:: AXON GROUP - CAPACITACIÓN ::

61850 PROYECTADO A LA EFICIENCIA

IEC-61850 es el estandar más importante actualmente y muy probablemente por muchos años.


Define el modelado de los datos desde el IED hasta la subestacion, optimiza las comunicaciones para una transferencia eficiente y fiable de los datos y comandos de procesos entre y dentro de los IED y de la subestación sobre redes de comunicación de alta velocidad.

 

INTRODUCCIÓN

 

La norma IEC61850 brinda soluciones a las necesidades de las últimas tecnologías de automatización y protección de sistemas de potencia eléctrica permitiendo hacer la integración en una sola red y protocolo, dando soporte a los distintos niveles del sistema (proceso, bahía y estación). Todo este enfoque de estandarización va enfocado a la integración de equipos de diferentes fabricantes, minimizando la necesidad de utilizar conversores de protocolo y reduciendo los tiempos de ingeniería.


Esta ha sido concebida para ser perdurable y esto se logra no basándose en un protocolo específicamente, para ello la norma se refiere al modelado de diferentes componentes de la subestación y la forma en que pueden ser mapeados a un protocolo específico.


El modelo de información comprende nodos lógicos, información, y atributos de la información. Los nodos lógicos y la información, contenida en los nodos lógicos, son los conceptos fundamentales que se utilizan para describir los sistemas reales y sus funciones. La información interactúa con  su entorno a través de servicios, tales como “control”, “sustitución”, “get y set” y “reporte”. Los servicios pueden ser interpretados como que transportan la información definida por PICOMs (Pieces of Communication).


Los nombres de los nodos lógicos y los nombres de la información definen el significado estandarizado o la semántica de los dispositivos de la subestación. IEC 61850-7-4 define una lista de alrededor de 90 nodos lógicos, como por ejemplo “XCBR”, para designar el interruptor; “PDIS”, para designar la protección de distancia, MMXU, para designar mediciones operativas, etc.

 

Este modelo de información también es utilizado como base para el Lenguaje de Configuración de Subestación (Substation Configuration Language, SCL - IEC 61850-6). La configuración de la subestación describe que información opcional es utilizada en un dispositivo específico, cuales son los nombres de las instancias de todos los nodos lógicos, que vínculos de comunicaciones existen, cual es la relación de los IEDs con el diagrama unifilar, y toda la información necesaria para la ingeniería del sistema.


La arquitectura del IEC-61850 es un paso importante hacia delante comparado con los enfoques de integración previos basados en estándares como el IEC60870. Desde que se hizo estándar internacional (2005) ha ido ganando la aceptación de las empresas eléctricas hasta los consumidores industriales de electricidad.
La norma al establecer una comunicación a nivel de proceso y campo, permite un mayor control del sistema y una disminución considerable en el cableado eléctrico, enviando la información requerida en los IEDs por comunicaciones. La implementación  debe  ser  cuidadosa,  debido a  que  se  tienen  que  seguir  conservando  las prestaciones  operativas  convencionales  de los  sistemas  eléctricos  clásicos  como  lo  es tiempos de operación, seguridad, redundancia y  confiabilidad. 


Una  de  las  características del  protocolo  IEC  61850  que  sirve  de  apoyo para cumplir con estas condiciones, es que ha sido  diseñado  para  permitir  actualizaciones tecnológicas en el área de las comunicaciones, debido a que está basado en TCP/IP e Ethernet.


Toda la integración de los diferentes dispositivos electrónicos, Gateways y demás se realiza en una arquitectura común mediante una plataforma de comunicaciones ampliamente conocida y probada: la tecnología Ethernet (capas 1 y 2 del modelo Osi). Esta tecnología permite la interconexión de diferentes dispositivos heterogéneos en funciones y fabricantes en una red común, debido que IEC61850 no define ninguna topología de red se debe aplicar un diseño robusto ante fallas y ataques informáticos para garantizar el correcto funcionamiento del sistema y poder aprovechar los beneficios que nos ofrece 61850.


Y el éxito de dicho protocolo se debe a las grandes ventajas que brinda como la integración de sistemas y la ingeniería. A continuación se hará mención de las principales ventajas que ofrece dicho protocolo así como sus desventajas y la forma en que las soluciona.

 

Características básicas del IEC-61850

 

La continua integración funcional de las funciones de protección, control y monitoreo junto con la creciente presión para reducir costos en los proyectos de subestaciones ha conducido a una nueva generación de herramientas de ingeniería.


El IEC 61850 estandariza tres elementos pertenecientes a la Ingeniería en Comunicaciones:

 

  • Los nombres y movimientos de datos operacionales:

    Monitoreo, comandos, interface de operador (cliente / servidor, host / DEI).

  • Los nombre y movimientos de datos en tiempo real Protección, interbloqueos, automatización, valores de muestras (peer to peer, DEI / DEI, bus de campo).
  • Los nombres y movimientos de información de configuración de ajustes de comunicaciones (atributos del SCL).

 

Objetivos

 

Las  experiencias  de  la  industria  han  demostrado  la  necesidad  y  la  oportunidad  para  el desarrollo  de  protocolos  de  comunicación  estandarizados, lo  que apoyaría la  interoperabilidad de los IED (Intelligent Electronic Divice), de diferentes fabricantes. La interoperabilidad en este caso es la capacidad de que equipos de diferentes fabricantes puedan operar en la misma red o vía de comunicación para compartir información y comandos.


El  objetivo  de  la  creación  de  un  estándar  de comunicaciones  se  puede  expresar  en  los  siguientes puntos:

 

 

Asegurar la interoperabilidad entre varios IED.

 

  • IED de diferentes fabricantes pueden intercambiar y usar información sobre medios de comunicación comunes.

  • La ingeniería y configuración de datos es transportable entre herramientas de fabricantes.

 

Independencia de proveedores

 

  • Los IED al contar con la interoperabilidad, no le es necesario el realizar los proyectos con un solo fabricante.

 

Descripción abierta de IED.

 

  • Reduce la ingeniería y la configuración.
  • Las capacidades de los IED son descritas en forma estándar.
  • Funciones, soluciones, y datos propietarios son aún permitidos y están disponibles.

 

Comunicación junto a los equipos de potencia - Bus de proceso.

 

  • IED de diferentes fabricantes pueden intercambiar y usar información sobre medios de comunicación comunes.

  • La ingeniería y configuración de datos es transportable entre herramientas de fabricantes.

 

Asegurar la interoperabilidad entre varios IED.

 

  • Adquisición de datos, y control, deben ser incluidas directamente en los equipos primarios.

 

Libre configuración.

 

  • Libre asignación de funciones en sistemas de configuraciones centralizadas o descentralizadas.

 

Reducción del cableado eléctrico convencional.

 

  • Redes LAN en lugar de múltiples cables de cobre.

 

A prueba de futuros desarrollos tecnológicos.

 

  • Los servicios y las inversiones serán duraderas a pesar de los rápidos cambios tecnológicos.
  • El estándar está diseñado para seguir tanto el progreso en las tecnologías de comunicación, como los requerimientos que envuelven a estos sistemas.

 

La intercambiabilidad no es un objetivo de esta norma,  aunque  en  aplicaciones  sencillas  se pueda  realizar  la  intercambiabilidad  de  equipos, no está estandarizada en la IEC 61850.

 

ESTRUCTURA Y ESTADO DE LA NORMA

 

Inicialmente  el  estándar  IEC  61850  como  fue concebido, era para la automatización de subestaciones y la telecomunicación entre sus dispositivos,  en  los  diferentes  niveles  de  control, siempre enfocado para la comunicación interna de la subestación; cuenta con 14 partes principales, provenientes de 10 capítulos. Estos 10 capítulos son los siguientes:

 

  • IEC 61850-1: Introducción y vista general.

  • IEC 61850-2: Glosario.
  • IEC 61850-3: Requerimientos generales.

  • IEC 61850-4: Sistema y administración del proyecto.

  • IEC  61850-5:  Requerimientos  de  comunicación  para  las  funciones  y  modelado  de equipos.

  • IEC  61850-6: Lenguaje  de  descripción  de la configuración para sistemas de automatización.
  • IEC 61850-7: Estructura básica de comunicación para la subestación y alimentadores.

  • IEC  61850-8: Servicios  de  comunicación específicos de mapeo (SCSM)- MMS.

  • IEC  61850-9: Servicios  de  comunicación específicos de mapeo (SCSM)- SV.

  • IEC 61850-10: Pruebas de conformidad.

 

El alcance de cada documento, se describe brevemente en lo que sigue:

 

 

- IEC 61850-1 - Introduction and overview:

 

Este reporte técnico es aplicable a Sistemas de Automatización de Subestaciones – Substation Automation Systems (SAS).Define la comunicación entre Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs) en la subestación y los requerimientos relacionados del sistema. Esta parte brinda una introducción y una visión general de la serie IEC 61850.

 

- IEC 61850-2 - Glossary:

 

Este documento contiene el glosario de la terminología específica y definiciones utilizadas en el contexto de SAS en las diferentes partes del estándar.

 

- IEC 61850-3 - General requirements:

 

Las especificaciones de esta parte pertenecen a los requerimientos generales de la red de comunicaciones con énfasis en los requerimientos de calidad. Trata además las pautas para condiciones ambientales y servicios auxiliares, con recomendaciones basados en la relevancia de requerimientos específicos de otros estándares y especificaciones.

 

- IEC 61850-4 - System and project management:

 

Las especificaciones de esta parte se refieren a la gestión del sistema y del proyecto con respecto al proceso de ingeniería y sus herramientas de soporte; al ciclo de vida del sistema global y sus IEDs; al aseguramiento de la calidad comenzando con la etapa de desarrollo y finalizando con la discontinuación y fuera de servicio del equipamiento del SAS y sus IEDs. Se describen los requerimientos del sistema y el proceso de gestión del proyecto y herramientas especiales de soporte para ingeniería y ensayo.

 

- IEC 61850-5 - Communication requirements for functions and device models:

 

Las especificaciones de esta parte se refieren a los requerimientos de comunicaciones de las funciones realizadas en el SAS y en los modelos de dispositivos. Se identifican todas las funciones conocidas y sus requerimientos de comunicaciones. La descripción de las funciones no se utiliza para estandarizar las funciones, sino para identificar los requerimientos de comunicaciones entre servicios técnicos y la subestación y requerimientos de comunicaciones entre IEDs en la subestación. El objetivo básico es la interoperabilidad para todas las interacciones.

 

- IEC 61850-6 - Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs:

 

Esta parte de la serie IEC 61850 especifica un formato de archivo para describir configuraciones vinculadas con comunicaciones con IEDs y parámetros de IEDs, configuraciones de sistemas de comunicaciones, estructuras de playas o patios, y las relaciones entre ellas. El principal propósito de este formato es intercambiar descripciones de capacidad de IEDs, y descripciones de SAS entre herramientas de ingeniería de IED y herramientas de ingeniería de sistemas de diferentes fabricantes en forma compatible. El lenguaje definido se denomina Lenguaje de descripción de Configuración de Subestación Substation Configuration description Language (SCL). El IED y el modelo del sistema de comunicaciones en SCL está de acuerdo con IEC 61850-5 e IEC 61850-7-x. Las extensiones específicas SCSM o reglas de utilización pueden ser requeridas en partes apropiadas. El lenguaje de configuración se basa en el Extensible Markup Language (XML) versión 1.0.

 

- IEC 61850-7-1 - Basic communication structure for substation and feeder equipment – Principles and models:

 

Este documento de la serie IEC 61850 introduce los métodos de modelado, los principios de comunicaciones, y los modelos de información que son utilizados en las partes de IEC 61850-7-x. El propósito de este documento es proveer, desde un punto de vista conceptual, asistencia para entender los conceptos básicos de modelado y métodos de descripción para modelos específicos de información de subestación para sistemas de automatización de subestación, funciones de dispositivos utilizadas para propósitos de automatización de subestaciones, y sistemas de comunicaciones para proveer interoperabilidad.

 

- IEC 61850-7-2 - Basic communication structure for substation and feeder equipment – Abstract communication service interface (ACSI):

 

Define el ASCI (Abstract Communication Service Interface) en términos de un modelo de clase jerárquico de toda la información que puede ser accedida a través de una red de comunicaciones y los servicios que operan sobre estas clases de parámetros asociados con cada servicio.

 

- IEC 61850-7-3 - Basic communication structure for substation and feeder equipment – Common data classes:

 

Esta parte de la norma IEC 61850 especifica tipos de atributos comunes y clases de datos comunes relacionadas con aplicaciones en subestaciones.

 

- IEC 61850-7-4 - Basic communication structure for substation and feeder equipment – Compatible logical node classes and data classes:

 

Esta parte de la IEC 61850 especifica la información del modelo de dispositivo y funciones relacionadas a las aplicaciones de una subestación. En particular, especifica los nombres de nodos lógicos compatibles y los nombres de los datos para la comunicación entre IEDs. Esto incluye la relación entre nodos lógicos y datos. Para alcanzar interoperabilidad, todos los modelos de datos necesitan una buena definición en cuanto a semántica y sintaxis. La semántica de los datos es provista por nombres asignados a nodos lógicos y a los datos que ellos contienen, como fueron definidos en esta parte del documento. Las definiciones de nombres de datos y nombres de nodos lógicos compatibles encontrados en esta parte y la semántica asociada son fijos. La sintaxis de las definiciones de tipo de todas las clases de datos son definiciones abstractas provistas por IEC 61850-7-2 e IEC 61850-7-3.

 

- IEC 61850-8-1 - Specific communication service mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO/IEC 9506-1 and ISO/IEC 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3:

 

El mapeo permite el intercambio de datos sobre Redes Locales ISO/IEC 8802-3, entre los diversos tipos de equipamiento de una subestación. Algunos de los protocolos utilizados en este documento son de ruteo, por lo que las comunicaciones no están restringidas a la red de área local. El intercambio de datos permite el monitoreo en tiempo real de datos de control, incluyendo valores medidos, etc. También especifica un método para el intercambio de datos críticos y no críticos en tiempo a través de la red de área local relacionando las tramas ACSI a MMS e ISO/IEC 8802-3. Los servicios y protocolos MMS son especificados para operar sobre los modelos de comunicaciones OSI y TCP completos. También provee soporte para arquitecturas centralizadas y distribuidas.

 

distribuidas. - IEC 61850-9-1 - Specific communication service mapping (SCSM) – Sampled values over serial unidirectional multidrop point to point link:

 

Esta parte se aplica a transformadores de medida de tensión y corriente (ECT y EVT) con salida digital vía una unidad concentradora (merging unit), para su utilización con instrumentos electrónicos de medida y de protecciones. Para salidas digitales el estándar considera conexiones punto a punto desde la unidad concentradora a los instrumentos electrónicos de medida. Esto permite interoperabilidad entre dispositivos de distintos fabricantes.

 

- IEC 61850-9-2 - Specific communication service mapping (SCSM) – Sampled values over ISO/IEC 8802-3 2:

 

Define el SCSM para valores muestreados sobre ISO/IEC 8802-3. La intención de esta definición es reforzar la IEC 61850-9-1 para incluir el mapeo completo del modelo de valores muestreados. Se aplica a transformadores de corriente y tensión electrónicos (ECT y EVT con salida digital), unidad concentradora, y dispositivos electrónicos inteligentes como por ejemplo: unidades de protección, controladores de bahía y medidores.


El enfoque de este estándar ha cambiado desde su nombre, ya no enfocado a subestaciones, sino a sistemas de potencia, dando la oportunidad de contar con los beneficios de la estandarización,  a  las  diferentes  áreas  de  la  industria eléctrica. Por lo tanto lo han tomado como un eslabón importante para la formación de la red inteligente, su cubrimiento al sistema eléctrico debe  cubrir  todas  las  áreas  de  comunicación, en donde exista el manejo de potencia eléctrica.
Todas  estas  nuevas  extensiones  de  la  norma son  basadas  y  respaldadas  por  los  conceptos de las 14 partes principales.

 

MODELADO DE DATOS

 

IEC 61850 define dentro de su fundamento la existencia  de  tres  niveles  de  operación  en  un sistema eléctrico (inicialmente subestaciones y extendido a centrales de generación hídricas en su edición 2) (Fig. 1).

 

Figura  1 Modelo de interfaz

 

 

A partir de la funciones de monitoreo, control y protección que se llevan en los tres niveles se crean objetos o modelos de información, que interactúan entre ellos por medio de servicios de  comunicación para después ser representados (mapeados) en un protocolo especifico.  Los  datos  son agrupados  por  restricciones  funcionales  (RF) organizados  dentro  de  nodos  lógicos  (LN)  en dispositivos  lógicos  (LD)  ubicados  en  equipos físicos. En la Fig. 2 se presenta la organización de datos que plantea la norma.

 

Figura  2 Modelo de información

 

La representación de la estructura de un dato en IEC61850 se muestra a continuación en la fig. 3

 

Figura  3 Estructura general de un dato

 

Puntos de acceso:

 

Son los puntos de conexión lógicos para la comunicación. Estos serán un puerto serie, una  conexión Ethernet, o bien una dirección  cliente servidor dependiendo del  stack  utilizado.  Cada  uno  de  los  puntos  de  acceso  de  un  IED  a  un  bus  de comunicaciones   se  define  de  forma  única.  Cada  servidor  tiene  un  único  punto lógico de acceso.

 

En el estándar se define un total de 92 logical nodes, divididos en 6 grupos principales:

 

Equipos lógicos (Logical devices LD):

 

Son grupos de nodos lógicos (LN) para una misma función (protección, control, grabación  de  las  variaciones).  Es  condición  indispensable  que  estos  equipos lógicos se encuentren en el mismo equipo físico.

 

Nodos lógicos (Logical nodes LN):

 

Son los pilares fundamentales de las funciones. Se  trata de la parte más pequeña de  una  función  que  intercambia  datos.  Los  nodos  lógicos  es  un  objeto  que  se define por una serie de datos y métodos.

 

Datos (data objects DO):

 

Corresponde  a  las  distintas  partes  de  los  nodos  lógicos,  las  cuales  representan información  más  específica,  como  por  ejemplo  el  estado  o  medida  de  un elemento. Los nodos lógicos y datos que forman parte de un equipo lógico son cruciales para la descripción e intercambio de información para conseguir interoperabilidad en los sistemas de automatización de subestaciones. Tanto  los  equipos  lógicos  como  los  nodos  lógicos  y  los  datos  tienen  que configurarse.  La  principal  razón  por  la  cual  deben  de  configurarse  éstos conceptos, es seleccionar apropiadamente los nodos  lógicos y datos y asignar el valor específico, por ejemplo el valor inicial del proceso de datos.

 

Funciones y nodos lógicos:

 

El objetivo del estándar es especificar los requisitos y proporcionar un marco de trabajo para conseguir interoperabilidad entre IEDs de distintos fabricantes.


La asignación de funciones a los equipos (IEDs) y niveles de control no es fija. Normalmente  depende  de  requisitos  disponibilidad,  funcionamiento,  restricción de costes, etc. Por lo tanto, el estándar debe soportar cualquier tipo de asignación de funciones. Para  permitir  una  libre  asignación  de  funciones,  la interoperabilidad  debe  estar proporcionada  entre  funciones,  las  cuales  residen  en  equipos  de  distintos proveedores.  Las  funciones  se  dividen  en  pequeñas  partes,  que  se  localizan  en distintos equipos físicos pero de forma que se mantenga la comunicación de unas con otras. Estas partes que forman una función se denominan nodos lógicos (LN).


Las funciones (funciones de aplicación) de los SAS  son control y supervisión, al igual  que  protección  y  supervisión  de  los  equipos  primarios.  Otras  funciones (funciones  del  sistema)  están  relacionadas  con  el  sistema  propiamente  dicho, como por ejemplo la supervisión de la comunicación.

 

Nodos lógicos

 

El  principal  objetivo  del  estándar  IEC  61850  es  proporcionar  interoperabilidad entre los equipos IEDs de distintos fabricantes, de forma más precisa, entre las funciones que tienen lugar en la subestación  y  residen en los equipos físicos de distintos fabricantes.


La  información,  dentro  del  entorno  de  subestaciones,  se  intercambia  entre  los equipos que forman los sistemas de automatización de subestaciones, es decir los datos fluyen entre las funciones y sub-funciones de estos equipos. En el nuevo estándar lo que se propone es representar todas las funciones y equipos utilizados en  el  sistema,  por  medio  de  nodos  lógicos  (LN, Logical  Nodes).  De  esta  forma toda la información de las subestaciones se estructura en unidades atómicas, los LNs.  Además  también  existe  la  posibilidad  de  poder  incorporar  nuevos  nodos lógicos en el futuro, siempre y cuando siga las reglas definidas en el estándar. Para  alcanzar  los  requisitos  principales  de  asignación  y  distribución  libre  de funciones,  todas  las  funciones  deben  de  descomponerse  en  nodos  lógicos.  Para poder intercambiar datos entre los distintos nodos, la norma define las conexiones entre nodos a través de conectores lógicos (LC, Logical Connections).

 

En la figura se muestra los enlaces entre los nodos lógicos. Cada LN se asigna a una  función  y  a  un  equipo  (PD,  Physical  Device),   pudiendo  existir  varias funciones  dentro  de  un  mismo  equipo.  Los  equipos  se conectan  a  través  de conexiones físicas (PC,Physical Connections),  de forma que un nodo lógico  es parte de un equipo físico, y una conexión lógica es parte de una conexión

 

Figura  4 Enlaces entre nodos Logicos

 

En  el  estándar  se  define  un  total  de  92  logical  nodes, divididos  en  6  grupos principales:

 

  • Nodos lógicos para las funciones de protección.

  • Nodos lógicos para el control.
  • Equipos físicos.
  • Seguridad del sistema y de los equipos.
  • Nodos lógicos relacionados con los equipos primarios.
  • Nodos lógicos relacionados con los servicios del sistema.

 

Tabla 1 Grupos de lógicos

 

Indicador

Grupo de Nodos Lógicos

Funciones

Cant.

L

Nodos Lógicos del Sistema

3

P

Funciones de Protección

PTOC, PIOC, PDIS, PDIF, etc

28

R

Funciones  relacionadas  con Protecciones

RREC, RSYN, etc

10

C

Control Supervisado

CSWI,CILO,CALH,CPOW

5

G

Funciones Genéricas

GGIO,GAPC,GSAL

3

I

Interface y Archivo

IHMI,ITCI,IARC, ITMI

4

A

Control Automático

ATCC,ANCR,ARCO, AVCO

4

M

Medidores y Medidas

MMXU,MMTR,MHAI,MSQI

8

S

Sensores y Monitorización

SIMG,SARC,SPDC

4

X

Reconectadores y seccionadores

XCBR, XSWI

2

T

Transformadores de Medida

TCTR, TVTR

2

Y

Transformadores de Potencia

YPTR,YLTC,YEFN,YPSH

4

Z

Otros Equipos

ZBAT,ZGEN,ZMOT, etc

15

 

Todos  los  nombres  de  los  nodos  lógicos  empiezan  con la  letra  indicadora  del grupo al que pertenecen.

 

 

Descomposición de funciones en LNS

 

A  continuación  se  muestra  un  ejemplo  de  descomposición  en  distintos  nodos lógicos de las siguientes funciones:

 

  • Protección de distancia.
  • Protección de sobrecorriente.
  • Conmutación sincronizada de interruptor.

 

Figura  5 Descomposición de funciones lógicas en nodos lógicos

 

Estas funciones se descomponen en los nodos lógicos. Estos  nodos  lógicos  a  su  vez  forman  parte  de  una  serie  de  equipos  físicos,  los cuales se representan en la figura con números que indican:


1)  IHM de estación.
2)  Equipo de conmutación sincronizado.
3)  Unidad  de  protección   de  distancia,  con  la  función  de  sobrecorriente integrada.
4)  Unidad de control de bahía.
5)  Transformador de corriente.
6)  Transformador de tensión.
7)  Transformador de tensión.

 

Las funciones de distancia, sobrecorriente y conmutación se dividen en distintas nodos  lógicos.  Los  nodos lógicos no  son  excluyentes,  sino  que  un  mismo  nodo lógico puede formar parte de dos o más funciones diferentes, por ejemplo HMI, están  presentes  en  las  tres  funciones,  mientras  que el  nodo  lógico   de transformador  de  corriente  solamente  en  la  protección  de  distancia  y sobrecorriente. Por otra parte, los equipos físicos contienen varios nodos lógicos, de forma que pueden existir varias funciones dentrode un PD.

 

Atributos asociados a los nodos lógicos:

 

Los nodos lógicos es un objeto que define con una serie de datos y atributos. Los atributos que componen los nodos lógicos son:

 

  • LNName.
  • LNREF.
  • DATA.
  • DATA-SET.
  • BRCB.
  • URCB.
  • LCB.
  • LOG.
  • SGCB.
  • GoCB.
  • GsCB.
  • MSVCB.
  • USVCB.

 

Además  la  norma  define  la  sintaxis  necesaria  de  los distintos  conceptos  del modelo de datos:

 

 

a) LNName – Logical node name

 

El atributo  LNName se  usa para identificar inequívocamente el nodo lógico del que se trata, dentro del equipo lógico al que pertenece.

 

b) LNRef – Logical node ObjectReference

 

Se  trata  del  único  camino  para  llegar  al  equipo  lógico  en  cuestión,  y  tiene  la siguiente  estructura.  Es  decir,  este  atributo  identifica  el  logical  device  al  que pertenece el LN en cuestión.

 

c) Data [1..n] DataSet [0..n]

 

Identifican todos los datos que pertenecen al nodo lógico.

 

d) BufferedReportControlBlock [0..n] y UnbufferedReportControlBlock [0..n]

 

Identifican el  BRCB y el  URCB que contiene el nodo lógico. Ambos atributos representan  la  información  correspondiente  a  los  informes  de  control,  siendo  el primer atributo propio de los informes con búfer para evitar perdida de datos durante desconexiones .

 

e) LogControlBlock [0..n] y SettingGroupControlBlock [0..1]

 

Identifican el  LCB  y el  SGCB  respectivamente que pertenezcan al nodo lógico en cuestión. El  atributo LCB   representa  la  información  de  control  cuyo  valor  puede  ser modificado,  mientras  que  en  los  dispositivos  lógicos,  que  tengan  el  atributo SGCB,  agruparán  múltiples  valores  de  DataAttributes   utilizando functional constraint  SG.  Cada  uno  de  estos  grupos  contiene  un  valor  para  cada DataAttribute.

 

f) Log [0..1] , GOOSEControlBlock [0..n] y GSSEControlBlock [0..n]

 

Estos  tres  atributos  identifican  los  LOG,  GOCB  y  GSCB  que  forman  parte  de LLN0,  Logical  Node  Zero.  Este  nodo  lógico  representa  los  datos  comunes  del equipo  lógico,  mientras  que  los  atributos  GOCB  y  GSCB  representa  la información  acerca  del  control  del  servicio  goose  y control  de  los  eventos generales de la subestación respectivamente.

 

g) MulticastSampledValueControlBlock[0..n], UnicastSampledValueControlBlock [0..n]

 

Estos atributos identifican los MSVCBy USVCBque forman parte de LLN0. Estos  atributos  representan  la  información  relativa al  control  de  los  valores muestreados.

 

Datos y Atributos

 

La semántica de los nodos lógicos se representa  mediante datos  y atributos. El número medio de datos propios a un nodo lógico es aproximadamente 20. Cada uno de estos datos contiene a su vez una serie de detalles, los cuales se conocen como atributos, Data attributes. Las clases de DATOS representan la información significativa de los dispositivos de  automatización.  Los  valores  de  estos   DATOS,  por ejemplo,  pueden  tener acceso de lectura (GetDataValues) o bien pueden ser ajustados (SetDataValues). En el apartado IEC 61850-7-4 la norma especifica una lista de datos, por ejemplo, Pos para la posición, OilFil para la filtración del aceite, etc.


La composición de DATOS en IEC 61850-7-4 está basada en plantillas comunes (las clases de DATOS comunes, CDC) especificadas en el apartado IEC 61850-7-3.  Cualquier  grupo  de  DATOS  (o   parte  de  DATOS)  pueden  ser,  a  su  vez, agrupados para construir un grupo determinado DATA-SET aplicando el servicio CreateDataSet.  Estos  DATA-SET,  también  tienen  acceso  de  lectura (GetDataSetValues) y escritura (SetDataSetValues).


Los Logical Nodes se definieron con una serie de datos obligatorios (Mandatory) y otros opcionales (Optional). A continuación se muestra un extracto de la norma como  ejemplo  de  Logical  Node.  Concretamente  se  trata  de  PIOC (Protección instantánea de sobrecorriente):

 

Figura  6 Datos Protección sobrecorriente

 

En principio lo único exigible a la totalidad de fabricantes son los datos obligatorios. Los opcionales se definieron de forma que si un fabricante desea implementarlos los deberá implementar como fije la norma, pero no es obligatorio que se implemente para cumplir con la norma IEC61850. En la norma quedan definidos un total de 355 tipos de datos. Estos datos se pueden clasificar de la siguiente forma:

 

Clase de Datos

Cantidad

Información del sistema

13

Información de los equipos físicos

11

Medidas

66

Valores muestreados

14

Datos controlables

36

Información de estados

85

Ajustes

130

TOTAL

355

Figura  7 Tipos de datos

 

 

ATRIBUTOS ASOCIADOS A LOS DATOS

 

Los atributos que pertenecen a los datos deben de seguir la siguiente estructura que presenta la norma:

 

 

 

a) DATA NAME:

 

El  atributo  DataName  identifica  inequívocamente  los DATOS  dentro  del  nodo lógico.

 

b) DATA ref.

 

Se trata del camino único de los datos, y tiene la siguiente estructura.

 

c) Presence:

 

Este  atributo  es  de  tipo  BOOLEANO  y  especifica  si  los  DATOS  dentro  de  un CDC (Common Data Clases) o nodo lógico son obligatorios (Presence = TRUE) u opcionales (Presence = FALSE).

 

d) Data attribute:

 

Los atributos de los datos a su vez deben especificar:
DAType: El tipo de dato esta normalizado y debe de seguir la estructura:

 

 

Funcional constraint (FC)

 

De  un  punto  de  vista  de  aplicación,  los  DataAttributes  se  clasifican   según  su utilización específica; por ejemplo, algunos atributos son usados con el objetivo de controlar, otros atributos indican medidas o grupos de ajuste. Los  functional  constraint (FC)  son  una  propiedad  del  DataAttribute  que caracteriza estos atributos.


Los  functional  constraint (FC)  se  pueden   utilizar  tanto    en  la  definición  de DATOS (contenido  en nodos lógicos)  como en algunos  bloques de  control (por ejemplo, BRCB).

 

Ejemplo de descomposición de datos

 

Dentro del nodo lógico XCBR, el cual representa la información de un interruptor real, existen una gran cantidad de datos que representan aplicaciones específicas. Un ejemplo de atributo sería la posición de dicho interruptor. Para modelar la información relativa a su posición se define el dato POS.

 

 

Figura  8Ejemplo descomposicon de datos

 

El dato posición, Pos, tiene a su vez aproximadamente 20 atributos asociados. Por ejemplo  Pos.ctlVal  representa  toda   la  información  que  se  puede  controlar,  es decir  puede  cambiar  por   activa  o  inactiva.  Por  otro  lado,  el  dato  asignado  a  la posición  tiene   el  atributo  Pos.stVal,  el  cual  representa  la  posición  real  del interruptor  (puede  ser:  estado  intermedio,  off,  on  o  bien  estado  crítico).  Todos estos  atributos  se  organizan  de  forma  que  todos  los relativos  al  control, estado, configuración etc. se presentan en la lista juntos. Todos  los  atributos  de  datos  quedan  definidos  por  su  nombre  y  tipo,  los  cuales están estandarizados. En el caso de stVal y ctlVal.


La información relativa al atributo de posición Pos, contiene varios atributos que se pueden encontrar en otras muchas aplicaciones. La primera característica de la posición  es  el  atributo  stVal,  status  value,  el  cual  representa  cuatro  estados distintos (estado intermedio, off, on o bien estado crítico). Estos cuatro estados, representados con dos bits, se conocen comúnmente  con el nombre información de  “double  point”.  Mientras  que  el  conjunto  de  atributos  definidos  en    el  dato Pos, se denomina Common Data Class, CDC.

 

Common Data Class CDC.

 

Las  Common  Data  Classes  proporcionan  una  reducción  del  tamaño  de  las definiciones de los datos. La definición de datos no necesita una lista de todos los atributos que la forman, sin embargo necesita hacer referencia a su Common Data class. En el apartado IEC 61850-7-3 la norma define un amplio rango de  Common Data Classespara las distintas aplicaciones. Se clasifican en:

 

  • Información de estado.
  • Información de medidas.
  • Información de estados controlables.
  • Ajuste de estados.
  • Ajustes analógicos.
  • Información de descripción.

 

LENGUAJE DE CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIÓN (SCL)

 

SCL, es el acrónimo de Substation Configuration Language, lenguaje descriptivo de  configuración,  que  define  la  norma  IEC  61850  en  la  parte  6.  Se  trata  de  un lenguaje  basado  en  W3C  XML,  y  se  basa  en  los  estándares  XML.  SCL  es básicamente una especificación del sistema acerca de los las distintas conexiones existentes entre los equipos de la subestación en  el diagrama unifilar, al mismo tiempo  que  documenta  la  asignación   de  los  nodos  lógicos  a  los  equipos  y unidades que integran el unifilar, para: definir la funcionalidad, puntos de acceso y los pasos para el acceso a subredes de todos los posibles clientes.


Este lenguaje define un formato capaz de describir  la ingeniería de un sistema de automatización  de  subestaciones,  proporcionando  una descripción  estandarizada de:

 

  • Funcionalidad del sistema de automatización.
  • Estructura lógica de la comunicación del sistema,
  • Relación entre los equipos y sus funciones.

 

El  objetivo  principal  del  lenguaje  SCL   es  el  intercambio  interoperable  de  los datos de ingeniería en la subestación entre las herramientas de ingeniería de los distintos  fabricantes.   Este  modelo  también  permite obtener  una  configuración automatizada   de  las  funciones  y  de  las  comunicaciones,  así  como  la comprobación del funcionamiento del sistema.

 

Para poder proporcionar esta interoperabilidad es necesario:

 

  • Una descripción formal del sistema de automatización de la subestación, incluyendo todos los enlaces de comunicación.
  • Describir  sin  ningún  tipo  de  ambigüedad   las  capacidades  de  los dispositivos IEDs,
  • Descripción de los servicios de comunicación aplicables.
  • Descripción formal de la relación entre la instalación de distribución y los datos del sistema de automatización.

 

Usar  un  mismo  lenguaje  es  un  requisito  obligatorio  (pero  no  suficiente)  para conseguir la interoperabilidad entre todos los componentes de una subestación.


El  proceso  real  como  se  ha  conseguido  la  interoperabilidad  se  resume  en  la siguiente figura:

 

Figura  9 Proceso del lenguaje de configuración de la subestación

 

Los archivos de la SCL se utilizan para intercambiar los datos de configuración entre  diversas  herramientas,  posiblemente  de  distintos   fabricantes.  Hay  por  lo menos  cuatro  tipos  de   intercambio  de  datos,  y  por  lo  tanto  cuatro  clases  de archivos SCL.


Esto  se  hace  por  medio  de  diversas  extensiones  de  archivo.  Sin  embargo,  el contenido de cada uno de estos archivos obedecerá las reglas del lenguaje SCL. Cada  archivo  debe  especificar  la  versión  y  el   número de revisión  para  poder distinguir entre las distintas versiones del mismo archivo. Esto significa que cada herramienta tiene que guardar la información acerca de la versión y el número de revisión del archivo que ya ha exportado.

 

Datos en SCL

 

Los intercambios de datos, existentes en  el  entorno  de  las  subestaciones  se  puede  recoger en  los  siguientes  cuatro puntos:

 

  • El intercambio de datos entre las herramientas de configuración de los IEDs y las herramientas de configuración del sistema.
  • El intercambio de datos entre las herramientas de especificaciones del sistema y las herramientas de configuración del sistema.
  • El intercambio entre la herramienta de configuración del sistema y la herramienta de configuración de los equipos IEDs.
  • El intercambio de datos  entre la herramienta de  configuración de los IEDs a los equipos IEDs.

 

Esto se hace a través de diversos archivos fundamentales del lenguaje SCL, que la norma define en el apartado IEC 61850-6 son:

 

 

ICD (IED Capability Description),

 

contiene   las  características  de  cada dispositivo relacionadas con las funciones de comunicación y el modelo de datos.

 

Cada archivo .ICD contiene un apartado para la descripción del dispositivo, en la que se recoge:

 

    • Las características relacionadas con el servicio de comunicación, como por ejemplo si los servicios de transferencia de archivos está preparado.
    • Las  características  de  configuración  del  equipo,  por  ejemplo   cuantos bloques de control pueden ser configurados dinámicamente o por medio de un archivo SCD.
    • Los  datos  relacionados  con  la  funcionalidad  y  los  datos  en  términos  de nodos lógicos (LN) y el contenido de los datos (DATA).

 

 

.SSD (System Specification Description),

 

Contiene las especificaciones de partida  para  la  definición  del  sistema:  el  esquema  unifilar  junto  a  las funciones que se realizarán en los equipos primarios, en términos de nodos lógicos.

 

.SCD (System Configuration Description),

 

Se  trata  de  un  archivo  que  el integrador del sistema exportará como resultado de  las ICDs y las SDDs, el  cual  contiene  la  configuración  del  sistema:  todos  los  IEDs,  la configuración de las comunicaciones y la descripción de la subestación.

 

.CID (Configured IED Description),

 

Contiene  para  cada  equipo  la configuración   y  todos  los  datos  necesarios  para  describir  la  interacción con el resto de equipos del sistema.

 

Esto significa que un archivo SCL debe contener las siguientes informaciones:

 

  • Descripción de la topología y nombres de la aparamenta.
  • Configuración de los IEDs, en términos de los logical nodes.
  • Relación entre las funciones de los IEDs y la aparamenta.
  • Descripción de la red de comunicaciones.

 

GOOSE

 

La transmisión de información implementada en el  protocolo  IEC  61850  se  puede  realizar  a través  de  servicios  de  comunicación  que  la misma norma establece (Fig. 10), entre los que se  tienen  la  transferencia  rápida  de  eventos (GOOSE),  la  sincronización  de  tiempo  (NTP, IEE-1588), transferencia de archivos, mensajes MMS y gestión de la red (SNMP)

 

Figura  10 Servicios soportados en EIC 61850

 

Los  datos  de  procesos  se  transmiten  a  través de  mensajes  GOOSE  o  también  nombrada como la transmisión rápida de eventos, la cual se basa en la norma IEEE 802.1q de Ethernet, con  la  posibilidad  de  enviar  a  través  de  la red  mensajes  con  un  bit  de  prioridad,  para transmitir información que requiera de mucha velocidad,  como  es  el  caso  de  los  disparos  y eventos  requeridos  para  enclavamientos  en los  sistemas  eléctricos  que  oscilan  desde  los 150ms.


En  la  Fig.  11  se  presenta  el  esquema  de funcionamiento de la prioridad en los mensajes GOOSE;  cuando  es  generado,  al  tener  una prioridad  mayor  a  las  tramas  comunes,  este sobrepasa la cola de transmisión y el mensaje es enviado a la red, garantizando tiempos cortos en la transmisión en casos de tener avalanchas de información.

 

Figura  11Mensaje Goose con prioridad

 

Los  mensajes  del  servicio  GOOSE  son  de  tipo multicast, es decir, que son transmitidos a varios dispositivos de la red, los cuales están suscritos para  recibir  el  mensaje  y  posteriormente procesarlos. Estos datos son organizados en un DataSet. Como  la  transmisión  es  de  tipo  multidifusión no  existe  un  proceso  de  acuso  de  recibo del  dato,  por  lo  tanto,  se  requiere  de  un mecanismo  de  repetición  del  mensaje  para asegurar  la  transmisión  óptima  del  mismo. Esta retransmisión consiste en estar enviando repetidamente el mensaje GOOSE. En estado estable, él envió se realiza cada cierto tiempo como se muestra en la Fig.12 , sin embargo cuando  ocurre  un  evento  nuevo  (cambio  de estado  de  la  señal  enviada),  el  intervalo  de transmisión  se  acorta,  y  es  progresivamente aumentado hasta llegar nuevamente al tiempo normal  del  ciclo.

 

Figura  12 Tiempos para transmisión de Goose

 

A continuación se presenta una captura GOOSE obtenida con Wireshark:

 

Figura  13 Trama Goose

 

1

En (1) se presenta las direcciones MAC de la fuente y  destino  del  mensaje,  estas  son  direcciones virtuales generadas por cada IED en el momento de la creación de un GOOSE, el rango es definido en  [13]  y  varía  desde  01-0c-cd-00-00  hasta  la 01-0c-cd-01-ff.

2

En  (2)  se  presenta  los  parámetros  de  la  VLAN, el  primero  de  ellos  es  la  prioridad  que  varía  de 1-7  y  que  según  las  recomendaciones  de  [13], para  mensajes  GOOSE  no  debe  colocarse  en  un valor menor a 4 (la norma define la prioridad en 4). Otro de los parámetros es el ID, el cual indica la  VLAN  que  por  defecto  para  estos mensajes es  0,  sin  embargo,  es  posible  utilizar  otro  ID. Cuando  se  utilice  una  VLAN  diferente  de  0  para este tipo de mensajes hay que tener en cuenta la configuración  de  en  los  Switch  debido  a  que  el GOOSE es generado con Tagged.

3

El  gocbRef  (3)  indica  la  dirección  donde  se encuentra el origen de la información contenida en el mensaje.

4

En  (4)  se  define  el  nombre  del  Dataset,  el  cual se  puede  definir  como  el  contenedor  de  la información  enviada  desde  el  dispositivo  fuente a la red.

5

El goID (5) es un identificador que representa el número ID de la aplicación de la trama Ethernet, es asociado a la aplicación donde se configura los mensajes GOOSE.

6

El  stNum  (6)  es  un  número  que  incrementa cuando existe un cambio de estado de algún dato contenido en el Dataset.

7

El sqNum (7) es un parámetro que representa el número de veces que ha sido enviado el mensaje desde su último cambio de estado.

8

Test  (8)  indica  si  el  GOOSE  está  en  prueba,  esta función se utiliza en casos de que un IED este en modo  prueba.  Al  activar  esta  función  los  otros IEDs  detectan  que  el  mensaje  generado  esta  en modo prueba y no realizan ninguna función.

9

ConfRev (9) representa la llave de compatibilidad, es  utilizado  para  tener  un  control  de  cambios  y garantizar que en la red circulen mensajes validos para todos los integrantes del sistema.

10

El  ndscom  (10)  indica  si  existe  alguna  falla  o incompatibilidad en la configuración.

11

En (11) numDataSetEntries indica la cantidad de información que contiene el DataSet

12

En  allData  (12)  se  encuentra  la  información compartida por el IED fuente.

 

GLOSARIO

 

GOOSE  (generic  object  oriented  substation event)

IEC  61850  (estándar  de  redes  y sistemas de comunicación en subestaciones”)


LAN (red de área local)


IGMP   (protocolo  de mensajes de grupos de Internet)


MAC (control de  acceso  al  medio)


MMS  (especificación  de mensajes  de  fabricación)


OSI  (interconexión de sistemas abiertos)


RSTP (protocolo de árbol de expansión rápido)


SNMP (protocolo simple de  administración  de  redes)


SNTP  (simple Network  Time  Protocol)


TCP  (protocolo  de control  de  transporte)


HSR  (high  availability seamless  redundancy)


PRP  (protocolo  de redundancia paralela)


UDP ( protocolo  de datagrama  de  usuario)


IED  (dispositivos electrónicos inteligentes).


SCSM (Specific Communication Service Mapping)

CAPACITACIÓN DE PROTOCOLOS
SCADA PARA EL SECTOR ELECTRICO
SIMULADOR DE PROTOCOLOS
RECONOCIMIENTO