VISIÓN GENERAL. ESTÁNDARES PARA INTEROPERABILIDAD

Germán Zapata Madrigal. I.E., Msc., PhD

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín gdzapata@unal.edu.co

Contenido

• Introducción

• Estándares para Interoperabilidad

• Bases conceptuales

• Novedades en IEC61850

• Enfoque del evento

Noticias

– Proyectos de movilidad eléctrica en las principales ciudades.

– Implementación masiva de medidores inteligentes

– Crecimiento de la generación con fuentes renovables no convencionales (Hoy alcanza el 4.8% de la canasta energética)

– Incremento de la penetración de solar, eólica, biomasa, pequeñas centrales.

– Storage (Baterías) – Tesla por ejemplo

– Decretos reglamentarios de la Ley 1715. Incentivos tributarios.

Diariamente se están recibiendo noticias relacionadas con:

Vivimos sin duda una transición tecnológica en los sistemas de potencia.

Tomado de [http://blog.veritasalchemy.com/]

… que genera muchos interrogantes

“Interoperability is the key issue to drive the transition process of power systems”. National Institute of Standars and Technology – NIST

Suite de normas IEC para Interoperabilidad Smart Grid

“Seamless Reference Architecture”

Tomado de: [IEC Smart Grid standardization roadmap]

Otros conjuntos de normas: NIST

Consultar conjunto completo de normas NIST para Interoperabilidad en Smart Grid en: [NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability. Release 3.0]: http://www.nist.gov/el/smartgrid-100114.cfm

.

Tomado de: [Smart Grid standardization analysis. Jurgen Heils]

La arquitectura canadiense (Adaptado de IEC)

Tomado de: http://www.scc.ca/sites/default/files/publications/Smart-Grid-Report_FINALOCT2_EN.pdf

*Notar la diferencia en Medidores (ANSI C12) y DNP3 (IEEE1815) ** Adopta IEC61850 y CIM de IEC.

El consenso entre diferentes organizaciones (NIST, CEN, CENELEC, DKE, CIGRE, IEEE), indica que las siguientes normas deben ser consideradas dentro del “core” para Interoperabilidad:

STANDARD DESCRIPTION

IEC 61970/61968 Common Information Model (CIM)

IEC 61850 Power Utility Automation Systems

IEC 62351 Security for the Smart Grid

IEC 62357 Seamless Integration Architecture

IEC 60870 Communication and Transport Protocols

IEC 61400-25 Communication and Monitoring for Wind Power Plants

IEC 61334 DLMS – Device Language Message Specification

IEC 62056 COSEM – Companion Specification for Energy Metering

IEC 62325 Market Communications using CIM

Otras normas a tener en cuenta

STANDARD DESCRIPTION

ANSI C 12.19 End Devices communications (AMI)

IEEE 1815 (DNP3) Substation and feeder devices automation

IEEE C37.118.2 Communications for Phasor Measurement Units

(PMU)

IEEE 1588 Precision Time Protocol for Power systems (PTP)

IEEE P2030 Guide for Smart Grid Interoperability

ISO/IEC 15118 Electric vehicle to Grid communications

IEC PAS-62559 IntelliGrid methodology for developing requirements

for energy systems

IEC62439 Parallel Redundancy Protocol (PRP)

Suite IEC 61850

IEC 61850 PART DESCRIPTION

IEC 61850-7-410 Hydroelectric power plants communications for control

IEC 61850-7-420 Distributed Energy Resources (DER) Logical Nodes

IEC 61850-7-510 Hydroelectric power plants Logical Nodes

IEC 61850-90-1 Communication between substations

IEC 61850-90-2 Communication between control centres and substations

IEC 61850-90-3 Condition Monitoring

IEC 61850-90-4 Network Engineering Guidelines

IEC 61850-90-5 Transmit synchrophasor information according to IEEE C37.118

IEC 61850-90-6 Distribution Feeder Automation System

IEC 61850-90-7 Object Models for Photovoltaic,Storage and other DER inverters

IEC 61850-90-8 Object Models for Electrical Transportation

IEC 61850-90-9 Object Models for Batteries

IEC61850-90-17 Power Quality Data

Entorno extendido IEC61850

• IEC 61850 se extiende a: – Fuentes renovables

– Automatización del alimentador (Feeder Automation) y funciones avanzadas de automatización (Demanda Activa, Var-volt control, despacho de unidades de generación distribuida)

– Estaciones de carga de vehículos eléctricos

– Comunicación entre subestaciones

– Monitoreo de condición

From “Substation Automation” To “Power utilities communications”

(Edition 2.0)

Entorno extendido IEC61850

En la subestación

Interoperabilidad

“Capacidad de dos o mas redes, sistemas, dispositivos, aplicaciones o componentes para trabajar unidos y para intercambiar información de una manera segura y efectiva” [NIST, IEEE]. “Capacidad de dos o mas dispositivos inteligentes (IEDs), de uno o varios fabricantes para intercambiar información y usar esa información para desempeñar sus funciones y para una correcta cooperación entre ellos” [IEC 61850].

En el contexto de Smart Grid y CIM

En el contexto de IEC 61850

Dimensiones de la Interoperabilidad

Fuente: [Smart Grid architecture Model. CEN/CENELEC/ETSI]

Categorías de la Interoperabilidad

Fuente: NIST, GridWise

Claves para la Interoperabilidad

Interoperabilidad Semántica Habilidad de los sistemas para intercambiar datos sin ambigüedades, compartiendo significados. Semántica: la ciencia del significado.

Interoperabilidad Sintáctica Se refiere a la forma como se empaquetan y transmiten los datos

Fuente: https://www.peterkrantz.com

Fuente: http://ecotechitsolutions.com/

Que tienen en común …

Fuente: www.opengrid.com

y los demás estándares para Interoperabilidad?

• Se fundamentan en modelos semánticos.

• Aplican el paradigma de la Orientación a objetos.

• Expresan los modelos mediante UML.

• Los modelos se transforman y se transmiten mediante XML.

• Se ejecutan sobre arquitecturas orientadas a servicios (SOA).

Tomado de: [IntelliGrid EPRI] INTEROPERABILIDAD = COMPATIBILIDAD CONCEPTUAL

Caso específico IEC 61850. Principales características.

Semantic understanding and object models.

Abstract communications services (ACSI)

Common Configuration Language (SCL)

Descripción formal mediante XML y UML de la configuración de la subestación. Descripción formal de los IEDs.

Especifica los modelos y servicios para el acceso a los elementos de un modelo de objeto específico.

Identificación común de todos los datos. Los modelos de todos los objetos de la subestación disponibles. Los modelos se están expandiendo a todos los objetos del sistema de potencia.

Syntactic Interoperability

CB1

CB2

SUBST2

Novedades de la Edición 2

Edition 2 Edition 1

Communications for Substation Automation

Communications for Power Utility Automation

Novedades de la edición 2

• Se resuelven ambigüedades o contradicciones de la Edición 1 (recopiladas en las TISSUES – Technical Issues: www.tissues.iec61850.com )

• El nombre de los objetos se extiende de 64 caracteres a 128.

• Actualización del Esquema XML (Versión 2.0).

• Se adopta la sincronización de tiempos mediante IEEE1588.

• Se definen los esquemas de redundancia en las comunicaciones.

• Se definen los mecanismos de seguridad.

• Se define un mecanismo para declarar la información de suscriptores multicast (para GOOSE y SMV).

• Modelos para el monitoreo de datos históricos (Clase HIST ) • Modelos para el monitoreo de datos de calidad del servicio (Grupo Q de nodos

lógicos). • Aproximadamente 60 nodos lógicos nuevos y un nuevo grupo para centrales

hidráulicas (Grupo H – Hydropower). • Los nuevos nodos lógicos para: DER, Storage, condition monitoring, etc.

– Grupo D - DER – Grupo W – Wind – Grupo O - Solar – Grupo B – Bateries – Grupo F - Fuel cells

• Se ha pasado de 92 Nodos lógicos a 208. Lista completa de Nodos lógicos: http://www.nettedautomation.com/standardization/IEC_TC57/WG10-12/iec61850/models/LNs_2012-07-20_o.pdf

Novedades de la edición 2

Novedades de la edición 2

• Se remueve el anterior “UCA GOOSE” (GSSE).

• Se agregan muchos mecanismos para pruebas, simulación y mantenimiento.

• Se definen los procedimientos de prueba para clientes IEC61850, SMV y SCL.

• Se agregan los ajustes de las protecciones en el modelo de datos.

• Se pasa de 239 procedimientos de prueba a 330.

• Se ha pasado de las primeras 14 partes a 45 partes: – 21 Publicadas

– 24 en discusión y borradores

Enfoque del evento

Interés del sector por definir los modelos de información. Proyectos de modernización de centros de control en curso. Migración de aplicaciones.

+170 subestaciones implementadas con IEC 61850 en Colombia. Lecciones aprendidas.

Impacto y trascendencia en el diseño de la próxima generación de subestaciones. El último eslabón para la subestación digital.

Temas para talleres posteriores

• Madurez tecnológica de Process bus

• Ciberseguridad

• Medidores - AMI

• Redundancia paralela (PRP/HSR)

• GOOSE entre subestaciones

• Comunicación con centros de control mediante IEC61850.

• Teleprotecciones

• DER y baterías

• Monitoreo de condición

• Movilidad eléctrica