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IEC 61850 - Descripción Protocolo de Subestaciones Eléctricas– Kryon Ingenieria

IEC 61850 Protocolo Subestaciones

IEC 61850

Dentro de los Protocolos de Comunicación abiertos que son utilizados a nivel de control y adquisición de información en Subestaciones Eléctricas, encontramos los siguientes: Protocolo Modbus RTU , Modbus TCP, IEC60870-5-101,  IEC60870-5-103, IEC60870-5-104, DNP3.0  e IEC 61850, este último se ha consagrado como el estandar a nivel de Subestaciones y por ende es sobre el que vamos a tratar.

La norma IEC 61850 se publico en el 2003/2004 bajo el nombre de  “IEC 61850 Redes y Sistemas de Comunicación en Subestaciones” pretendiendo sólo ser la descripción de las comunicaciones entre equipos y sistemas al interior de las subestaciones, pero en estos momentos la norma va  más alla, incluyendo Comunicación entre Procesos, Modelos de Objetos Normalizados y Extensibles, Lenguaje de Extensión Normalizado, Especificación de las Pruebas de Conformidad  etc.

Los tres objetivos principales de la norma son:

  • Que los diferentes equipos IEDs, sean capaces de intercambiar información de una forma segura y confiable.
  • Debera permitir a Fabricantes y Empresas del sector Eléctrico, un grado de libertad para requerimientos específicos.
  • Debera ser capaz, de incorporar los adelantos tecnológicos en las comunicaciones así como también soportar cambios en los requerimientos de los sistemas.

En la figura “IEC 61850 VISTA GENERAL”  de la norma, se puede observar: Aspectos del Sistema (Partes 1 a 5), Configuración (Parte 6), Modelos de Datos y Servicios Abstractos de Comunicación (Partes 7-1 a 7-4),  Mapeos de Comunicación (Partes 8-1,9-1 y 9-2) y Pruebas  de Conformidad (Parte 10).

 IEC 61850 VISTA GENERAL

IEC 61850

En la figura “IEC 61850 LO QUE SE PUEDE LOGRAR CON LA NORMA”, se identifica claramente lo que se puede lograr con la aplicación de la norma, se define la estructura para la Protección y el Control, la comunicación entre dispositivos (IEDs), la representación de los almacenamientos de la fallas en los dispositivos en formato Comtrade, la sincronización de los dispositivos a traves de protocolos de comunicación como NTP (Network Time Protocol), SNTP (Simple Network Time Protocol)  e IEEE 1588 (PTP Precision Time Protocol), se toma como base el estandar Ethernet (IEEE 802.3), a la vez la comunicación se basa en  el estandar TCP-IP,  se estandariza el lenguaje de descripción de la Subestación y se define el Sistema de Configuración.

IEC 61850 LO QUE SE PUEDE LOGRAR CON LA NORMA

circulo En la figura “IEC 61850 GRUPOS”, vemos que  la norma define 13 grupos, los cauales están identificados cada uno por una letra, como ejemplo, el grupo M representa al grupo de Medidas Eléctricas, como Voltajes, Corrientes, Potencias, etc.,  el grupo P representa al grupo de las Protecciones Eléctricas, como Protección de Distancia, Protección de Sobrecorriente, Protección por Sobrefrecuencia etc., y así sucesivamente de acuerdo a cada letra se tendra el grupo de funciones respectivo.

IEC 61850 GRUPOS

Grupos

En la figura “IEC 61850 NODOS” se puede apreciar que  cada grupo está subdividido en nodos lógicos, en total se tienen 92 nodos lógicos. Como ejemplo en el caso del grupo R (Protection Relate Functions), este está subdividido en 10 nodos lógicos; como ejemplo, PDIR que hace referencia a la protección diferencial, PDIS haciendo referencia a la protección de distancia, PTUV que hace referencia a la protección por bajo voltaje y así sucesivamente para cada grupo está definido la caracteriística de cada nodo lógico.

IEC 61850 NODOS

Nodos

En la figura “IEC 61850 CLASES”, vemos que la norma define 355 clases y la cantidad de elementos que contiene cada clase; como ejemplo tomamos la clase de mediciones (Measurands) la cual contiene 66 elementos, tomamos el primer elemento de la clase, el elemento  A, este elemento nos define que la medida que se está tomando es la corriente entre la fase 1 y tierra o la corriente entre la fase 2 y tierra o la corriente entre la la fase 3 y tierra, valores que son medidos en amperios; si se toma el elemento Ang, este nos define que el valor que se está midiendo es el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente de cada una de las fases, o sea el ángulo entre el voltaje y la corriente de la fase 1, o de la fase 2 o de la fase 3, y así sucesivamente para cada clase se tendrán los correspondientes elementos.

 IEC 61850 CLASES

Clases

En la figura “IEC 61850 VISTA GENERAL MODELO DE DATOS”, se puede apreciar como el IEC61850, utiliza el concepto de virtualización en la creación del modelo de datos, modelando la información de equipos reales encontrados en subestaciones, proporcionando una imagen del mundo físico al sistema de automatización de la subestación. Este modelo de datos, tiene una organización gerárquica, que consta de cinco niveles como se aprecia en la figura, como ejemplo se aprecia que el (XCBR) representa a un Interruptor y el (MMXU) representa una medición eléctrica.

  • El nivel 1, que corresponde al Sevidor, es el nivel gerárquico más alto, y representa al dispositivo físico (IED) el cual contiene la información y posee un punto de conexión al mundo exterior a través de la red de comunicaciones.
  • El nivel 2, corresponde al Dispositivo Lógico (Logical Device LD), permite la subdivisión de un dispositivo físico en varias partes distintas, cada una de las cuales recibe el nombre de “Dispositivo Lógico”, esta subdivisión permite la organización de los datos dependiendo de su aplicación o función, lo cual permite identificar y gestionar los datos más fácilmente. El número de dispositivos lógicos no está definido en la norma, los fabricantes son libres de implementar soluciones particulares.
  • El nivel 3, es el Nodo Lógico (Logical Node LN), en el proceso de virtualización, los dispositivos y las funciones de aplicación se descomponen en Nodos Lógicos, y se organizán al interior de los dispositivos lógicos. Los nodos lógicos corresponden a funciones establecidas en los dispositivos físicos. Todos los nodos lógicos normalizados tienen un nombre de 4 caracteres.
  • El nivel 4, es el Objeto de Datos  (Data Object DO), de acuerdo a su funcionalidad, cada nodo lógico contiene un cierto número de datos, en la norma se define que objeto de datos debe de contener cada nodo lógico, y los datos tienen una estructura y sintaxis bien definida.
  • El nivel 5, es el Atributo de Datos (Data Attribute DA), cada objeto de datos contiene atributos específicos, los cuales contienen información detallada del valor del objeto de datos.  Dado que muchos de los objetos tienen siempre los mismos atributos de datos, la norma define las clases comunes de datos (Common Data Classes CDC), una CDC define que atributos se incluyen en un tipo específico de datos.

IEC 61850 VISTA GENERAL MODELO DE DATOS

Logical Device

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