Chap3_Protocoles de Communication

Power Transmission and Distribution

Power Automation

Progress. It‘s that simple.

Communication dans les postes en IEC 61850 02/2007

1

Vue d‘ensemble n Situation actuelle de l‘automatisation des postes n Etat et contenu de l‘IEC 61850 n Nouvelle architecture n Noeuds Logiques n Services en IEC 61850 n Messages GOOSE

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Situation actuelle des protocoles de communication dans les postes.

Il y plus de 50 protocoles utilisés à travers le monde pour l‘automatisation des postes.

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Situation actuelle des protocoles de communication dans les postes. La plupart des protocoles sont conçus pour des courtes bandes passantes et pour des connections séries (conception depuis1985-1994 e.g. IEC 60850-5-103)

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Tendences technologique – vue d’ensemble

hier / aujourd‘hui

Monde analogique

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aujourd‘hui / futur

Monde numérique -> Ethernet grand public

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Exigences d‘utilisation à travers le monde

§ Système expensible à long terme. § Possibilité de combiner avec divers fabricants § Possibilité d‘échange de l‘équipement à long terme -> Activité de rénovation § Gagner du temps et réduire les coûts § Dépense d‘investissement et couts d‘opération. § Coûts et temps pour les changements et les extensions faites en service. § Temps de réalisation des projets § Complexité gérable § Homogénéité, conception auto - descriptive § Standardisation Page 6

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Technologie existante sur les postes Salle de contrôle

Niveau de contrôle

IEC 60870-5-101, DNP, ...

du poste IEC 60870-5-101 / 103, DNP, ...

Niveau Entrées / Sorties binaires cablés

secondary Niveau

100V..120V, 1A/5A

cablâge

Process

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Perspective dans le future – Scope de l’IEC 61850 Salle de contrôle

IEC 60870-5-104, DNP3, Futur: IEC 60870-5-101, DNP, ...IEC 61850

du poste Client / Serveur (Part 7 / 8)

Niveau secondary Niveau

GOOSE (Part 7 / 8)

Valeurs échantillonés (Part 9)

IEC 61850

Niveau de contrôle

Process

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Etat et contenu de l‘IEC 61850 Standard §

Coté système

Intro § Glossaire § Dispositifs d’exigence généraux § Management de Projet et Système § Exigence de communication §

1 2 3 4 5

prêt prêt prêt prêt prêt

§

Conception

6

ready

§

Data and Service Model § Intro § Modèle de donnée (Données de fonction) § Modèle de donnée (Attributs de Donnés) § Modèle de donnée, Modèle de service

7-1 7-2 7-3 7-4

ready ready ready ready

Cartographie à réseau de communication réel § Communication de poste § Valeures échantillonnées (2 Docs)

8-1 9-1, 9-2

ready ready

Tests de conformités

10

ready

§

§ Page 9

Etat

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The present solution: IEC 61850

IEC 61850 Un monde Un code commun pour l‘automatisation des postes à travers le monde.

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Premier fabricant à travers le monde avec un IEC61850 Certificat niveau A de KEMA pour tous les appareils

Niveau A pour les tests indépendant Niveau B pour les tests usine

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IEC 61850 – domaine d‘application actuels Gasisolierte Schaltanlagen Postes sous enveloppe métallique

Postes Mixtes Hoch Integrierte Schaltanlage HIS®

IEC 61850 Postes ouverts

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Cellueles moyenne tension

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Inter - operabilité Quelles sont les exigences de l‘inter – opérabilité? Standardisation uniforme: § Service (Modèle de service) § Langage (Modèle de données) § Protocole (TCP – IP (Reporting), Ethertype (GOOSE)) § Communication moyenne (Ethernet) § Engineering date-exchange (langage XML) § Test de conformité IEC 61850 remplit ces exigences Page 13

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Qu‘est ce que IEC 61850 accomplie?

Configuration du système Langage standardisé pour la description du poste

Communication standard avec TCP - IP

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Définit les structures pour la protection et le contrôle

IEC 61850

Basé sur les standard Ethernet (e.c. Ethertype)

Communication entre les appareils de travées Enregistreur de défauts en format Comtrade

Synchronisation d‘horloge avec SNTP

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La nouvelle architecture offre des avantages

Intelligence distribuée n Il n‘y a plus la configuration classique Maître/Esclave et goulot d‘étranglement Réseau TCP/IP Outil d’ingenierie DIGSI SAT - Toolbox

HMI

Unitée de poste avec time – server (CLIENT)

SCADA – WAN

Station bus Ethernet IEC61850

Serveurs Communication indépendente

Process

Architecture Client / Serveur avec intelligence distribuée. Page 15

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Architecture Client-Serveur

Client

Client

Client

•Le Client tient les connections avec plusieurs serveurs • Les serveurs rapportent l‘information au client

serveur

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serveur

serveur

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Architecture Client-Serveur Client

serveur

Page 17

Client

serveur

Client

serveur

•Les serveurs supportent les connexions avec plusieurs clients simultanement (max. 5 clients avec la permission des appareils SIPROTEC 4)

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L’idée derrière l’IEC 61850: Noeuds logiques Concept d’un noeud logique (LN) Donnée de configuration (ON, OFF, test..) Donnée d’entrée

Donnée de sortie

r

Fonction de base (e.g. fonction de protection) >blocage LN

Démarrage Déclenchement

§ Les fonctions restent à spécifier par le vendeur § Les signaux pour l’échange de donnée deviennent standardisés (signaux obligatoires, e.g. démarrage) § Même les signaux privés du fabricant peuvent être décrits avec un LN standard (GGIO) Page 18

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Noeuds logiques: Il y a environ 90 noeuds disponibles. Indicateur de groupe A C G

Groupe de noeuds logiques MMXU MMTR Controle automatique MSQI Contrôle de surveillance MHAI MDIF Références de fonctions génériques

I

Interface et archivage

L

Noeuds logiques du système

M

Mesures et comptage

P

Fonctions de protection

R

Fonction lies à la protection

S

Capteurs

T

TC / TT

X Y Z

PSCH PTEF PZSU PDIS …plus

Schéma de protection Défaut terre passager Sous vitesse (ou zéro) Protection distance

SIMG Unitée de mesure d‘isolation PSEM SARC Surveillance des arcs Transformateur de puissance SPDC Surveillance des décharges partielles Autres équipements de puissance

XCBR XSWI Page 19

Mesure Comptage Sequence et déséquilibre Harmoniques et Inter-harmoniques Mesures différentielles

Disjoncteurs Sectionneurs SIEMENS SAS

L’idée derrière IEC 61850 Un relai est composé par des noeuds logiques Association d‘environ 90 Noeuds logiques LN CSWI LN CSWI

IED A e.g. 7SA6

LN PDIS LN XCBR

LN PTOC LN CSWI LN PTOC

IED B e.g. 7SJ6 Page 20

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Exemple de modélisation Exemple:

Unitée de travée avec protection Max I temporisée, contrôle et mesure. IED1 PTOC GGIO CSWI MMXU

Nom de l’appareil LD PROT: Max I temporisé LD EXT: Indication spécifique Siemens LD CTRL: Switch Control LD MEAS: Unité de mesure

IED1 IED2 XCBR

LD CRTL: Disjoncteur

IED - Intelligent Electronic Device (chaque appareil avec une interface de communication) Page 21

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IEC 61850-7: Addressage “Commande Disjoncteur”

CRTL/Q0CSWI1.Pos.stVal

Nom attribué (fixé) Nom d’objet de donnée (fixé) Nom logique du noeud, Suffixe (libre) Nom logique de la classe (fixé) Nom logique du noeud, Preffixe (libre) Nom logique de l’appareil (PROT, CTRL, MEAS, EXT) (free) Page 22

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IEC 61850: Exemple de modélisation CTRL

Appareil de contrôle

+

Q1CSWI

+

Q0XCBR Q0CSWI Mode Beh Health NamePlt Loc OperCnt Pos PosA PosB PosC OpOpn OpCls

+ + + + + + + + + + + +

CTRL/Q0CSWI.Pos Mode Behavior Health Name plate Local operation Operation counter Switch position general Switch Position Phase A Switch Position Phase B Switch Position Phase C Operation “open switch” Operation “close switch”

+ + Page 23

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IEC 61850: Exemple de modélisation Appareil logique

CRTL + + + + + + + + +

PTOC RREC Q0CSWI Mode Beh Health NamePlt Loc OperCnt Pos

CRTL.Q0CSWI.Pos.stVal = 1 means, that the circuit switch is in OFF position

Mode Behavior Health Name plate Local operation Operation counter Switch position general

ctlVal stVal pulseConfig operTim q …more Page 24

CTRL/Q0CSWI.Pos

État intermédiaire off on Mauvais état

(0) (1) (2) (3) SIEMENS SAS

IEC 61850 modelisation d’un appareil SIPROTEC 4 Nom d’appareil Appareil logique (CTRL) Appareil logique (PROT) Noeud logique (PDIS1)

Nom d’objet donnée (str -> démarrage)

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IEC 61850: Services

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n

Contrôle (normal/amélioré, séléctionner au préalable)

n

Rapport mis en mémoire tampon ou non

n

Enregistrement

n

GOOSE (Rapide communication entre travées)

n

Substitution

n

Jeu de paramètre

n

Valeur échantilloné

n

Synchronisation d’Horloge (SNTP)

n

Transfert de fichier et autres services (enegistrement de défaut)

Les services supportés d‘un appareil doivent êtres décrites dans les PICS (La déclaration de conformité de mise en oeuvre de protocole).

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IEC 61850 – Principe du GOOSE Un appareil envoie des informations par multidiffusion (le message à tous). Seuls les appareils qui sont souscrivant prennent en compte le message. Par exemple: Receveur Z est abonné au message. Receveur Y n’est pas abonné mais écoute quand même le message.

e.g. démarrage 50 50--1

Ethernet

GOOSE Appareil transmetteur X

Message GOOSE

EXEMPLE:

GOOSE Appareil receveur Y

GOOSE Appareil receveur Z

GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) Page 27

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IEC 61850 – Principe du GOOSE Marquage prioritaire des Télégrammes GOOSE (Ethertype) LesSwitches Ethernet devraient supporter cette fonction Voie de passage pour l‘IEC GOOSE rapide GOOSE

Télégrammes normaux Buffer for normal telegrams

Seul l‘IEC 61850 bénéficie des avantages récent du 100 Mbit-Ethernet.

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Cette caractéristique n‘est pas possible avec UCA2.0, DNP et T104 !

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Comment fonctionne les GOOSE: Messages GOOSE cycliques et spontanées

50--1 demarrage venant 50

50--1 démarrage partant 50

50-1 démarrage partant 50Signal logique du PTOC 1

GOOSE cyclic 50-1 démarrage 50-

GOOSE cyclique 50--1 démarrage 50

intervale Z= 1s

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t

GOOSE spontané 50--1 démarrage 50 GOOSE spontané 50--1 démarrage 50

S 2S

4S

5 10 ms

20 ms

tS = 8S 40 ms

GOOSE cyclique 50--1 démarrage 50

S 2S 5

10 ms

t

• Intervale cyclique e.g. Z = 1 s (pour la surveillance de l‘état des messages GOOSE reçu par le receveur: ici OC-Feed4) • Commutation de cyclique à spontané lorsque le signal change (démarrage 50 -1). • N répétitions spontanées tS = 2N*S (N=0,1,2,3…for tS < Z, S = 5 ms) • Commutation de spontané à cyclique lorsque > Z SIEMENS SAS

IEC 61850 – Ready for Use • Les specifications IEC 61850 ont été approuvées comme standards internationaux • Les outils pour l‘analyse et les tests sont disponibles. • Les tests d‘interopérabilité ont été mené avec succès.

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Configurer protection en 61850 Les protections doivent être paramétrées pour pouvoir communiquer en IEC 61850. Les informations : ‘‘Nom IED‘‘, ‘‘Adresse IP‘‘ et ‘‘Masque de sous réseau‘‘ sont concernés.

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Affectation des signaux IEC61850 Toutes les informations que l‘on souhaite être émise par les appareils doivent être renseignés dans la matrice d‘afféctation, respectivement pour chaque appareil.

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Station IEC61850 Tous les appareils IED du postes que l‘on souhaite faire communiquer doivent être abonnés dans la station, puis la station doit être actualisé. Après une modification sur un relai, la station doit être ré-actualisée.

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Station IEC61850 Lorsque l‘on ouvre la station, on peut observer tous les appareils qui y sont reliés, ainsi que leur nom IED et leur Adresse IP.

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Etablir les GOOSE

Un GOOSE, étant une communication entre IED, doit être établit dans les matrice d‘affectations des appareils concernés. Si l‘on veut qu‘un appareils reçoivent un signal venant d‘un autre appareil, il faut créer ce signal dans sa matrice d‘affectation en tant que signalisation externe, le nommer et l‘affecter comme information source.

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Etablir les GOOSE Une fois actualisé, le signal crée apparaitra dans la station comme cible. Il est alors possible de le faire correspondre à l‘un des signaux émis par les autres IED de la station.

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GOOSE - Etat invalide

Il est d‘usage de faire passer l‘information GOOSE reçu par une porte SI_GET_S pour pouvoir fixer l‘état à donner en cas d‘invalidité du signal reçu. Le signal GOOSE est particulièrement susceptible d‘être considéré invalide, nottament en cas de défaut de communication.

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