Der Kommunikationsprotokollstandard IEC 61850 für elektrische Unterstationen ermöglicht die Integration aller Schutz-, Steuer-, Mess- und Überwachungsfunktionen über ein gemeinsames Protokoll. Es ermöglicht Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Unterstationen, stationsweite Verriegelung und andere Funktionen, die eine Kommunikation zwischen IEDs erfordern = blaue Kästen in der folgenden Abbildung.
Die gut beschriebene Datenmodellierung, die spezifizierten Kommunikationsdienste für die neuesten Aufgaben in einer Station machen den Standard zu einem Schlüsselelement in modernen Unterstationssystemen.
Dieses Handbuch beschreibt hauptsächlich, wie die IEC 61850-Norm in AC500 angewendet wird. Referenzen und kurze Beschreibungen der IEC 61850-Norm sind ebenfalls in diesem Einführungskapitel enthalten. Es wird jedoch vorausgesetzt, dass der Leser über Grundkenntnisse der IEC 61850 verfügt.
Um die Norm IEC 61850 zu verstehen und die entsprechenden Informationen zu finden, sind die folgenden Teile der Norm wichtig:
Part 5: Kommunikationsanforderungen für Funktionen und Gerätemodelle
Die IEC 61850-5 erklärt, wie die Funktionen der Unterstationen durch logische Knoten = Funktionsbausteine, die in den IEDs ablaufen, realisiert werden. Für den Betrieb eines Trenners von der Stationsebene aus sind beispielsweise die logischen Knotenpunkte erforderlich: „IHMI“, „CSWI“, „CILO“ und „XSWI“.
Part 7-4: Kompatible logische Knotenklassen und Datenklassen
Die logischen Knoten und ihre Datenobjekte sind in der IEC 61850-7-4 definiert, z. B. „CSWI“, was eine Abkürzung für „Switch Controller“ ist.
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CSWI-Klasse |
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|---|---|---|
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Name des Datenobjekts |
Gemeinsame Datenklasse |
Erläuterung |
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Status-Informationen |
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LocKey |
SPS |
Lokaler oder entfernter Schlüssel |
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Standort |
SPS |
Lokales Steuerungsverhalten |
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OpOpn |
AKT |
Bedienung "Schalter öffnen" |
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SelOpn |
SPS |
Auswahl "Schalter schließen" |
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OpCIs |
AKT |
Bedienung "Schalter öffnen" |
|
SeLCIs |
SPS |
Auswahl "Schalter schließen" |
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Kontrolliert |
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OpCntRs |
INC |
Rücksetzbarer Betriebszähler |
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LocSta |
SPC |
Schalthoheit auf Stationsebene |
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Pos |
DPC |
Schalter, allgemein |
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PosA |
DPC |
Schalter L1 |
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PosB |
DPC |
Switch L2 |
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PosC |
DPC |
Switch L3 |
Part 7-3: Gemeinsame Datenklassen
Datenobjekte basieren auf gemeinsamen Datenklassen, die in der IEC 61850-7-3 definiert sind, zum Beispiel basiert das Datenobjekt „Pos“ (Position) von „CSWI“ auf der Datenklasse „DPC“ (Double Point Controllable).
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DPC-Klasse |
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Name des Attributs |
Attribut Typ |
FC |
TrgOp |
Wert / Wertebereich |
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Kontrolle und Status |
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ctlVal |
BOOLEAN |
CO |
aus (FALSE), ein (TRUE) |
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|
operTm |
TimeStamp |
CO |
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Herkunft |
Originator |
CO, ST |
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|
ctlNum |
INT8U |
CO, ST |
0...255 |
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|
stVal |
CODED ENUM |
ST |
dchg |
Zwischenzustand, Aus, Ein, Schlecht-Zustand |
|
q |
Qualität |
ST |
dchg |
|
|
t |
TimeStamp |
ST |
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|
stSeld |
BOOLEAN |
ST |
dchg |
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|
Konfiguration, Beschreibung und Erweiterung |
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pulseConfig |
PulseConfig |
CF |
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|
ctlModel |
CtlModels |
CF |
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|
sboTimeout |
INT32U |
CF |
||
|
sboClass |
SboClasses |
CF |
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|
d |
SICHTBARE ZEICHENFOLGE255 |
DC |
Text |
|
|
dU |
UNICODE-ZEICHENKETTE255 |
DC |
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Datenattribute können durch ihren vollständigen Pfad adressiert werden, z. B. „CSWI.Pos.stVal“ enthält den Schalterstatus eines bestimmten Trennschalters und kann die Werte: ein, Zwischenzustand oder aus (schlechter Zustand nur bei defekten Hilfsschaltern) haben.
Part 7-2: Abstrakte Kommunikationsdienst-Schnittstelle (ACSI)
Abstrakte Kommunikationsdienste zwischen logischen Knoten werden in IEC 61850-7-2 beschrieben. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Client (z. B. „IHMI“) sendet einen Betriebsbefehl („Oper_req“) an ein Steuerobjekt (z. B. „CSWI“). Die Kontrollobjekte senden sofort eine Bestätigung („Oper_rsp“) und einen Bericht mit dem aktualisierten Status („Report_req“), nachdem „CSWI.Pos.stVal“ auf off geändert hat.
Ein weiterer Dienst ist GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event), der für schnelle Kommunikation wie das Auslösen eines Leistungsschalters oder einer Verriegelung verwendet wird. GOOSE-Nachrichten werden immer erneut übertragen. Langsam unter stabilen Bedingungen und schnell, wenn ein Ereignis eingetreten ist.
- T0
-
Erneute Übertragung unter stabilen Bedingungen (lange Zeit kein Ereignis).
- (T0)
-
Die Rückübermittlung unter stabilen Bedingungen kann durch ein Ereignis verkürzt werden.
- T1
-
Kürzeste Neuübertragungszeit nach dem Ereignis.
- T2, T3
-
Rückübertragungszeiten bis zum Erreichen der stabilen Bedingungen.
Part 8-1: Abbildung spezifischer Kommunikationsdienste (SCSM)
Das Kommunikationsprofil (IEC 61850-Stack) ist in IEC 61850-8-1 beschrieben. Dieser Teil der Norm bildet die abstrakten Dienste der IEC 61850-7-2 auf konkrete Kommunikationsprofile ab: Während die ASCI-Kerndienste wie Kontrolle und Berichterstattung MMS und TCP/IP nutzen, arbeitet der schnelle GOOSE-Dienst direkt auf der Schicht Ethernet.
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IEC 61850-7-2 |
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Client/Server |
GOOSE |
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Anwendung |
MMS (ISO 9506) |
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Präsentation |
ASN.1 |
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Sitzung |
Sitzung |
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|
Transport |
TCP |
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Netzwerk |
IP |
Ethertyp |
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Datenverbindung |
Ethernet |
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Physisch |
Physisch |
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Part 6: Sprache der Konfigurationsbeschreibung
SCL (Substation Configuration Language) ist in der IEC 61850-6 beschrieben. Die SCL ist eine XML-basierte Definition für die Beschreibung von Unterstationen mit einer Leitung, IEDs mit logischen Knoten und deren Kommunikation über einen Kommunikationsbus.
Es werden die folgenden Arten von SCL-Dateien unterschieden:
-
SSD (System Specification Description), in der die einzelne Leitung und die erforderlichen logischen Knoten beschrieben werden.
-
ICD (IED Capability Description), die die Fähigkeit (mögliche logische Knoten) eines IED-Typs enthält.
-
CID (Configured IED Description), die die Konfiguration eines konkreten IED mit instanziierten logischen Knoten, Diensten und Kommunikationsadressen enthält.
-
SCD (Substation Configuration Description), die eine Beschreibung der gesamten Unterstation enthält, bestehend aus einer einzelnen Leitung, einem Kommunikationsbus und IEDs mit logischen Knoten, die mit den primären Geräten im Unterstationsabschnitt verbunden sind.
Der Teil IEC 61850-6 umfasst auch die Rollen der verschiedenen Werkzeuge sowie die technischen Konzepte. Dabei wird zwischen dem systemweiten Engineering mit einem Systemkonfigurator und dem IED-spezifischen Engineering mit einem IED-Konfigurator unterschieden.
Teil 10: Konformitätsprüfung
Konformitätsprüfungen und die Grundlage für Konformitätsdokumente werden in IEC 61850-10 behandelt.
Abkürzungen
Kurze Liste der IEC 61850-bezogenen Abkürzungen.
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ASCI |
Abstrakte Schnittstelle für gemeinsame Dienste |
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CID |
SCL-Typ: Konfigurierte IED Beschreibung |
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CILO |
Logischer Knoten in der Gruppe "C - Steuerfunktionen": Interlocking |
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CSWI |
Logischer Knoten in der Gruppe "C - Steuerfunktionen": Switch Controller |
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DPC |
Gemeinsame Datenklasse "kontrollierbarer Doppelpunkt" |
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GOOSE |
Generisches objektorientiertes Unterstationsereignis |
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ICD |
SCL-Typ: IED-Fähigkeit Beschreibung |
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IED |
Intelligentes elektronisches Gerät (z. B. Steuer- oder Schutzrelais, AC500, ...) |
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IHMI |
Logischer Knoten in der Gruppe "I - Schnittstelle und Archivierung": Allgemeine Mensch-Maschine-Schnittstelle |
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MICS |
Modellierungsinformationen Konformitätserklärung |
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MMS |
Spezifikation für Fertigungsmeldungen, ISO 9506 |
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PICS |
Protokollinformationen Konformitätserklärung |
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PIXIT |
Protokoll Zusatzinformationen |
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Pos |
Position eines Schalters oder Leistungsschalters |
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SCD |
SCL-Typ: Unterstation Konfiguration Beschreibung |
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SCL |
Sprache für die Konfiguration der Unterstation |
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SSD |
SCL-Typ: System Spezifikation Beschreibung |
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stVal |
Status Wert |
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TCP/IP |
Transmission Control Protocol / Internet Protocol |
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TICS |
Tissue Information Konformitätserklärung |
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XSWI |
Logischer Knoten in der Gruppe "X - Schaltanlagen": Schalter, Trennschalter oder Erdungsschalter |
Weitere Abkürzungen sind in der Norm zu finden:
IEC 61850-2: Glossar - Begriffe und Definitionen, Abkürzungen
IEC 61850-7-3: Liste aller gemeinsamen Datenklassen, wie DPC
IEC 61850-7-4: Liste aller logischen Knoten, wie CSWI