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

2

IEC 61850 소개

Next-generation Power Technology Center

1. 표준화 동향

Tae-Wan Kim

다양한 프로토콜

4

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

5

IEC 61850 소개

표준규격에 대한 시장의 요구사항

Tae-Wan Kim

국제 표준화 동향

6

IEC 61850 소개

Tae-Wan Kim

Superset of UCA 2.0

7

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’

8

IEC 61850 소개

IEC 61850

Tae-Wan Kim

Statistical/Historical Model

Power Quality Model

Programmable Scheme Logic Model

Redundancy

Time Synchronization, etc.

9

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

Tae-Wan Kim

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

Tae-Wan Kim

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

Tae-Wan Kim

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

20

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

21

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.

24

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

40

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

47

IEC 61850 소개

Tae-Wan Kim

Smart Grid

IEC 61850 SAS

48

IEC 61850 소개