Introduzione alla norma IEC 61850 Informazioni sintetiche sullo standard e sui suoi requisiti

IEC 61850 è uno standard innovativo e singolare. Un approccio innovativo e la collaborazione di un team internazionale di esperti hanno dato vita a una soluzione rivoluzionaria per la sua categoria. La norma è stata creata da zero con l'utilizzo di moderni standard di trasmissione dati e protocolli di rete appositamente studiati, la cui combinazione ha aperto nuove possibilità (prima irraggiungibili). Nel presente testo, ci concentreremo sulle proprietà elementari dello standard - i requisiti e le caratteristiche principali della norma IEC 61850. Le informazioni sulle potenzialità e i vantaggi della norma IEC 61850 sono riportate nell'articolo Perché implementare lo standard IEC 61850 nella sottostazione?.

Informazioni sintetiche su IEC 61850

La norma IEC 61850 è uno standard internazionale per la standardizzazione dell'automazione di sottostazioni e definisce (tra l'altro) i protocolli di comunicazione che assicurano la comunicazione tra i dispositivi della sottostazione. La norma definisce i requisiti generali relativi alla costruzione, alla progettazione e alle condizioni ambientali per le apparecchiature e i sistemi di comunicazione e automazione IED negli ambienti delle centrali elettriche e delle stazioni.

Requisiti della norma

Il voluminoso documento della norma IEC 61850, di quasi 1.400 pagine, contiene una raccolta di direttive e raccomandazioni mirate a garantire un funzionamento efficiente e corretto del sistema di alimentazione. La soluzione sviluppata mirava a consentire e facilitare l'interoperabilità delle apparecchiature di diversi produttori, indipendentemente dai cambiamenti tecnologici avvenuti nel corso degli anni. Tale criterio è stato uno dei tanti definiti durante la creazione del nuovo standard.

Durante la stesura della norma IEC 61850, sono stati stabiliti alcuni elementi e presupposti di base dello standard. Vista l'ampiezza dell'argomento, ci concentreremo solo su alcune condizioni prescelte e fondamentali.

• Deve essere soddisfatta la condizione di interoperabilità, che garantisce il corretto funzionamento di apparecchiature di diversi produttori;
• Lo standard deve essere in grado di resistere ai continui cambiamenti nella tecnologia delle comunicazioni di rete e dei circuiti secondari, per garantire che le nuove apparecchiature possano continuare a funzionare con quelle vecchie a lungo termine;
• Lo standard deve prevedere servizi e funzionalità di base standardizzati, in modo tale che lo scambio e l'elaborazione delle informazioni avvengano in tempo reale, senza dover ricorrere a convertitori di protocolli o all'interpretazione di supervisori;
• Tutti i componenti e i processi, a partire dalla progettazione fino alla manutenzione e al funzionamento, devono essere progettati in modo che gli IED possano funzionare sia nelle reti concentrate che in quelle distribuite, indipendentemente dai requisiti del Paese o dell'azienda energetica.
• L'imprecisione temporale della rete non deve superare i ±1 µs.
• La rete di stazioni collegata alla WAN aziendale o l'accesso remoto ad essa devono essere protetti dagli attacchi cibernetici.
• Il requisito fondamentale è la ridondanza delle connessioni senza perdite. Questo requisito di riconfigurazione della rete in tempo reale mira a garantire un funzionamento continuo e corretto del sistema.
• Un parametro obbligatorio è anche l'ampio intervallo di temperatura dell'apparecchiatura. Per le sottostazioni, l'intervallo è compreso tra -40 e +75 ˚C.
• Lo standard richiede una sincronizzazione temporale precisa. Tutti gli orologi devono trasmettere messaggi PTP in conformità allo standard IEC 61850-9-3 Utility Profile.
• Nelle sottostazioni ad alta tensione, le interferenze elettromagnetiche possono causare errori o danni alle apparecchiature elettroniche di comunicazione, per cui i requisiti relativi alla classe di immunità sono obbligatori. La classe di immunità EMI IEC 61850-3 richiesta dipende dall'ambiente in cui il dispositivo sarà collocato.

Questi e altri requisiti non specificati dello standard si applicano a tutti gli elementi della rete, non solo ai dispositivi di rete.

Caratteristiche principali della norma IEC 61850

La norma IEC 61850 presenta così tante caratteristiche chiave che è praticamente impossibile elencarle tutte in un testo di lunghezza ragionevole. Alcune di queste caratteristiche rappresentano dei vantaggi indiretti dello standard che possono influenzare direttamente il sistema di automazione della stazione.

• Equivalenza degli elementi applicativi Questa caratteristica rappresenta un cambiamento importante nel modo di concepire la sottostazione. Secondo questo approccio, ogni elemento è importante per il sistema esattamente come tutti gli altri. Ad esempio, i strati di trasporto o applicativi sono altrettanto importanti dei dispositivi fisici.
• Standardizzazione della denominazione degli oggetti e dei dati Le denominazioni degli oggetti sono definite nello standard e indicate nel contesto del sistema di fornitura, mentre la denominazione dei dati deve essere descritta con una stringa descrittiva. Grazie a questa procedura, ogni dato viene definito e l'identificazione dei dati è immediata, senza la necessità di definire le mappature.
• Dispositivi autodescrittivi Le applicazioni client possono recuperare le descrizioni di tutti i dati supportati dal dispositivo senza dover configurare manualmente gli oggetti.
• Linguaggio di configurazione della stazione (SCL). SCL (Substation Configuration Language) è il linguaggio descrittivo della norma IEC 61850 per la configurazione dei dispositivi. Esso consente lo scambio reciproco di dati di configurazione tra l'IED e il sistema di configurazione di diversi produttori. L'SCL offre anche l'opportunità di definire con precisione i requisiti della stazione e dell'apparecchiatura, eliminando il problema dell'ambiguità nell'interpretazione dei requisiti dell'apparecchiatura.
• La norma IEC 61850 consente la mappatura libera dei modelli di dati e di servizi.