. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
IEC 61850: Soubor norem pro komunikaci v energetice
18. dubna 2011 - 8:23 | Pandatron | IEC 61850: Soubor norem pro komunikaci v energetice | Komentářů: 0  

IEC 61850: Soubor norem pro komunikaci v energetice

Soubor norem IEC 61850 (český ekvivalent je ČSN EN 61850) definuje pravidla pro komunikaci mezi zařízeními v rozvodnách a stanovuje požadavky, které jsou na rozvodny a jejich zařízení z hlediska komunikace kladeny. Neobsahuje jen definice komunikačních protokolů, ale také standardy pro řídicí funkce a inženýring rozvoden.

Ve světě se pro komunikaci v rozvodnách používá více než padesát různých protokolů, ale jen soubor norem IEC 61850 představuje jednotnou, standardizovanou, na dodavateli nezávislou metodu pro tvorbu komunikační sítě a integraci jednotlivých zařízení rozvodny. Základním cílem při tvorbě tohoto souboru norem totiž bylo umožnit vytváření systémů, v nichž budou komunikovat zařízení od různých výrobců. Tato zařízení, spojená komunikační sítí, se označují zkratkou IED – Intelligent Electronic Devices; česky inteligentní elektronická zařízení, a zajišťují ochranu rozvodny, dohled nad jejím provozem a automatizaci, měření a regulaci v rozvodně.

Pro to, aby bylo možné plně využít všech výhod nového souboru norem, je třeba vědět, co tento soubor obsahuje, v čem je jiný než předchozí komunikační standardy a co může uživatelům přinést.

Možnosti
Všechna zařízení IED, v rozvodnách nebo i jinde v rozvodné síti, komunikují pro to, aby bylo možné sbírat provozní data, nastavovat parametry regulace a jednotlivá zařízení na dálku konfigurovat a ovládat. Skutečnost, že různá IED sdílejí data a řídicí příkazy, umožňuje realizovat nové funkce pro distribuovanou ochranu rozvoden, jejich regulaci a automatizaci provozu. Jednotný komunikační systém nahradí složitou vyhrazenou kabeláž určenou pro zajištění různých funkcí rozvodny i nákladné jednoúčelové komunikační kanály zajišťující komunikaci mezi rozvodnou a dalšími stanicemi elektrizační sítě (elektrárnami, dispečinkem, dalšími rozvodnami).

Soubor norem IEC 61850 zajišťuje vzájemnou součinnost zařízení a systémů v rozvodnách tím, že standardizuje jejich rozhraní, protokoly a datové modely. To umožňuje snížit náklady na integraci zařízení rozvoden. Soubor norem IEC 61850 ale nedefinuje jen protokoly pro komunikaci mezi zařízeními uvnitř rozvodny, ale i mezi rozvodnami a dalšími členy elektrizační sítě (elektrárnami, dispečinkem atd.). Umožňuje přenášet důležité informace z jedné rozvodny do druhé, což je zvláště důležité při výpadku elektrizační sítě, a dovoluje integrovat zařízení a podsystémy v elektrizační síti a vytvořit z nich jednotný a úplný řídicí a komunikační systém – to je žádoucí pro efektivní řízení technických i ekonomických procesů v energetických a rozvodných společnostech.

IEC 61850 také splňuje požadavky energetických podniků na dlouhodobou rozšiřitelnost systémů. Nejenže umožňuje kombinovat v jednom systému zařízení od různých dodavatelů, ale dokonce je i navzájem zaměňovat. To zjednodušuje zásobování náhradními díly.

To všechno vede k úsporám času a nákladů a ke zjednodušení řízení technických i ekonomických procesů v energetických společnostech.

Nové vlastnosti
IEC 61850 je jediný standard, který vyhovuje všem požadavkům energetických a rozvodných společností na celém světě na kompatibilitu instalovaného souboru regulačních a řídicích zařízení od různých výrobců.

Protože protokoly IEC 61850 vycházejí z Ethernetu, je možné využít mnoho již důvěrně známých nástrojů a zařízení komunikační infrastruktury, používaných v systémech podnikového řízení energetických závodů. Každý uzel sítě podle IEC 61850 připojený jako klient může řídit provoz na síti a komunikovat se všemi servery i podřízenými zařízeními. Protože podřízená zařízení jsou zpravidla zařízení IED, která ovládají např. transformátory nebo spínače v rozvodnách, může klient sbírat množství provozních dat, která mu jednotlivá IED poskytují ke čtení.

Na rozdíl od mnoha jiných protokolů, které neumožňují vytvářet a přenášet soubory aktuálních a historických dat o provozu zařízení, protokoly IEC 61850 umožňují přenášet z IED do systémů SCADA soubory dat s informacemi o jejich aktivitách. Co je ještě důležitější, je možné vytvářet grafy časových průběhů provozních veličin, a to v režimu off-line. Zatímco u režimu on-line je doba obnovy dat až v jednotkách sekund, v režimu off-line mohou být data sbírána s periodou vzorkování v milisekundách, ukládána v zařízení a najednou přenesena do systému SCADA, kde potom mohou být použita k analýze událostí.

K definování datových modelů serverů, které poskytují data do komunikační sítě, dává IEC 61850 přednost objektově orientovanému programování před programováním konvenčním. Vzhledem k tomu, že objektově orientované programování klade důraz na data, a ne na procedury, jsou modifikace takto vytvořeného systému snadné a uživatel jej může bez velkého úsilí a nákladů přizpůsobit novým požadavkům. Programy a data jsou spojeny v „objektech“, takže se veškeré informace a informační funkce nacházejí na jednom místě. Zařízení s funkcí publisher posílá zprávy všem účastníkům (režim multicasting), ale čtou je jen registrovaní zájemci (subscribers).

Přínosy pro uživatele
Soubor norem IEC 61850 umožňuje uživateli zjistit a předpovídat, jak budou data přenášena mezi klienty a službami zařízení různých výrobců a jak jimi budou přenesená data identifikována. Tato předvídatelnost zjednodušuje integraci zařízení v systému.

Architektura komunikačního systému podle IEC 61850 je sice typu klient-server, ale odstraňuje nevýhody klasické architektury klient-server tím, že umožňuje i klientským stanicím, aby řídily přenos dat. To dovoluje přesunout řídicí a komunikační funkce blíže provozním procesům a přináší do sítí s architekturou klient-server velkou komunikační flexibilitu.

Protokoly podle IEC 61850 umožňují rychlý přenos časově kritických informací. Díky tomu komunikace splňuje požadavky na přenos dat bezpečnostních funkcí v automatizovaných rozvodnách.

Vzhledem k tomu, že implementace souboru norem IEC 61850 v projektech rozvoden, elektrizačních soustav i rozvodných soustav průmyslových podniků má velký vliv na investiční i provozní náklady, zákazníci stejně jako dodavatelé přikládají normám IEC 61850 velký význam. Při implementaci souboru norem IEC 61850 je ovšem nezbytné vybírat takové dodavatele, kteří mohou nabídnout velké technické znalosti i zkušenosti z realizovaných projektů. Technicky zdatní dodavatelé jsou podmínkou k dosažení optimálního výsledku. Podpora ze strany dodavatelů zajišťuje bezproblémovou konfiguraci systému a jeho uvedení do provozu, šetří čas, zvyšuje efektivitu inženýrských prací, zkracuje dobu návratnosti investic a umožňuje uživatelům využít skutečně plného potenciálu výhod, které IEC 61850 přináší.


Obr. 1: Příklad uspořádání IEC 61850
zdroj: IEC 61850 Solution

Co obsahuje soubor norem IEC 61850?
Soubor norem IEC 61850 má několik částí, z nichž některé jsou několikadílné. Dostupné jsou u organizace IEC – www.iec.ch, v české verzi potom na stránkách Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví – http://csnonline.unmz.cz. Normy byly publikovány pod soubornými názvy Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích a Komunikační sítě a systémy pro automatizaci v energetických společnostech (v anglickém originále Communication networks and systems in substations a Communication networks and systems for automation of power utility).

První čtyři části souboru norem IEC 61850 popisují a specifikují prostředí, terminologii, požadavky na zařízení atd. První z nich, IEC/TR 61850-1, je v české soustavě norem zavedena jako ČSN 33 4850-1 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 1: Úvod a přehled a druhá, IEC/TS 61850-2, jako ČSN IEC/TS 61850-2 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 2: Výklad zvláštních výrazů. Co normy obsahují, je zřejmé z jejich názvů. Třetí část IEC 61850-3 je v ČR zavedena jako ČSN EN 61850-3 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 3: Všeobecné požadavky a stanovuje základní požadavky na komunikaci mezi IED v rozvodně a požadavky systémy, které jsou na rozvodnu vázané. IEC 61850-4, resp. ČSN EN 61850-4 nese název Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 4: Systémové a projektové řízení a soustředí se na požadavky na správu systémů, řízení projektů a na speciální podpůrné nástroje pro inženýrské práce a systém zkoušek rozvoden.

Řada pokračuje částmi 5 až 9, které se teprve zabývají vlastní komunikací.

Pátá část je IEC 61850-5, resp. ČSN EN 61850-5 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 5: Požadavky na komunikaci pro funkce a modely zařízení. Standardizuje komunikaci mezi IED, jako jsou ochrany, odpojovače, nebo transformátory, a systémem rozvodny.

IEC 61850-6, resp. resp. ČSN EN 61850-6 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 6: Konfigurační popisový jazyk pro komunikaci v elektrických stanicích týkající se IED specifikuje formáty souborů pro popis konfigurace jednotlivých IED a souborů parametrů spojených s komunikací a konfigurací komunikačního systému. Zajišťuje, společně s částmi 5 a 7, kompatibilitu inženýrských nástrojů od různých dodavatelů.

Sedmá část popisuje základní komunikační strukturu systémů rozvoden a napájecích zařízení. Má několik dílů. IEC 61850-7-1, resp. ČSN EN 61850-7-1 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 7-1: Základní komunikační struktura pro podřízené stanice a napájecí zařízení – Zásady a modely poskytuje přehled o architektuře komunikačních systémů a interakcích mezi zařízeními rozvoden. Současně obsahuje popis vztahů mezi ostatními částmi IEC 61850-7 a stanovuje, jak dosáhnout interoperability zařízení. IEC 61850-7-2, resp. ČSN EN 61850-7-2 má název Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 7-2: Základní komunikační struktura pro podřízené stanice a napájecí zařízení – Abstraktní rozhraní pro komunikační služby (ACSI). Popisuje dvě rozhraní: první pro komunikaci mezi klientem a vzdáleným serverem a druhé pro rychlé a spolehlivé šíření informací o časově kritických událostech v rámci celého systému rozvodny a pro přenos souborů vzorkovaných hodnot. Dále přichází na řadu IEC 61850-7-3, resp. ČSN EN 61850-7-3 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 7-3: Základní komunikační struktura pro podřízené stanice a napájecí zařízení – Obecné třídy dat. Tato část specifikuje třídy dat pro informace o stavu zařízení, vzorkovaných veličinách, informace spojené s řízením stavu zařízení, informace o analogových žádaných veličinách v regulačních smyčkách a o konfiguraci zařízení. Pro obecné třídy dat definuje tento díl normy obecné typy atributů vázaných na použití v rozvodnách. Normu je možné použít pro popis modelů zařízení a pro popis funkcí pro výměnu informací v rozvodnách a napájecích zařízeních.

Čtvrtý díl sedmé části IEC 61850-7-4, resp. ČSN EN 61850-7-4 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 7-4: Základní komunikační struktura pro podřízené stanice a napájecí zařízení – Třídy kompatibilních logických uzlů a třídy dat stanovuje názvy kompatibilních logických uzlů a názvy dat pro komunikaci mezi programovatelnými elektronickými zařízeními, včetně vztahu mezi logickými uzly a daty.

Sedmá část normy má ještě další dva doplňkové díly: IEC 61850-7-410, resp. ČSN EN 61850-7-410 Komunikační sítě a systémy pro automatizaci v energetických společnostech – Část 7-410: Vodní elektrárny – Komunikace pro sledování a řízení, jenž definuje doplňkové obecné třídy dat, logické uzly a datové objekty speciálně pro vodní elektrárny, a IEC 61850-7-420, resp. ČSN EN 61850-7-420 Komunikační sítě a systémy pro automatizaci v energetických společnostech – Část 7-420: Základní komunikační struktura – Logické uzly pro decentralizované zdroje elektrické energie (tento díl byl do češtiny přeložen zcela nedávno, v únoru 2010), který definuje informační modely pro výměnu informací v sítích s decentralizovanými zdroji elektrické energie a akumulačními stanicemi (agregáty s pístovými motory, palivové články, mikroturbíny, fotovoltaika, kombinovaná výroba tepla a elektrické energie a zařízení pro akumulaci elektrické energie). Tam, kde je to možné, využívá logické uzly stanovené již v IEC 61850-7-4, a tam, kde je to potřebné, definuje další logické uzly.

Osmá část má jediný díl, IEC 61850-8-1, resp. ČSN EN 61850-8-1 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 8-1: Mapování specifických komunikačních služeb (SCSM) – Mapování na MMS (ISO 9506-1 a ISO 9506-2) a na ISO/IEC 8802-3 . Krátce řečeno, tento díl specifikuje metody pro výměnu časově kritických i nekritických dat po místních sítích pomocí mapování na MMS a na ethernetové rámce z ISO/IEC 8802-3 (IEEE 802.3). Protokoly a služby MMS umožňují podporu systémů s centralizovanou i decentralizovanou architekturou. Díl specifikuje výměnu dat v reálném čase, řídicí činnosti a sdělování zpráv.

Také devátá část se zabývá SCSM. Ve své prvním dílu IEC 61850-9-1, resp. ČSN EN 61850-9-1 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 9-1: Mapování specifických komunikačních služeb (SCSM) – Přenos vzorkovaných hodnot po sériovém jednosměrném (neorientovaném) vícebodovém spoji bod-bod definuje mapování specifických komunikačních služeb pro komunikaci na úrovni pole rozvodny – proces pro přístroje podle IEC 60044-8 (ČSN EN 60044-8 Přístrojové transformátory – Část 8: Elektronické transformátory proudu). Norma platí pro elektronické transformátory proudu s digitálním výstupem přes slučovací jednotku, používané v elektronických měřicích přístrojích a zařízeních ochran jako součást automatizovaných systémů rozvodnách. V druhém dílu, IEC 61850-9-2, resp. ČSN EN 61850-9-2 Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 9-2: Mapování specifických komunikačních služeb (SCSM) – Vzorkované hodnoty z ISO/IEC 8802-3 je stanoveno mapování SCSM pro přenos vzorkovaných hodnot v souladu s abstraktní specifikací podle IEC 61850-7-2. Je zde kombinován přímý přístup na sdílená přenosová média s metodou řízení přístupu CSMA/CD (ISO/IEC 8802-3) a mapování podle IEC 61850-8-1.

A nakonec desátá část, IEC 61850-10, resp. ČSN EN 61850-10, má název Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích – Část 10: Zkoušky shody a definuje metody a abstraktní případy zkoušek pro zkoušení shody zařízení používaných v automatizovaných systémech rozvoden.

Navíc jsou tu ještě další tři mezinárodní normy, které mají vztah k souboru norem IEC 61850. První z nich, IEC 62271-3, resp. ČSN EN 62271-3 Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení – Část 3: Digitální rozhraní podle IEC 61850, zajišťuje shodu stávajících spínacích a řídicích zařízení a rozváděčů s normami souboru IEC 61850 a specifikuje zařízení pro digitální komunikaci s dalšími částmi rozvodny (včetně dopadů na zkoušení rozvoden).

Druhá je technická specifikace IEC/TS 62351-1 Power systems management and associated information exchange – Data and communications security – Part 1: Communication network and system security – Introduction to security issues (dosud není přeložena do českého jazyka a nebyla převzata do systému českých norem). Jde o úvodní část série norem, které se budou zabývat zabezpečením dat a komunikace v distribučních energetických sítích a souvisejících komunikačních systémech. Přebírá již vyvinuté standardy zabezpečení podle IEC 60870-5, IEC 60870-6, IEC 61850, IEC 61970 (rozhraní aplikačních programů pro systémy řízení výroby a distribuce elektrické energie) a IEC 61968 (rozhraní systémů v distribučních sítích energetických společností).

Třetí z nich je IEC/TS 62351-6 Power systems management and associated information exchange – Data and communications security – Part 6: Security for IEC 61850 (ani tato technická specifikace zatím není přeložena do češtiny ani zavedena v systému českých norem). Tato technická specifikace definuje zprávy, procedury a algoritmy pro zabezpečení činnosti všech protokolů založených na IEC 61850 nebo z této normy odvozených (vztahuje se na protokoly podle IEC 61850-8-1, IEC 61850-9-2, IEC 61850-6 a další).

Oblast použití
Soubor norem IEC 61850 je určen výhradně pro použití v energetice. Jde o významný soubor norem, s nímž by se měli seznámit všichni, kdo v oblasti řízení elektrizačních soustav podnikají. Výhody implementace tohoto souboru norem v praxi jsou totiž zřejmé, a tak požadavek, aby zařízení a systémy byly s touto normou kompatibilní, je stále častější.

GOOSE a GSSE
Se souborem norem IEC 61850 jsou v literatuře spojeny dvě zkratky, GOOSE a GSSE. Podívejme se, co znamenají.

GOOSE je Generic Object Oriented Substation Events, generická, objektově orientovaná událost rozvodny. Stavová data a hodnoty proměnných jsou tu seskupeny do jednoho datového objektu a přenášeny v daném časovém intervalu. Účelem je nahradit konvenční zařízení pro logické řízení, potřebná pro koordinování vnitřní komunikace po sběrnici rozvodny. Když je detekována událost, zařízení IDE použijí přenos typu multicast, aby o ní informovala zařízení, která jsou registrována pro odběr jejich dat. Na komunikaci jsou kladeny přísné požadavky: od vzniku události do odeslání zprávy nesmí uplynout více než 4 ms.

GSSE je naproti Generic Substation State Events, generická stavová událost rozvodny. Prostřednictvím GSSE se přenášejí pouze stavová data. Využívá se přitom stavový seznam, což je v podstatě řetězec bitů, nikoliv datový objekt. Zprávy GSSE jsou přenášeny prostřednictvím MMS. Ve srovnání s GOOSE trvá jejich zpracování a přenos déle.

Autoři:
Bruno Forgue - ProSoft Technology
Pavel Vladyka - ControlTech

Odkazy & Download:
Domovská stránka Prosoft Technology
Domovská stránka ControlTech
IEC 61850 (wiki)







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGEN170 - Generátor 5 MHz až 170 MHz
Moduly PGEN170, jejichž základem je integrovaný obvod LTC6905, jsou lineárně řízené generátory obdélníkového signálu v rozsahu 5 MHz až 170 MHz.
Skladem od 630 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007