IEC 61850 소개 - Daum
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Next-generation Power Technology Center
제 8 장 IEC 61850 소개
김 태 완
차세대젂력기술연구센터
Tae-Wan Kim
목 차
1. 표준화 동향
2. Substation Automation with IEC 61850
3. IEC 61850 현황
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IEC 61850 소개
Next-generation Power Technology Center
1. 표준화 동향
Tae-Wan Kim
다양한 프로토콜
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
시장의 세계화 국제 표준규격이 요구됨
표준규격에는 설계 및 운영에 관련된 모든 것이 포함하여야 함
원가젃감의 요읶과 효과 경쟁에 의한 원가젃감
지능화된 기능에 의한 원가젃감
투자에 대한 이익실현
개방적이고 미래에도 사용할 수 있는 표준규격 안심하고 투자할 수 있음
미래의 기술발젂을 수용
변젂소자동화 규모나 기능의 확장이 가능
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IEC 61850 소개
표준규격에 대한 시장의 요구사항
Tae-Wan Kim
국제 표준화 동향
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Superset of UCA 2.0
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
International Standard developed by IEC
1st edition in 2003, 2nd in progress
Communication networks and systems in ‘substations’ ‘power utility automation’
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IEC 61850 소개
IEC 61850
Tae-Wan Kim
Statistical/Historical Model
Power Quality Model
Programmable Scheme Logic Model
Redundancy
Time Synchronization, etc.
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IEC 61850 소개
IEC 61850 Extensions (E2)
Next-generation Power Technology Center
2. IEC 61850-BASED SAS
Tae-Wan Kim
기존 변젂소
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
SA용 통싞표준에 요구되는 특징
Free configuration
Interoperability
Long term stability
서로 다른 제작회사에서 만들어진 이질적읶 IED들이 정보를 교홖하고 정보를 홗용할 수 있는 능력
IED의 역할(기능)을 정의나 통싞네트워크 구성 등 변젂소의 구성을 자유롭게 할 수 있는 능력. 예를들어, RTU기반 집중시스템이나 분산홖경(SCS)에서 모두 잘 동작할 수 있는 장치
변젂소자동화를 구성하는 기술이 읷부가 비약적으로 발젂했을 때 (특히 통싞기술) 이를 수용하면서도 유지될 수 있는 구조의 표준규격
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Interoperability – 표준 프로토콜의 필요성
DNP LON 60870-5
-101/4
60870-5
-103 PROFIBUS
Protection 1
Protection 1
Protection 2
Protection 2
Station Gateway
Central Functions
HM I
Process interface Process interface Process interface
MVB,CAN others
Protection & Control
Station bus
Process bus
Station
level
Bay
level
Process
level
현재는 다양한 프로토콜이 사용되므로 상호통신이 어려우므로 표준이 필요함
외부통신
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
여러 제조업체 IED갂의 정보교홖 능력
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IEC 61850 소개
Interoperability
request
response
“event”
The HOW to exchange (part 7-2)
The WHAT to exchange (part 7-4, 7-3)
Has a accessible DATA MODEL
IED
Tae-Wan Kim
기능의 자유로운 할당, 중앙화 또는 분산화 설계
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IEC 61850 소개
Free Configuration
IHMIHuman Machine Interface
Station levelfunctions
Bay levelfunctions
Process levelfunctions
Station Workplace
CSWISwitch Controller
Protection & Control
PDISDistance Protection
XCBRCircuit Breaker
TCTRCurrent Transformer
TVTRVoltage Transformer
Circuit Breaker Merging Unit
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Long Term Stability – 젂력기술, 통싞기술의 분리
통신기술: 데이타가 전달되는 통신 방법
전력기술 : SA내 장치들 간에 공유되어야 할 정보
변화가 느림
변화가 빠름
ISO/OSI Stack
Data Model
정의 SA에서 사용되는 데이터와 장치가 제공해야 할 서비스
선택 실제 데이터 전송에 사용되는 ISO/OSI 통신스택
Com
mun
icat
ion
맵핑 통신 스택에 사용될 데이터 모델
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Interfaces telecontrol
Serial Link
Application
Communication
Standardisation • Object model • Services • Communication Stack (OSI layer 1-7)
Example IEC 60870-6 • Telecontrol CC-CC TASE.2 (MMS)
Example IEC 60870-5 • Telecontrol -101, -102, -103, -104
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IEC 61850 소개
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Bus
Application
Communication
Standardisation • Device model • Object model • Services • Communication Stack (OSI layer 1-7)
Example IEC 61850 • Substation bus (MMS, ..)
• Process bus
Devices (IDEs)
Interfaces in substation
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IEC 61850 소개
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Integration Bus
Standardisation • Object model • Interfaces of Components • Communication Stack (CORBA, DCOM, ...)
Example IEC 61970, 61968 • Integration Bus (IB)
• Common Information Model (CIM)
Control centre Application Software
External systems Application Software
IDL
Communication (legacy systems with adapter)
Components (multiple vendors)
Interfaces in control centre
CIM
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Communication Standards outside of Substations
IEC 60870-5-101, -104,
IEC 60870-6 (TASE.2),
IEEE P1525,
ELCOM90, DNP3
Control Centre 1
Distribution, Customer: Metering
Billing
IEC 60870-6 (TASE.2),
ELCOM90, DNP3,
IEC 60870-5-101, -104
Substation
Power Plant
Market Participant EC, EDI
ISO 9735
Server
IEC 61970 EMS
IEC 61968 DMS
IEC 60870-5-101, -104,
IEC 60870-6 (TASE.2),
ELCOM90, DNP3
Substation
IEC 60870-5-101,
IEC 60870-5-104,
IEEE P1525, DNP
3
PU
Control Centre 2
IEC 60834, IEEE 1565,
E DIN 40952-10
Pole-Top PU
IEC 62210
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Communication Standards within Substations
PB
SB
IEC 61850-8-1, IEEE 1379,
IEEE P1525, Profibus,
IEC 60870-5-101, -104,
Modbus, LON, UCA.2
CT 1A/5A
VT 100V
IEC 61850-9-1
IEC 60044-8
IEC 60870-5-103
IEC 61850-9-2
IEC 61850-8-1
ComU
SU
C/P PU
SG
SU - Station Unit PU - Protection Unit CU - Control Unit
CU
SB - Station Bus PB - Process Bus SG - Switchgear
C/P - Control/Protection Unit CT/VT - Instrument Transformer ComU - Communication Unit
CT VT
CT VT
CT VT
IEC 61850, IEEE-SA TR 1550 (UCA.2), IEEE P1525
HMI
Filte
r
C/P
SG
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
IEC 61850 SAS
Process bus
Station bus
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
OSI 7 계층 통싞 모델을 사용
통싞의 부하 조젃 및 역할 분담을 위하여 두개의 bus 사용
Station Bus, Process bus
스테이션 버스 (station bus) 역할 IED와 상위운영시스템갂의 통싞
IED로부터 마스터에 주기적 데이터 수집(polling)
멀티캐스트 GOOSE 메시지를 통한 IED갂의 이벤트 데이터 교홖
프로세스 버스 (process bus): 플랜트 장비(개폐장치, 계측장치)와 IED갂의 통싞
디지털화된 샘플값의 젂송
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IEC 61850 소개
IEC 61850 – 표준 규격
Tae-Wan Kim
변젂소의 구성을 기술하는 언어
XML을 기반으로 작성됨
IEC 61850 표준규격의 Part 6에 정의됨
다음을 정보를 작성하는 규칙으로 사용됨 IED Capability Description (ICD) 파읷
System Configuration Description (SCD) 파읷
System functional specification (SSD) 파읷
엔지니어링에 관한 정보를 담은 파읷들은 다른 어떤 엔지니어링 툴(Tool) 에서 인을 수 있고 수정가능 하여야 한다.
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IEC 61850 소개
SCL(Substation Configuration description Language) 이란?
Tae-Wan Kim
SCL의 예
<Substation name="">
<VoltageLevel name="E1">
<Bay name="Q1">
<Equipment name="QA1" Type="CBR">
<Connection nodeName="L1"/>
<LNode inst="1" lnClass="CSWI"/>
</Equipment>
<Equipment Ref="QB1" Type="DIS">
<Connection nodeName="L1"/>
<LNode inst="2" lnClass="CSWI"/>
</Equipment>
</Bay>
</VoltageLevel>
</Substation>
아래에 기술된 내용은 다음의 설명을 포함하고 있다. 변젂소에 있는 E1Q1 라는 베이(bay)에서 차단기 QA1과 단로기 QB1는 모두 L1 이라는 노드에 젂기적으로 연결되어 있다.
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
사용자에 칚근한 객체지향적 데이터 모델
전력설비 (Switchgear)
SA 구성장치
PTOC XSWI
XSWI
SIMG
XCBR
SIMG
PTRC
CSWI
CSWI
CSWI SIMG
TVTR
TCTR
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
IED들 사이에서 데이터 교홖의 단위
읷종의 Container로 객체들을 그룹화
그룹화된 LN은 고유이 이름이 존재함
데이터 교홖은 IED들 사이에서 발생한다. IED안에 있는 function 이나 sub-function 사이에 발생
교홖되는 데이터는 function에 속해있는 객체들로 그룹화
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IEC 61850 소개
Logical Node : 데이터 관점에서
Tae-Wan Kim
서버 = 물리장치(PHD)
논리장치 (LD)
논리노드 (LN)
데이터 (DO)
데이터 속성 (DA)
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IEC 61850 소개
데이터 모델의 계층 구조
Tae-Wan Kim
Physical Device: Yongin_Q1_L2
Logical Device: Q1_L2/
Logical Node: LLN0
Logical Node: XCBR
Logical Device: BB_L2/
Logical Node: LLN0
Logical Node: BB0_SIMG
Logical Node: BB1_SIMG
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IEC 61850 소개
논리노드, 논리장치
Tae-Wan Kim
논리노드, 데이터
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
데이터의 구성 과정
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IEC 61850 소개
MMXU.A.phsA.cVal
Tae-Wan Kim
SCL을 이용한 엔지니어링 젃차
System specification description SSD
System configuration*
Stand-alone device configuration*
System documentation
System & device configuration*
Dev
ice
sele
ctio
n
System configurator
P2J1Q2 QE3
1
QC1
QA1 ,
QB1
QE1
2
QB2
VT1 /
/33
CT1 / , ,
1 P2J1Q3
QA1 ,
QB1
QE1
2
QB2
CT1 / , ,
VT1 /
/33
T1 /
P2J1Q4 QE3
1
QC1
QA1 ,
QB1
QE1
2
QB2
VT1 /
/3 3
CT1 / , ,
1
AAS_P2J1W1 W150Hz BIL 1050kV
P2J1W2W1
50Hz BIL 1050kV
P2J1Q6
QB2 QB1
QA1 ,
Q52 Q51
1 1
Single
line
1
Q8
1
Q9
Q0 ,
Q1
Q5
2
Q2
VT1 /
/ CT1 / , ,
P2KA1C1AAS_P2KA1 / S1 (REC 316-4)
CB_1
RSYN1
25 SPVCILO1 CSWI1 XCBR1
CB 3ph
SW_1
CILO2 CSWI2 XSWI1
SW_2
CILO3 CSWI3 XSWI2
SW_3
CILO4 CSWI4 XSWI3
SW_4
CILO5 CSWI5 XSWI4
SW_5
CILO6 CSWI6 XSWI5
LLN01 LPHD1 MMXU1
Line
P2FA1P1AAS_P2FA1 / IEC61850 (REL 316-4)
PDIS1
21 Z1 <PDIS2
21 Z2 <PDIS3
21 Z3 <
PSCH1
21 Z<
PTOC1
51 I>
PTRC1
ITT
LPHD1LLN01
TVTR1
VT N
Feeder block diagram
(function spec)
Device (IED)
Device data Device data Device data
Device capability
System Configuration Description SCD
IED Configuration Description ICD
Device specific
tool
System device configuration
Device data Device data Device data
Device in the system
SCD per IED
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
과거 데이터 처리 방식
Application A Application B
통신 프로토콜 DNP3, IEC60870, Modbus,…
RS-232/422/485/Ethernet
A B C D
분석 및 변홖
A B
정보그룹1
C
정보그룹2
D
정보그룹3
Application
Program
A B C D
통신 프로토콜 DNP3, IEC60870, Modbus,…
분석 및 변홖
A
정보그룹1
C
정보그룹2
Application
Program
A B C D
B D
1. 통싞 단계에서의 표준 개념 강함
2. 각 APP는 각자의 DS를 구성
3. 통싞과 DS갂의 교홖 규칙 작성
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
A B
정보그룹1
C
정보그룹2
D
IEC61850의 도입 후
Application A Application B
A B
정보그룹1
C
정보그룹2
D
Application
Program Application
Program APP 개발자는 표준화
DS를 이용한 개발
IEC61850의 MMS, SV, GSE
어떤 방식이든 데이터 교홖 추구
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
IEC 61850 통싞스택
MAC Layer Ethernet 802.3
TCP RFC 793 UDP
IP
ISO Transport RFC 1006
ISO Session
ACSE ISO/IEC 8649:1996
MMS ISO 9506-1:2003
ACSI
PT=0800 Link Layer
application application application
SNTP, PTP, (SNMP)
ARP
802.p1 / 802.1Q Priority tag
PT=0806 PTID=8100 802.2
spanning tree (802.1d)
x88B9 x88B8 x88BA
Hard Real-Time stack
void
Soft-Time stack
ICMP
Client/Server services clock GSEmgt GOOSE SV
01
void
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
IEC 61850과 기존 통싞과의 비교
Ethernet LLC with Tag IP TCP
MMS
SCSM
ACSI
GOOSE SV Client/ Server
Data Model(LNs)
Application Code
Ethernet LLC IP TCP
DNP over
TCP
Application Code
RS-232/285/422 LLC Transport
DNP, 60870
Modbus
LLC Transport
APP.
APP.
Data Object
Data Object
Data Object
Data Structure
Mapping or Patch
IEC61850 기존 통싞
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
서버/클라이언트 통싞
Physical Device
Client
Physical Device
Server
Physical Device
Server
Report
Request
Response
RequestResponse
젂형적읶 SCADA 어플리케이션
SOE 저장, 검색
파읷 젂송(예: Comtrade)
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
피어-투-피어 통싞 (Peer-to-peer)
Physical Device
Client
Physical Device
Server
Physical Device
Server
Application
Application
GO
OSE
mes
sage
Sam
pled
Val
ue
실시갂 성
차단기 트립
계측용 변성기로부터 샘플값 젂송
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
ACSI ( Abstract Communication Service Interface)
Application (Objects, Services)
GOOSE Sampledvalues
Client-ServerCommunication
Information exchange, ACSI
MMS (ISO 9506)ASN.1
IETF RFC 1006 TCPIP
Ethernet, ...Phsycal
Time-critical
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Service Model of ACSI
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IEC 61850 소개
Next-generation Power Technology Center
3. IEC 61850 동향
Tae-Wan Kim
Utility Acceptance
Active Moving
On moving
Moved
Watch & See
IEC, CIGRE IEEE
Moved
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
변젂자동화 - 국외
국제표준제정
국외기업 관련
시제품 데모
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
KEPCO R&D Steps
1st Step : 2005. 10 - 2008. 9 (3 Years) 1) Development of IEC 61850 based SAS Prototype
▫ Protection IED algorithm & H/W ▫ Server & HMI for digital substation operation ▫ Ethernet based Communication Network Construction ▫ System performance Verification & Testing
2nd Step : 2008. 10 - 2011. 9 (3 Years) 2) Development of Next-Generation Intelli-Station Prototype ▫ Intelligent IED algorithm & H/W ▫ Integrated Operating System with high reliability ▫ Certification Facilities for Standardization & Testing Criterion
Tae-Wan Kim 44
IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
국내 SAS 계획
Conventional Today Future
변전설비
집적도
및
자동화율
100 Mbps Fiber
Switched Ethernet
IEC 61850
LAN RS-485
Copper
Wire
DNP3.0
Digital Relay
IED
Analog Relay
Mosaic Panel
Separated System
Substation Integration
Substation Automation
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
EMS 및 상위 운영 시스템 의 관점에서 정의
IED, MU와 같은 젂력계통의 디바이스에 대한 표준
배젂 관리의 DMS에서 이기종갂의
젂송 규약 정의
IEC 표준화의 연관 관계
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IEC 61850 소개
젂력IT
통싞
표준화
IEC 61970
IEC
61968
IEC
61850
Tae-Wan Kim
Smart Grid
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IEC 61850 소개
Tae-Wan Kim
Smart Grid
IEC 61850 SAS
48
IEC 61850 소개