene las inter'aces lógicas adicionales. l diagrama mostrado en la =igura 2 es la base para la serie I 61%$0.

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5igure 8 6 Interface model of a substation automation system

T3e meanings o' t3e inter'aces are as 'ollo:s I=1 protection>data e8c3ange bet:een ba# and station leel. I=2 protection>data e8c3ange bet:een ba# leel and remote protection be#ond t3e scope o' t3is standard/. I=! data e8c3ange :it3in ba# leel. I=4 T and KT instantaneous data e8c3ange especiall# samples/ bet:een process and ba# leel. I=$ control>data e8c3ange bet:een process and ba# leel. I=6 control>data e8c3ange bet:een ba# and station leel. I=F data e8c3ange bet:een substation leel/ and a remote engineerLs :or9place. I=% direct data e8c3ange bet:een t3e ba#s especiall# 'or 'ast 'unctions suc3 as interloc9ing. I=H data e8c3ange :it3in station leel. I=10 control>data e8c3ange bet:een substation deices/ and a remote control centre be#ond t3e scope o' t3is standard/.

T3e deices o' a automation s#stem

5igura 8 6 interfa de modelo de un sistema de automatiaci&n de subestaciones &os signi"cados de las inter'aces son las siguientes I=1 Intercambio de protección de datos entre la ba3-a # el niel de la estación. I=2 Intercambio de protección de los datos entre el niel de ba3-a # la protección a distancia ms all de la mbito de aplicación de esta norma/. I=! intercambio de datos en el niel ba3-a. I=4 T # KT intercambio de datos instantneo en especial muestras/ entre el proceso # niel de ba3-a. I=$ intercambio de datos entre el control>proceso # niel de ba3-a. I=6 intercambio de datos entre el control>niel de ba3-a # estación. I=F el intercambio de datos entre la subestación niel/ # lugar de trabajo de un ingeniero de control substation remoto. ma# be I=% la comunicación directa entre 12


p3#sicall# installed on diDerent 'unctional leels station, ba#, and process/. T3is re'ers to t3e p3#sical interpretation o' =igure 2. Ga# leel deices consist o' control, protection or monitoring units per ba#. (tation leel deices consist o' t3e station computer :it3 a database, t3e operatorLs :or9place, inter'aces 'or remote communication, etc.

To reac3 t3e standardisation goals mentioned aboe, all 9no:n 'unctions in a substation automation s#stem 3ae been identi"ed and split into sub'unctions logical nodes/. &ogical nodes ma# reside in diDerent deices and at diDerent leels. =igure ! s3o:s e8amples to e8plain t3e relations3ip bet:een 'unctions, logical nodes, and p3#sical nodes deices/. ) 'unction is called distributed :3en it is per'ormed b# t:o or more logical nodes t3at are located in diDerent p3#sical deices. (ince all 'unctions communicate in some :a#, t3e de"nition o' a local or a distributed 'unction is not unambiguous but depends on t3e de"nition o' t3e 'unctional steps to be per'ormed until t3e 'unction is completed. M3en a distributed 'unction is implemented, proper reactions on

las ba3-as especialmente para 'unciones rpidas tales como enclaamiento. I=H intercambio de datos en niel de la estación. I=10 cambio de control de datos entre la subestación dispositios/ # un centro de control remoto ms all del alcance de esta norma/. &os dispositios de un sistema de automati*ación de subestaciones pueden ser instalados '-sicamente en di'erentes nieles 'uncionales estación, ba3-a, # de proceso/. sto se re"ere a la interpretación '-sica de la "gura 2. l niel ba3-a de dispositios consiste en el control, protección o superisión de unidades por ba3-a. &a estación de dispositios consiste en el ordenador de la estación con una base de datos, lugar de trabajo del operador, inter'aces para comunicación a distancia, etc. Para alcan*ar los objetios de normali*ación mencionadas anteriormente, todas las 'unciones conocidas en un sistema de automati*ación de subestaciones 3an sido identi"cados # diidido en sub>'unciones nodos lógicos/. nodos lógicos pueden residir en di'erentes dispositios # en di'erentes nieles. &a =igura ! muestra ejemplos para e8plicar la relación entre las 'unciones, nodos lógicos # nodos '-sicos dispositios/. 1!


t3e loss o' a &C or an included communication lin9 3ae to be proided, 'or e8ample t3e 'unction ma# be bloc9ed completel# or s3o:s a grace'ul degradation i' applicable.

;na 'unción se llama distribuida cuando se llea a cabo por dos o ms nodos lógicos 5ue se encuentran en di'erentes dispositios '-sicos. Puesto 5ue todas las 'unciones se comunican de alguna manera, la de"nición de una 'unción local o distribuido no es ine5u-oco, pero depende de la de"nición de los pasos 'uncionales 5ue reali*arse 3asta 5ue se complete la 'unción. uando se implementa una 'unción distribuida, reacciones adecuadas sobre la pérdida de un &C o un enlace de comunicación incluidos tienen 5ue ser proporcionados, por ejemplo, la 'unción puede ser blo5ueada por completo o muestra una degradación elegante en su caso.

5igura 9% elationship between functions, logical nodes, and physical nodes :e;amples< 8amples in =igure ! P3#sical deice 1 (tation computer, 2 (#nc3ronised s:itc3ing deice, ! 7istance protection unit :it3 integrated oercurrent 'unction, 4 Ga# control unit, $ and 6 urrent and oltage instrument trans'ormers, F Gusbar oltage instrument trans'ormers.

5igura 9% elaci&n entre las funciones, nodos l&gicos, y los nodos f.sicos :e(emplos< T3e image s3o:s 3o: t3e nodes are jemplos en la =igura ! dispositio bro9en do:n in t3e le't part o' t3e '-sico 1 ordenador de la estación, image, :3ic3 in turn belong to one 2 7ispositio de conmutación o' t3e e5uipment numbered on t3e sincroni*ada, ! la unidad de 14


rig3t. T3e logical nodes are not mutuall# e8clusie i' not a single logical node can be part o' one or more diDerent 'unctions suc3 as s:itc3 is in t3e ! 'unctions )ll 9no:n 'unctions 3ae been described in I 61%$0>$ b# tas9 o' t3e 'unction? starting criteria 'or t3e 'unction? result or impact o' t3e 'unction? per'ormance o' t3e 'unction? 'unction decomposition? interaction :it3 ot3er 'unctions. • •

•

• • •

)ll related logical nodes 3ae been described in I 61%$0>$ b# grouping according to t3eir most common application area? s3ort te8tual description o' t3e 'unctionalit#? I deice 'unction number i' applicable 'or protection and some protection related logical nodes onl#, re'er to I .!F.2,1HH6/? relations3ip bet:een 'unctions and logical nodes in tables and in t3e 'unctional description? e8c3anged PIO@s described in tables. •

•

•

•

•

protección de distancia con 'unción de sobrecorriente integrado, 4 unidad de control de ba3-a, $ # 6 actuales # del instrumento de tensión de trans'ormadores, F barras de tensión Trans'ormadores de medida. &a imagen muestra cómo los nodos se descomponen en la parte i*5uierda de la imagen, 5ue a su e* pertenece a uno de los e5uipos con nEmeros a la derec3a. &os nodos lógicos no son mutuamente e8clu#entes si no un Enico nodo lógico puede ser parte de uno o ms di'erentes 'unciones tales como interruptor se encuentra en las ! 'unciones

Todas las 'unciones conocidas se 3an descrito en la norma I 61%$0>$ por tarea de la 'unción? partir criterios para la 'unción? resultado o el impacto de la 'unción? desempeBo de la 'unción? descomposición de la 'unción? interacción con otras 'unciones. • •

•

• •

•

Todos los nodos lógicos relacionados se 3an descrito en la norma I 61%$0>$ por •

agrupar en 'unción de su rea de aplicación ms comEn? 1$


•

•

•

•

bree descripción te8tual de la 'uncionalidad? nEmero de 'unción del dispositio I en su caso para la protección # algEn tipo de protección relacionada (ólo nodos lógicos, se re"eren a .!F.2,1HH6 I/? relación entre las 'unciones # los nodos lógicos en las tablas # en la descripción 'uncional? intercambiaron PIO@s descritos en las tablas.

Gibliogra'-a Te8to gu-a I 61%$0>1 omités técnicos de la I T1F 3ttpAA:::.iec.c3Ad#nA:::A'N p10!F0=(PO+I7,=(P&)CI7122H,2$ T$F 3ttpAAgrouper.ieee.orgAgroupsAscc21A20!0Aemail2Apd'P5o'H00#.pd' Trabajo de grado, ar5uitectura de control # comunicación para el manejo de seBales de control, proteccion # medida de una sas con base en los protocolos las normas iec 61%$0 e iec 60%F0>$> 104 de juan carlos aguirre al*ate

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Análisis de IEC 61850-1

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