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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
April 4, 2013 | Slide 3 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 4 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 5 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 6 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
April 4, 2013 | Slide 7 ABB Group
InteroperabilidadQue es interoperabilidad?
En los sistemas de automatizacin de Subestaciones:
Que es interoperabilidad?
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
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
April 4, 2013 | Slide 10 ABB Group
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
| Slide 11 ABB GroupApril 4, 2013
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
April 4, 2013 | Slide 12 ABB Group
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
| Slide 13 ABB GroupApril 4, 2013
InteroperabilidadEthernet
La industria de T&D requiere:
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
| Slide 14 ABB GroupApril 4, 2013
InteroperabilidadEthernet
La industria de T&D requiere:
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
| Slide 15 ABB GroupApril 4, 2013
InteroperabilidadEthernet
La industria de T&D requiere:
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!
| Slide 16 ABB GroupApril 4, 2013
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
April 4, 2013 | Slide 17 ABB Group
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!
April 4, 2013 | Slide 18 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de 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)
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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 ?
April 4, 2013 | Slide 20 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 21 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 22 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 23 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 24 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 25 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 26 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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).
April 4, 2013 | Slide 27 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 28 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
Ejemplo de Atributos asignados a datos comunes de a Clase (CDC)fromPart 7 3Part 7-3
April 4, 2013 | Slide 29 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 30 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
April 4, 2013 | Slide 31 ABB Group
InteroperabilidadFunciones & Modelo de Datos
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
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
April 4, 2013 | Slide 33 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 34 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 35 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
April 4, 2013 | Slide 36 ABB Group
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.
April 4, 2013 | Slide 37 ABB Group
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
April 4, 2013 | Slide 38 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
April 4, 2013 | Slide 39 ABB Group
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).
April 4, 2013 | Slide 40 ABB Group
Prueba de dispositivosConformidad
p
April 4, 2013 | Slide 41 ABB Group
ConformidadPrueba de dispositivos
Certificados de Productos
p
April 4, 2013 | Slide 42 ABB Group