Wstęp do IEC 61850. Skrót informacji o standardzie i jego wymaganiach

IEC 61850 jest standardem nowatorskim i wyjątkowym. Postępowe podejście i współpraca międzynarodowego zespołu ekspertów zaowocowały rozwiązaniem rewolucyjnym w swojej klasie. Standard został stworzony od podstaw z wykorzystaniem nowoczesnych standardów transmisji danych i specjalnie zaprojektowanych protokołów sieciowych, których połączenie otworzyło nowe (dotąd nieosiągalne) możliwości. W tym tekście skupimy się na elementarnych właściwościach standardu – wymaganiach i cechach kluczowych IEC 61850. Po informacje o potencjale i zaletach IEC 61850 zapraszamy do artykułu Dlaczego warto wdrożyć standard IEC 61850 na stacji elektroenergetycznej?.

W skrócie o IEC 61850

IEC 61850 jest międzynarodową normą dotyczącą standaryzacji automatyzacji stacji energetycznych i definiuje ona (między innymi) protokoły komunikacyjne zapewniające komunikację między urządzeniami znajdującymi się w stacji. Norma definiuje ogólne wymagania dotyczące budowy, projektowania i warunków środowiskowych dla urządzeń komunikacji użytkowej i automatyki IED oraz systemów w środowiskach elektrowni i stacji.

Wymagania standardu

Obszerny, prawie 1400-stronicowy, dokument standardu IEC 61850 został wypełniony zbiorem dyrektyw i zaleceń, które składają się na skuteczną i prawidłową pracę systemu elektroenergetycznego. Wypracowane rozwiązanie miało umożliwić i ułatwiać wzajemną współpracę urządzeń różnych producentów, bez względu na zmiany technologiczne na przestrzeni lat. Było to jedno z wielu kryteriów stawianych przy tworzeniu nowego standardu.

W czasie trwania prac nad IEC 61850 ustalono szereg podstawowych elementów i założeń standardu. Z racji na rozległość tematu, skupimy się tylko na kilku wybranych i fundamentalnych warunkach.

• Spełniony musi być warunek interoperacyjności, który gwarantuje prawidłową współpracę urządzeń od różnych producentów;
• Standard musi być odporny na ciągłe zmiany w technologii komunikacji sieciowej i obwodów wtórnych, aby zapewnić ciągłą i długookresową współpracę urządzeń nowych ze starymi;
• Standard musi mieć znormalizowane podstawowe usługi i funkcjonalności w taki sposób, aby wymiana i przetwarzanie informacji odbywały się w czasie rzeczywistym, bez potrzeby stosowania konwerterów protokołów czy interpretacji osoby nadzorującej;
• Wszystkie elementy i procesy, od projektowania po konserwację i eksploatację, muszą być tak zaprojektowane, aby IED mogły pracować zarówno w sieci skupionej jak i rozproszonej, niezależnie od wymagań danego kraju lub przedsiębiorstwa energetycznego.
• Niedokładność czasu w sieci musi wynosić poniżej ±1 µs.
• Sieć stacji podłączona do korporacyjnej sieci WAN lub zdalny do niej dostęp muszą być zabezpieczone przed cyberatakami.
• Bezstratna redundancja połączeń jest warunkiem koniecznym. Taki wymóg rekonfiguracji sieci w czasie rzeczywistym ma na celu zagwarantowanie ciągłej i właściwej pracy systemu.
• Szeroki zakres temperatur urządzeń jest również obowiązkowym parametrem. W przypadku stacji elektroenergetycznych zakres ten waha się pomiędzy -40 do +75 ˚C.
• Wymaganiem standardu jest uzyskanie precyzyjnej synchronizacji czasu. Wszystkie zegary powinny przesyłać komunikaty PTP zgodnie z normą IEC 61850-9-3 Utility Profile.
• Na stacjach wysokiego napięcia zakłócenia elektromagnetyczne mogą powodować błędy lub uszkodzenia sprzętu w komunikacji elektronicznej, stąd obowiązkowe jest spełnienie wymagań co do klasy odporności. Wymagana klasa odporności na EMI IEC 61850-3 zależy od środowiska, w jakim znajdować się ma urządzenie.

Te i niewyszczególnione wymagania standardu dotyczą wszystkich elementów w sieci, a nie tylko urządzeń sieciowych.

Cechy kluczowe IEC 61850

IEC 61850 ma tak liczne cechy kluczowe, że kompletne ich wylistowanie w racjonalnej długości tekstu nie jest praktycznie możliwe. Istnienie części tych właściwości pośrednio przekłada się na zalety standardu, które mogą bezpośrednio wpływać na system automatyki stacyjnej.

• Równoważność elementów aplikacji. Ta cecha jest istotną zmianą w sposobie myślenia o stacji elektroenergetycznej. W tym podejściu, każdy element ma dokładnie takie samo znaczenie dla systemu, jak każdy inny. Przykładowe warstwy transportowa czy aplikacji są tak samo ważne jak urządzenia fizyczne.
• Standaryzacja nazw obiektów i danych. Nazwy obiektów są zdefiniowane w standardzie i podane w kontekście systemu zasilania, natomiast nazwy danych muszą być opisane ciągiem opisowym. Dzięki takim działaniom, każdy fragment danych jest określony i identyfikacja danych jest natychmiastowa bez potrzeby definiowania mapowań.
• Samo opisujące się urządzenia. Aplikacje klienckie mogą pobierać opisy wszystkich danych obsługiwanych przez urządzenie bez konieczności ręcznej konfiguracji obiektów.
• Język Konfiguracji Stacji (SCL). SCL (ang. Substation Configuration Language) jest językiem opisowym w IEC 61850 dotyczącym konfiguracji urządzeń. Umożliwia on wzajemną wymianę danych konfiguracyjnych pomiędzy IED a systemem konfigurującym, pochodzącymi od różnych producentów. SCL daje również możliwość precyzyjnego zdefiniowania wymagań dotyczących stacji i urządzeń, co eliminuje problem wieloznaczności interpretacji wymogów sprzętu.
• IEC 61850 pozwala na swobodne mapowanie modeli danych i usług.