Primjena protokola IEC 61850 u horizontalnoj komunikaciji na 10 kV

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE
ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED
4. (10.) savjetovanje
Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.
SO3 – 19
Marko Kovačić, mag.ing.el.
KONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d.,
Zagreb
Ivica Maslović, mag.ing.el.
KONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d.,
Zagreb
[email protected]
[email protected]
Mateo Šojat, mag.ing.el.
KONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d.,
Zagreb
[email protected]
PRIMJENA PROTOKOLA IEC 61850 U HORIZONTALNOJ KOMUNIKACIJI NA 10 kV
STRANI U TS SRĐ 110/20(10) kV
SAŽETAK
Transformatorska stanica Srđ 110/20(10) kV ima 44 polja na 10 kV strani, u kojima su zaštita i
upravljanje ostvareni terminalima polja REF630 (ABB). Zahtjev Investitora je da se onemogući paralelni
rad transformatora. S obzirom na veličinu postrojenja odlučeno je da se zabrana paralelnog rada ostvari
komunikacijskim putem između polja koristeći GOOSE poruke, implementirajući pritom protokol IEC
61850 za horizontalnu komunikaciju. Za vertikalnu komunikaciju se također koristi protokol IEC 61850.
Korištenjem programa PCM600, kojim se vrši konfiguriranje i parametriranje releja proizvođača
ABB, i IET600, kojim se vrši konfiguriranje komunikacije između releja, ostvarena je razmjena GOOSE
poruka između terminala polja.
Ključne riječi:
IEC 61850,
komunikacija
protokol,
interoperabilnost,
GOOSE
poruke,
horizontalna
APPLICATION PROTOCOL IEC 61850 IN A HORIZONTAL COMMUNICATION
ON THE 10 KV SIDE IN THE TS SRĐ 110/20 (10) KV
SUMMARY
Substation Srđ 110/20(10) kV has 44 bays at 10 kV side. Protection and control are realized with
bay terminals REF630 (ABB). Investor`s request is to prevent parallel operation of transformers. Given
the size of SS, it was decided that the prevention of parallel operation realize through communication
between the bays using GOOSE messaging, while implementing the protocol 61850 for horizontal
communication.
GOOSE messages exchange between bay terminals are achieved by using PCM600 and
IET600.
Key words: IEC 61850, standard, interoperability, GOOSE message, horizontal communication
1
1.
UVOD
Prijašnji protokoli su samo definirali način na koji su se bitovi slali kroz komunikacijski medij.
Standard IEC 61850 pruža i opsežan model kojim se definira na koji način uređaji moraju organizirati
podatke (slika 1). Standard koristi objektno orijentirani model za stvarne elemente postrojenja – logička
čvorišta. Logički čvor je standardizirana funkcionalna grupa podataka čije se ime sastoji od četiri znaka.
Slika 1 Shema pojednostavljenog logičkog modela
Svaki fizički uređaj obavlja niz operacija grupiranih u cjeline, tj. logičke uređaje – Logical Devices
(LD). Logički uređaji dalje sadrže pripadajuća logička čvorišta – Logical Nodes (LN) kojima se definiraju
funkcije. LN uključuje sve pripadajuće obavezne podatke, svojstva i ekstenzije objekta kojeg predstavlja –
Data Objects (DO) u skladu s pravilima IEC 61850. Na slici 2 je prikazan primjer podatkovnog modela.
LD0/SCSWI1.Pos.stVal
Attribute name (fixed) - > stVal
Data object name (fixed) -> Pos
Logical node name suffix (free) -> 1 (instance number)
Logical node class (fixed) -> CSWI
Logical node name prefix (free) -> S
Logical device name
Slika 2 Podatkovni model standarda 61850
Ime LD-a i prefiks LN-a je ostavljeno na izbor proizvođača. Klasa LN-a je određena standardom.
Prvo slovo klase označava u koju grupu funkcija spada LN (zaštitne funkcije, upravljačke funkcije, nadzor
i sl.). Sufiks LN-a označava o kojoj instanci iste funkcije se radi tj. ukoliko se isti tip funkcije koristi više
puta, potrebno ih je razlikovati. Preostala dva dijela, DO i Data Attribute (DA), su određeni standardom.
Na ovaj način jednoznačno su opisani objekti i funkcije u TS-u raščlambom kompleksne strukture
postrojenja do podatkovnih detalja, upravljačkih naredbi, nadzora opreme i sl. Zbog toga je omogućena
interoperabilnost uređaja različitih proizvođača u istoj TS-i prema protokolu 61850.
2
2.
PRIMJENA HORIZONTALNE KOMUNIKACIJE PROTOKOLA IEC 61850
2.1.
GOOSE poruke
Za horizontalnu komunikaciju koriste se GOOSE poruke (Generic Object Oriented Substation
Event – objektno orijentirani događaj). GOOSE poruke su jako brzi prijenosi promjene neke varijable ili
mjerene veličine iz nekog uređaja u bilo koji drugi ili više njih. Takve poruke sadrže razne vrijednosti
podataka, koji se šalju više puta u intervalima. Tako se omogućuje da vrlo velikom brzinom poruke s
velikom vjerojatnošću proslijeđene do cilja (npr. 4 ms).
GOOSE poruke nisu adresirane od pošiljatelja za primatelja. One se šalju u mrežu s
identifikacijom pošiljatelja i poruke, ali bez adrese destinacije. Kad pošiljatelj pošalje poruku u mrežu,
ostali uređaji samo odlučuju samo „pogledati“ poruku – multicast način komuniciranja. Releji različitih
proizvođača mogu se ispravnim parametriranjem „pretplatiti“ da prime GOOSE poruke nekog drugog
proizvođača na istoj komunikacijskoj sabirnici.
GOOSE poruke su nepotvrđene, odnosno pošiljatelj nema mogućnosti saznati da li je primatelj
primio poslanu poruku. Ipak, ukoliko status poruke nije valjan alarmirat će takvo stanje (DA – quality).
Vertikanla i horizontalna komunikacija prema standardu IEC 61850 su organizirane u skupine
podataka – Data Set (DS). Data set-ovi su spremnici podataka koji se, ovisno o vrsti komunikacije, šalju
na određeni način. Za vertikalnu komunikaciju, u DS se stavljaju podaci na razini data object-a, dok se za
horizontalnu komunikaciju (GOOSE poruke) koriste podaci na razini data attribute-a (stVal i q).
Da bi se GOOSE poruke razmjenjivale među IED-ima potrebno je definirati GOOSE Control
Block (GCB) koji se povezuje na određeni DS. Pomoću GCB se definira kada i na koji način će se podaci
slati. Važni parametri za GCB su:

MAC adresa,

APPID (aplikacijski ID),

Min Time (4 ms min),

Max Time.
MAC adresa svakog GCB mora biti jedinstvena kao i APPID. Ukoliko se promjeni jedan podatak
iz DS-a, pomoću GCB će se poslati svi podaci. Kad nastane promjena svi signali iz GCB-a se šalju
odmah. Iduće slanje je nakon Min Time a za svako sljedeće slanje, ukoliko nema nove promjene, je
potrebno više vremena. Ukoliko nema promjene, sadržaj GCB-a se šalje svako Max Time (slika 3). Relej
koji prima GOOSE poruku zna maksimalno vrijeme od očekivane poruke, pa može detektirati je li
GOOSE poruka primljena u tom maksimalnom vremenu te na taj način signalizira da li postoji kvar u
komunikaciji između releja. Unutar strukture IEC 61850 protokola postoji specifična varijabla koja ima
ulogu provjere ispravnosti razmjene informacija (Message Quality – bit kvalitete). Navedeni bit se ne
prenosi samom GOOSE porukom nego se stvara i kontrolira unutar releja koji prima GOOSE poruku. Bit
kvalitete osigurava sigurno razmjenu informacija unutar GOOSE poruke te signalizira kvar kod primanja
GOOSE poruke.
Max Time
Min Time Min Time
T1
T2
EVENT
Slika 3 Slanje GOOSE poruke
2.2.
Blokada paralelnog rada transformatora na TS Srđ 110/20(10) kV
3
TS Srđ na 10 kV strani ima 44 polja, od čega dva transformatorska polja (TP) i četiri sekcijska
polja (SP). Osnovna ideja uvođenja IEC 61850 horizontalne komunikacije je bila izbjegavanje
međusobnog ožičavanja spojnih i sekcijskih polja s transformatorskim poljima, što bi s obzirom na veličinu
postrojenja bio zahtjevan zadatak za projektiranje i izvođenje.
Naime, oba transformatorska polja moraju dobivati informacije o stanjima aparata sa sekcijskog
polja koje se nalazi između njih (=J11 i =J12) te informacije o stanjima aparata sa ostalih sekcijskih polja
(=J22 i =J23, =J33 i =J34 te =J44 i =J1). Također, svako transformatorsko polje treba imati informaciju o
uklopnom stanju drugog transformatorskog polja. Na slici 5 se nalazi jednopolna shema postrojenja.
Najprije je potrebno napraviti data set-ove i GCB kojima se šalju podaci o stanju prekidača i
rastavne sklopke u navedenim poljima. Kao što je prethodnom tekstu spomenuto, u DS za horizontalnu
komunikaciju se „ubacuju“ podaci na razini data attribut-a. Tako se za stanje npr. prekidača koriste signali
LD0.DAXCBR1.Pos.stVal i LD0DAXCBR1.Pos.q Da bi se polje proglasilo uklopljenim, potrebno je da su
prekidač i rastavna sklopka uključeni. Za svako polje je napravljen GCB s jedinstvenom MAC adresom i
APPID-om. Potom, potrebno je odrediti koja polja međusobno razmjenjuju podatke (slika 4).
Sa slike se vidi da transformatorsko polje stanja aparata šalje svim sekcijskim poljima i drugom
transformatorskom polju. Sekcijsko polje =J11 stanja aparata šalje samo transformatorskim poljima =J6 i
=J19. Sekcijsko polje =J22 šalje stanje aparata transformatorskim poljima i sekcijskim poljima =J33 i =J44
dok sekcijsko polje =J33 stanje aparata šalje TP-ima i sekcijskim poljima =J22 i =J44. SP =J44 stanje
aparata.
Slika 4 Razmjena GOOSE poruka
4
Slika 5 Jednopolna shema TS Srđ 110/20(10)
5
Za prijem informacija se koristi blok GOOSEINTLKRCV. Signali koji se nalaze u GCB-ima se moraju
uvesti u konfiguraciju a to se radi pomoću ovog bloka. U Signal Matrix dijelu PCM600 programa se radi
povezivanje (slika 6). Nakon toga, se u Application Configuration radi logika za blokadu uklopa pojedinih
polja.
Slika 6 Uvođenje GOOSE poruka u konfiguraciju releja
Uklop TP je blokiran ako vrijedi:
 SP =J11 i drugo TP uklopljeno ili,
 Uklopljeno drugo TP i SP =J22, =J33, =J44.
Uklop SP =J11 je blokiran ako vrijedi
 Oba TP su uklopljena
Uklop SP =J22 je blokiran ako vrijedi:
 Oba TP su uklopljena i SP =J33 i =J44
Uklop SP =J33 je blokiran ako vrijedi:
 Oba TP su uklopljena i SP =J22 i =J44
Uklop SP =J44 je blokiran ako vrijedi:
 Oba TP su uklopljena i SP =J22 i =J33
Tablica 1 Uvjeti za blokadu uklopa polja
Blokada uklopa
Uvjeti
TP =J6 i =J19
SP =J11 i drugo TP uklopljeno ili Uklopljeno drugo TP i SP =J22, =J33, =J44
SP =J11
Oba TP su uklopljena
SP =J22
Oba TP su uklopljena i SP =J33 i =J44
SP =J33
Oba TP su uklopljena i SP =J22 i =J44
SP =J44
Oba TP su uklopljena i SP =J22 i =J33
Ukoliko GOOSE poruka iz bilo kojeg releja nije ispravna, blokira se uklop prekidača jer se smatra
da se nema pouzdanu informaciju o uklopnom stanju ostalih polja. U slučaju da je rastavna sklopka polja
isključena, za uklop prekidača se ne gleda stanje ostalih spojnih ili transformatorskih polja.
6
3.
ZAKLJUČAK
IEC 61850 je jedinstveni globalni protokol koji standardizira sve komunikacijske potrebe između
inteligentnih uređaja u postrojenju. Definira pravila za ostvarivanje interoperabilnosti između funkcija i
uređaja zaštite, upravljanja, nadzora i automatizacije bez obzira na proizvođača što je najveća prednost
ovog pristupa. Nadalje, korištenjem GOOSE poruka za izmjenu podataka ethernet mrežom (a ne
klasičnog ožičenja) smanjeni su troškovi montaže i ispitivanja, a automatski povećava pouzdanost
sustava. Koristeći ovaj pristup, također je moguće projektirati kompleksniju funkcionalnost bez obzira na
ožičenje, što dopušta velike performanse i mogućnost korištenja više podataka.
Primjenom GOOSE poruka na srednjenaponskim kompliciranim postrojenjima omogućava
automatiziranost bez korištenja hardware-a. Budući da je uvjetna zaštita sabirnica i zaštita od zatajenja
prekidača riješena žičano, korištenjem GOOSE inženjeringa se postiglo da se izbjegnu žičane blokade
koje bi dodatno komplicirale postrojenje.
5.
LITERATURA
[1]
IEC 61850-3 Communication networks and systems in substations – part 3 General requirements,
siječanj 2002.
[2]
K-P. Brand, M. Janssen, „The specificatio of IEC 61850 based susbstation automation systems“,
DistribuTech, 2005.
[3]
R. Mackiewicz, „Benefits of IEC 61850 networking“, UCA International Users Group, listopad 2004.
[4]
Seeley N.C., „Automation at Protection Speeds: IEC 61850 GOOSE Messaging as a Reliable,
High-Speed Alternative to Serial Comunications“, Schweitzer Engineering Laboratories, 2008.
7

Download Report