Iec-61850 Y Automatizacion De Subestaciones-siemens

Redes Ethernet en Subestaciones & La Norma Técnica  IEC 61850 & SICAM PAS 

Arthur Pereira Neto  Siemens Mercosur  Fono:  + 55 11 3908­3963  e­mail: [email protected]

Temario  No. 1 with  Energy Automation 

Situación Actual y tendencias para la  digitalización de Subestaciones  IEC 61850 – El nuevo Padrón  El Sistema de Automatización de  Subestaciones SICAM PAS

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 2 

Necesidades y Ventajas de la Digitalización No. 1 with  Energy Automation 

Gabinete Convencional

Sistema Digital con Fibra Óptica

8

5

2

0

Optimización de Proyecto Simplificación de Montaje Puesta en Marcha más rápidas 9

6

3

Supervisión y Monitoreo Confiabilidad Diminuición de los Costos Operacionales Padronización

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 3

Situación actual de los protocolos de communication  en las subestaciones del mundo No. 1 with  Energy Automation 

Hay por vuelta de 50 distintos protocolos de comunicación en las SE‘s del mundo

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 4 

Comunicación actual en la SE (distintos protocolos) 

IEC 61850  EM 

B&B  Gateway 

IEC 61850­8­1, IEC 60870­5­103,  Profibus, Modbus, LON,  DNP3, UCA.2, etc. 

BE UP 

UC 

UC 

UP 

Filter 

No. 1 with  Energy Automation 

I 

BP  TC  TP 

I 

TC  TP 

TC  TP 

IEC 60044­1 (1A/5A)  IEC 60044­2 (100V) 

EM ­  Estación Maestra  PU ­  Unidad de Proteción  UC ­  Unidad de Control  Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

BE ­  Bus de la Estación  BP ­  Bus de Proceso  I ­  Interruptor  Page 5 

Línea SIPROTEC 4  No. 1 with  Energy Automation 

Niveles de Control Control 

Centro de Control - SCADA

Nível de Subestación

Nivel de Paño – IED’s

Pátio Interruptores,

 

TP’s y TC’s, etc.

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 6

Comparación de los Principales Protocolos Padronizados No. 1 with  Energy Automation  IEC 60870-

Profibus

DNP

Modbus

LON

IEC 61850

5-103 Nível 3 (Centro de

-

Sí

-

-

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

No

No

No

No

No

Sí

No

Parcial

No

No

No

Sí

Parcial

Parcial

No

No

No

Sí

Control)

Nível 2 (SE)

Nível 1 (Paño)

Nivel 0 (Pátio)

Suporte de Ingeniería

Padronización

Sí

-

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

(Futuro)

Page 7 

Comparación de los Protocolos Padronización No. 1 with  Energy Automation 

IEC  PROFIBUS  DNP V3.00  60870­5­  FMS  103  Indicación 

ü

ü

ü

Modbus 

ü sin 

UCA2 

IEC 61850 

ü

ü 

ü

ü 

estampa de  tiempo  Comandos 

ü

ü

ü sin 

ü sin 

estampa de  estampa de  tiempo  tiempo  Valores Medidos 

ü

ü

ü

ü

ü

ü 

Sincronización de  Tiempo 

ü

ü

ü 

No 

ü

ü 

Oscilografía 

ü

ü 

No 

No 

ü

ü 

Padronización  Internacional de  Interoperabilidad  Bus  de  Communicación  de Proceso  Modo de  Comunicación 

ü 

No 

No 

No 

No 

ü 

No 

No 

No 

No 

No 

ü 

Maestro/  Esclavo 

Maestro/  Esclavo 

Maestro/  Esclavo 

Maestro/  Esclavo 

Evento  Orientado 

Evento  Orientado 

0.19 

12 

0.12 

0.12 

100 

100 

Velocidad de  Transmisión  [Mbit/s] 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 8 

Tendencias Tecnol ógicas I  No. 1 with  Energy Automation 

Comunicación Ethernet  n

Ethernet actualmente es el padrón de comunicación para redes locales (LAN)

n

Ethernet suporta vários protocolos & servicios

n

Rede Ethernet       LAN

Comunicación Industrial, de energía (SE) y intranet en el mismo medio físico

Ethernet

è IEC 61850

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 9 

Tendencias Tecnol ógicas II  No. 1 with  Energy Automation 

Tecnología Web  n

IT & Comunicación con disponibilidad de información es cada vez más importante.

n

Utilización de Front End Padrónizado

n

Configuración en Browser & herramientas de diagnósticos

è Accesso & suporte remoto n

IHM con base en Web

è Monitoreo de subestaciones

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 10 

Tendencias Tecnol ógicas III  No. 1 with  Energy Automation 

Configuración fácil y eficiente  n

Sin compilación y necesidad de cargar los SW en un Sistema Runtime Separado

n

Cambios Online sin necesidad de reiniciar todo el sistema

n

Herramientas para teste & diagnósticos

è Herramientas

Integrados, Simulación de IED’s….

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 11 

Tendencias Tecnol ógicas IV  No. 1 with  Energy Automation 

Integración de varias funciones en IED’s Tendencia de aumento de la integración

è soluciones de costo & espacio optimizados Funciones de protección y control en un IED de bay:

è check sincronismo, reconexión, etc.

52BF

21 79

52BF

79

52BF

21 79

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

21 79

52BF

52BF

21 79

79

52BF

Page 12 

Tendencias Tecnol ógicas V  No. 1 with  Energy Automation 

Inteligencia Distribuida n  Sin filtros y clásicas arquitecturas maestro / esclavo n  La Inteligencia se mueve más cerca del proceso devido  funcionalidades distribuidas de los dispositivos IED’s. 

SCADA

Network TCP/IP IHM

SCADA Browser

SCADA / WAN

EM

IHM

Unidad Maestra Ethernet IEC 61850

Esclavo

Esclavo

e.g. I/O Unit

e.g. I/O Unit

BU 

PU 

BU 

PU 

Comunicación independiente

Process 

Arquitectura Maestro / Esclavo

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Arquitectura Cliente / Servidor con intelligencia Distribuida

Page 13 

Requerimientos de los Clientes  No. 1 with  Energy Automation 

n

Reducir tiempo y costos

n Rápido Retorno

de inversión (bajo costos operacionales)

n Rápida ejecución de

n

nuevos proyectos

Fácil Manejo del Sistema

n Operación n Ingeniera

y Mantenimiento

simplificada (fácil utilización de las herramientas

del sistema)

n

Fácil Expansión del Sistema

n Independencia n Padronización

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

de los proveedores

- Una solución y no várias

Page 14 

Temario  No. 1 with  Energy Automation 

Situación Actual y tendencias para la  digitalización de Subestaciones  IEC 61850 – El nuevo Padrón  El Sistema de Automatización de  Subestaciones SICAM PAS

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 15 

IEC 61850 – La dirección de padrón internacional de  comunicación padronizada para Subestaciones No. 1 with  Energy Automation 

I E C  6 1 8 5 0 

Los mayores proveedores de tecnología  de automatización de SE son  miembros activos del Grupo IEC 61850. 

Modelo UCA ™  2  (E.U.A.) 

La meta  internacional 

Solamente el IEC 61850 es capaz de  suministrar una completa solución de  comunicación para SE. 

Una Solución  Tecnología  y Padrón 

El comité americano reafirmó su suporte  al IEC 61850 como la solución  padronizada para automatización de SE. 

IEC 61850 

SIEMENS trabaja en el Grupo IEC 61850  con 6 miembros activos y varios  proyectos pilotos. 

IEC 60870­5  IEC 60870­6  Experiencia 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 16 

Areas de Aplicación de IEC 61850  No. 1 with  Energy Automation 

Centro de Control Harmonizado con CIM (IEC 61970)

Nivel de SE (Nivel 2)

Base Ethernet

Ingeniería

Comunicacíon entre IED‘s (Nivel 1)

Conexión de Proceso (Nível 0)

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 17 

¿Conquistas del IEC 61850?  No. 1 with  Energy Automation 

Estructura definida para protección y Sistema de

control

Configuración

Comunicación interpaño (Nivel 1)

Lenguage (Protocolo

IEC 61850

Padronizado)

Trafego de informaciones de Oscilogracia (Comtrade)

Comunicación Sincronización

Padrón con TCP - IP

de tiempo Baseado en

en SNTP

Plataforma Ethernet

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 18 

IEC 61850: Interoperabilidad  No. 1 with  Energy Automation 

Interoperabilidad es la capacidad de dos o más IEDs del mismo  fabricante o de proveedores distintos de trocar informaciones y  utilizar esa información para la correcta operación y condenación.

Que es necesario para la interoperabilidad  Padronización Común: • Lenguaje (modelo do datos)

§

Servicios (modelo de servicios)

§

Protocolos

§

Medios de Comunicación

§

Ingeniería de cambio de datos

§

Teste de Conformidad

IEC 61850 define esas necesidades

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 19 

Benef ícios de la Padronizaci ón en IEC 61850 No. 1 with  Energy Automation 

Interoperabilidad – Fácil Expansión

Cambio de datos independiente del fabricante Plataforma Ethernet Un protocolo para todas las necessidades

Redución do tiempo de ingeniería

100 MBIT/s Ethernet

Lenguaje de configuración baseada en XML Intercambio de datos independiente del fabricante XML importar / exportar evita errores de entrada

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 20 

La idea del IEC 61850: Separación No. 1 with  Energy Automation 

Separación de:

IEC 61850:

Aplicación (e.g. Protección)

Modelo de Datos Modelo de Datos

Servicio (e.g. Control, Reportes)

Servicios, Regras Servicios, Regras

Comunicación (e.g. MMS/TCP/IP/Ethernet)

Mapping Mapping

• Los datos permanecen iguales solamente la comunicación se cambia

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 21 

La idea por tras del IEC 61850: Nodo Lógico No. 1 with  Energy Automation 

Concepto del Nodo Lógico

Configuración de Datos Entrada de

Salida de

Datos

Datos

Funciones Básicas (ejemplo. función de protección)

• Las funciones permanecen exclusivas de cada fabricante

• El intercambio de datos se torna padronizado

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 22 

Arquitectura Cliente Servidor No. 1 with  Energy Automation 

• Cliente con conexión a vários servidores • Servidor se conecta a vários clientes simultaneamente

KEMA UNICA Analyser

100 Mbit/s Ethernet

 

OMICRON SIEMENS

GOOSE messages Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 23 

IEC 61850 Princípio GOOSE –  Generic Oriented Object Substation Event  §Comunicación interpaño directamente entre los IED’s del nivel 1. §Un IED (X) envía un mensaje direcionado a otro IED (Z) y solamente ese IED (Z) deverá responder.

Ejemplo:

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

amargelet

GOOSE  IED X  Envía  el mensaje 

Ethernet

§La reación de cada IED depende de su configuración y funcionalidad.

GOOSE

No. 1 with  Energy Automation 

GOOSE  IED Y  No recíbe  el mensaje 

GOOSE  IED Z  Recíbe  el mensaje 

Page 24 

IEC61850­GOOSE No. 1 with  Energy Automation 

GOOSE – Telegramas Diretos Ethernet-Switch

Línea Ultrapasada por el IEC GOOSE

Rápido

GOOSE 

Telegrama normal  Buffer de un telegrama normal

El IEC 61850 utiliza las ventajas de  una red Ethernet de 100 Mbit

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 25 

www.61850.com No. 1 with  Energy Automation 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 26 

Temario  No. 1 with  Energy Automation 

Situación Actual y tendencias para la  digitalización de Subestaciones  IEC 61850 – El nuevo Padrón  El Sistema de Automatización de  Subestaciones SICAM PAS

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 27 

SICAM PAS – Sistema modular:  Hardware ­ Arquitectura: SICAM PAS Station Unit No. 1 with  Energy Automation 

SICAM PAS Station Unit

ü

Sin ventilación forzada

è sin partes

muebles

ü

Disco duro fijo => Silicon flash disk

ü ü ü ü

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Operación segura (>25 años MTBF) Plataforma Windows XP Watchdog, supervisión de temperatura 10 años de disponibilidad de repuestos

Page 28 

SICAM PAS – Sistema modular:  Hardware – Arquitectura Simplificada No. 1 with  Energy Automation 

Para pequeñas aplicaciones Hasta 10-15 IED’s SICAM PAS y SICAM PAS CC juntos en el mismo Hardware (Station Unit) PC industrial

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 29

SICAM PAS – Sistema modular:  Hardware ­ Arquitectura Expandida  No. 1 with  Energy Automation 

Corporate  Network TCP/IP

SICAM PAS CC

Control Center

IEC T101 

IEC T104 

“Full Server” 

Station Bus  Ethernet IEC61850 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 30 

SICAM PAS – Sistema modular:  Hardware: Expansión del Sistema con distintos protocolos  No. 1 with  Energy Automation 

Corporate  Network TCP/IP

SICAM PAS CC 

Control Center

IEC T101 

IEC T104 

“Full Server” 

Station Bus  Ethernet IEC61850 

IEC 103 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

DNP 3.0

Page 31 

SICAM PAS – Sistema modular:  Hardware: Sistema con Redundancia ­ Flexibilidad  No. 1 with  Energy Automation 

Corporate  Network TCP/IP 

Control Center  Control Center  IEC T101 

IEC T104  SCALANCE S  Security­module  Router

Serial Hub 103 over Ethernet

IEC 61850 (Ethernet)  Protecció  Control  Protecci ó n ­  n ­ Control 

IEC 60870­  5­  ­103  103  IEC 60870 ­5 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 32 

SICAM PAS – Sistema modular:  Función Central: Sincronización de Tiempo No. 1 with  Energy Automation 

Utilizando una tarjeta de sincronización horaria (Station Unit)  SICAM  PAS CC  Antenna Ethernet (TCP/IP)

Station Unit

Time-

Time Master

Modul

/-server

Hopf

IEC 61850 T103

T101 Profibus FMS

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 33 

SICAM PAS – Sistema modular:  Función Central: Sincronización de Tiempo  No. 1 with  Energy Automation 

SNTP­Server (Simple Network Time Protocol) 

Sincronización de todos los equipos conectados (SNTP­Clientes) 

Antenna

Station Unit

Master clock

(Time-) SNTP

Time Master

-Client

/-server

SNTP-Server Simple Network Time Protocol IEC 61850 T103

Ethernet (TCP/IP)

T101 Profibus FMS

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 34 

SICAM PAS: Sistema Modular  Función Central : Utilización de Oscilografía No. 1 with  Energy Automation  SICAM Recpro Collector

SICAM Recpro Explorer y

Transmisión automática de los

Comtrade

archivos de oscilografía las station units

Viewer

hasta el nivel superior

SICAM Recpro PC

Ethernet TCP/IP

DIP

Full Server

Full Server

IEC 61850 IEC 60870 Profibus FMS

-5-103

=

comunicación de los archivos de oscilografía

=

Los archivos de falla conectados al nivel superior

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 35

SICAM PAS  Highlights No. 1 with  Energy Automation 

Comunicación con Centros de Control Corporate  Network TCP/IP

SCADA

IEC 60870-5-101 IEC 60870-5-104 (Ethernet TCP/IP)

SCADA / WAN

Station Unit

DNP V3.00

Conexión con IEDs y RTUs IEC 61850 Station Unit

IEC 60870-5-103, MODBUS, DNP V3.00 IEC 60870-5-101 (incl. dial-up traffic) Profibus FMS, Profibus DP

BU 

PU 

BU 

BU

SINAUT LSA protocol

Transmisión de Datos Station Unit

con servidor OPC y Cliente

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 36 

SICAM PAS  Highlights No. 1 with  Energy Automation 

Supervisión y monitoreo

Adquisión y transmisión de datos en tiempo real estampa de tiempo con 1 ms resolución

Funciones completas de automatización Enclavamientos, lógicas programadas, (CFC), etc.

Posibilidad de Redundancia en todos los niveles

Fácil expansión

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 37 

IEC 61850: Solución con la línea SIPROTEC 4  No. 1 with  Energy Automation 

•  Profibus DP  •  Profibus FMS 

•  IEC 60870­5­103 +  VDEW Extension 

• IEC  61850 •  Modbus  •  DNP 3.0 

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 38 

SICAM PAS – IEC 61850  Performance  No. 1 with  Energy Automation 

Results con PAS y 72 IED’s  Monitoreo è SICAM PAS CC  n n

Transmisión de telegrama Transmisión del valor medido

< 200msec < 200msec

Direcci ón de Control ç SICAM PAS CC  n n

Tiempo de salida Tiempo de feedback

< 100msec < 200msec

Oscilografía  n

30 eventos de falla transferidos y arquivados

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

< 1sec

Page 39 

The Solution: IEC 61850  IEC 61850

Muchas Gracias!

No. 1 with  Energy Automation 

Una Tecnología

 

Un Padrón

Energy Automation ­ Santiago Jun ‘06 

Page 40