IEC 61850 là gì? Tìm hiểu tổng quan về giao thức IEC 61850

IEC 61850 là gì?

IEC 61850 là tiêu chuẩn quốc tế mới dựa trên Ethernet và đã trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong các cơ sở phát điện và trạm biến áp. Mục tiêu của tiêu chuẩn IEC 61850 là tích hợp tất cả các chức năng bảo vệ, điều khiển, đo lường và giám sát trong một trạm biến áp và cung cấp các phương tiện cho các ứng dụng bảo vệ trạm biến áp tốc độ cao, lồng vào nhau và xen kẽ. Những thiết bị này thường được gọi là thiết bị điện tử thông minh (IED).

Vì sao IEC 61850 ra đời?

Hãy tưởng tượng có hàng trăm xí nghiệp sản xuất sản xuất nằm rải rác trên khắp quốc gia, toàn bộ đều có thương hiệu thiết bị của riêng họ và tiếp xúc trong một loạt những giao thức khác nhau. Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng để những nhà máy sản xuất này hoạt động giải trí hiệu suất cao, thì những xí nghiệp sản xuất này cần phải tiếp xúc với nhau ; tuy nhiên những giao thức không hề tương tác và những thiết bị không hề tiếp xúc với nhau .

Thay thế các nhà máy sản xuất này bằng các trạm biến áp và bạn có thể biết được điều gì đang xảy ra trên khắp thế giới liên quan đến truyền tải và phân phối điện. Để duy trì chất lượng và độ tin cậy điện năng, các trạm biến áp cần liên lạc với nhau. Tuy nhiên, với nhiều giao thức, đòi hỏi nhiều lượng công việc kỹ thuật cần thực hiện.

Hơn nữa, với nguồn năng lượng tái tạo và lưới vi mô sử dụng nhiều thiết bị tương hỗ bởi một loạt những nhà phân phối, giao thức và điện năng khác nhau có năng lực ảnh hưởng tác động đến sự không thay đổi của điện lưới phân phối ( ví dụ như tần số cung ứng điện ). Trong khi đó, ngày càng chú trọng vào nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu tổ chức nguồn năng lượng của những vương quốc xung quanh quốc tế, một nhu yếu bức thiết về phát hành một giao thức chung. Nhu cầu này đã được cung ứng bởi sự sinh ra của IEC 61850, một giao thức chung nhằm mục đích tạo sự thuận tiện cho năng lực tương tác và liên lạc giữa những “ Thiết bị điện tử mưu trí ( IED ) ” trong những trạm biến áp, điều này sẽ rất thiết yếu cho sự tăng trưởng của lưới điện mưu trí hoặc nhà máy sản xuất Nhiệt và Điện ảo ( Virtual Heat and Power – VHP ) .

MMS, GOOSE và SCL trong IEC 61850

MMS, GOOSE và SCL trong IEC 61850

MMS là hệ thống nhắn tin tiêu chuẩn quốc tế (ISO 9506) được sử dụng giữa các thiết bị nối mạng và / hoặc các ứng dụng máy tính để truyền dữ liệu, thông tin điều khiển giám sát theo quy trình với thời gian thực. Các thiết bị cung cấp báo cáo cho các hệ thống cấp cao hơn như HMIGateway.

GOOSE là những tập dữ liệu được nhóm lại và được truyền trong khoảng chừng thời hạn bốn mili giây. Điều này được thực thi bằng cách sử dụng chính sách của quy mô trấn áp những rơle bảo vệ dựa trên liên kết Ethernet qua Mạng cục bộ ( LAN ). Để bảo vệ vận tốc truyền đúng chuẩn và những chính sách đáng đáng tin cậy ; GOOSE được nhúng trực tiếp vào gói tài liệu Ethernet và hoạt động giải trí trên nhà xuất bản-thuê bao, mạng LAN ảo với gắn thẻ ưu tiên và chính sách truyền lại nâng cao. Thông điệp GOOSE được phong cách thiết kế độc lập với nhà phân phối .
SCL là ngôn từ thông số kỹ thuật cho tiếp xúc trong trạm điện tương quan đến IED, được cho phép diễn đạt chính thức phương ngữ giữa mạng lưới hệ thống tự động hóa mạng lưới hệ thống và trạm chuyển mạch. Tệp SCL dựa trên một tập hợp những tệp lược đồ xác lập những thẻ và dựa trên XML xác lập quy mô đối tượng người tiêu dùng diễn đạt cấu trúc trạm biến áp, IED, mạng và những đối tượng người dùng kiểu tài liệu được sử dụng để định thông số kỹ thuật mạng lưới hệ thống IEC 61850. Có thể gồm có trình diễn tài liệu cho những thực thể thiết bị trạm biến áp, những tính năng tương quan được trình diễn dưới dạng những nút logic, mạng lưới hệ thống truyền thông online và những tính năng. Thể hiện tài liệu rất đầy đủ dưới dạng SCL là có năng lực tương tác tổng lực giữa những thiết bị khác nhau của trạm biến áp .

Ưu điểm của IEC 61850

  1. IEC 61850 được xây dựng dựa trên nền tảng truyền thông giao tiếp Ethernet. Do đó, băng thông và tốc độ truyền thông tương ứng lớn hơn và nhanh hơn nhiều so với truyền thông giao tiếp nối tiếp (Serial). Với các IED phức tạp hơn, với nhiều dữ liệu yêu cầu phản hồi nhanh hơn và mạng hỗ trợ Ethernet là điều tất yếu.
  2. IEC 61850 là một giao thức hướng đối tượng so với các giao thức cũ hơn là hướng tín hiệu. Đối với các giao thức hướng tín hiệu, trong hệ thống điều khiển của bạn, bạn sẽ tham chiếu đến các điểm dữ liệu của mình là 10004, 21015 từ thiết bị 1, 2, 3, v.v. Điều này có nghĩa là bạn sẽ phải mất thời gian để tìm hiểu từng điểm đại diện cho thư viện của bạn. Mặc dù điều này là khá ổn đối với các hệ thống quy mô nhỏ, nhưng nó sẽ trở thành vấn đề khi có hàng chục nghìn điểm dữ liệu, đây là vấn đề phổ biến đối với nguồn cung cấp điện. Mặt khác, đối với IEC 61850, việc xác định điểm dữ liệu dễ dàng hơn nhiều.
  3. Dự phòng: không giống như các phương pháp dự phòng Ethernet khác như RSTP (rapid spanning tree protocol), dự phòng IEC 61850 cung cấp thời gian khôi phục bằng không. IEC 61850 sử dụng giao thức dự phòng song song, theo đó mỗi nguồn gửi ra 2 bản sao của khung, thông qua 2 tuyến khác nhau. Do đó, nếu một đường dẫn không thành công, dữ liệu sẽ vẫn đến đích thông qua đường thay thế, tránh thời gian chết. PRP kể từ đó đã được sửa đổi, điều chỉnh nó thành giao thức dự phòng tốc độ cao sử dụng mạng vòng, không giống như phiên bản trước của PRP hoạt động trong mạng song song. Do đó, PRP và HSR ngày nay phần lớn tương đương nhau.
  4. Các giao thức khác (MMS, GOOSE, SMV) cũng cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn và đáng tin cậy hơn từ IED đến trạm trung tâm, giữa IED và trong trường hợp SMV, từ PT và CT đến IED.

Nhược điểm của IEC 61850

  1. Thông tin tài liệu về tiêu chuẩn IEC 61850 rất lớn và khó học: ấn bản đầu tiên của nó được phát hành vào năm 2003 gồm 14 phần với khoảng 1.500 trang. Phiên bản 2009 gồm hơn 40 phần với số trang nhiều gấp bội. Tuy nhiên, khối lượng thông tin này là điều cần thiết để mô tả đầy đủ và chi tiết để dễ dàng tiếp cận nhất có thể.
  2. Ngôn ngữ cấu hình IEC 61850 rất phức tạp và khó đọc. Tuy nhiên, ngôn ngữ này dành cho việc trao đổi thông tin giữa các ứng dụng máy tính và không phải để con người đọc hay thay đổi. Trong khi đó, tồn tại các công cụ có thể chuyển đổi ngôn ngữ này sang dạng con người có thể đọc được.
  3. Tốc độ phát triển của tiêu chuẩn IEC 61850 quá nhanh. Giải pháp duy nhất là cố gắng tương thích cả về phía tương lai và tương thích ngược.

Rõ ràng, có rất nhiều quyền lợi trong IEC 61850 để chống lại những bất lợi đã nhận thức được. Đó là nguyên do tại sao những kỹ sư Hoa Kỳ đã đưa ra cái nhìn thứ hai về tiêu chuẩn này và tốt hơn hết là hãy thử .

Một số tài liệu về tiêu chuẩn IEC 61850

  • IEC TR 61850-1: 2013 – Giới thiệu và tổng quan
  • IEC TS 61850-2: 2003 – Bảng chú giải thuật ngữ
  • IEC 61850-3: 2013 – Yêu cầu chung
  • IEC 61850-4: 2011 – Quản lý hệ thống và dự án
  • IEC 61850-5: 2013 – Yêu cầu giao tiếp đối với các chức năng và kiểu thiết bị
  • IEC 61850-6: 2009 – Ngôn ngữ cấu hình để giao tiếp trong các trạm biến áp điện liên quan đến IED
  • IEC 61850-7-1: 2011 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Nguyên tắc và mô hình
  • IEC 61850-7-2: 2010 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Giao diện dịch vụ truyền thông trừu tượng (ACSI)
  • IEC 61850-7-3: 2010 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Các lớp dữ liệu chung
  • IEC 61850-7-4: 2010 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Các lớp nút logic và lớp dữ liệu tương thích
  • IEC 61850-7-410: 2012 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Nhà máy thủy điện – Truyền thông cho giám sát và điều khiển
  • IEC 61850-7-420: 2009 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Các nút logic tài nguyên năng lượng phân tán
  • IEC TR 61850-7-510: 2012 – Cấu trúc truyền thông cơ bản – Nhà máy thủy điện – Các khái niệm và hướng dẫn lập mô hình
  • IEC 61850-8-1: 2011 – Ánh xạ dịch vụ truyền thông cụ thể (SCSM) – Ánh xạ tới MMS thông báo sản xuất (ISO 9506-1 và ISO 9506-2) và ISO/IEC 8802-3
  • IEC 61850-9-2: 2011 – Bản đồ dịch vụ truyền thông cụ thể (SCSM) – Các giá trị được lấy mẫu theo ISO/IEC 8802-3
  • IEC/IEEE 61850-9-3: 2016 – Hồ sơ giao thức thời gian chính xác cho tự động hóa tiện ích điện
  • IEC 61850-10: 2012 – Thử nghiệm sự phù hợp
  • IEC TS 61850-80-1: 2016 – Hướng dẫn trao đổi thông tin từ mô hình dữ liệu dựa trên CDC sử dụng IEC 60870-5-101 hoặc IEC 60870-5-104
  • IEC TR 61850-80-3: 2015 – Ánh xạ tới các giao thức web – Yêu cầu và lựa chọn kỹ thuật
  • IEC TS 61850-80-4: 2016 – Dịch từ mô hình đối tượng COSEM (IEC 62056) sang mô hình dữ liệu IEC 61850
  • IEC TR 61850-90-1: 2010 – Sử dụng IEC 61850 để giao tiếp giữa các trạm biến áp
  • IEC TR 61850-90-2: 2016 – Sử dụng IEC 61850 để giao tiếp giữa các trạm biến áp và trung tâm điều khiển
  • IEC TR 61850-90-3: 2016 – Sử dụng IEC 61850 để chẩn đoán và phân tích theo dõi tình trạng
  • IEC TR 61850-90-4: 2013 – Hướng dẫn kỹ thuật mạng
  • IEC TR 61850-90-5: 2012 – Sử dụng IEC 61850 để truyền thông tin đồng bộ theo IEEE C37.118
  • IEC TR 61850-90-7: 2013 – Mô hình đối tượng cho bộ chuyển đổi công suất trong hệ thống tài nguyên năng lượng phân tán (DER)
  • IEC TR 61850-90-8: 2016 – Mô hình đối tượng cho di động điện tử
  • IEC TR 61850-90-12: 2015 – Hướng dẫn kỹ thuật mạng diện rộng

Tài liệu tham khảo chính: https://en.wikipedia.org/wiki/IEC_61850

5
2
votes

Article Rating

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments