Ethernet 61850.ppt

1
© ZIV Grid Automation S.L. Septiembre 2011
Aplicación redes Ethernet-IP
en subestaciones IEC-61850
Curso de formacion:
Introduccion a la norma IEC 61850

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Contenido
• Arquitectura de protocolos IEC 61850
• Equipamiento de red apropiado a la norma
• Tramas tagged
• Estudio y cálculo de latencias
• Protocolos de redundancia HSR y PRP
• Topologías de aplicación

3
Merging
Unit
IEC 61850-8-1
IEC 61850-9-2
Merging
Unit
Merging
Unit
IEC 61850-9-1
Telecontrol.
WAN
Gestión de
mantenimiento.
Gestión de
protecciones.
Bus de
subestación.
Buses de
proceso.
IEC 61850
Arquitectura de protocolos

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Aplicación.
Presentación.
Sesión.
Transporte.
Red.
Enlace de Datos.
Físico.
Ethernet, ...
Físico.
MMS (ISO 9506).
ASN.1/Presentation.
Sesión.
TCP
IP
Modelos de información.
Intercambio de información (ACSI).
IEC 61850-8-1
IEC 61850-9-x
IEC 61850-7-2
IEC 61850-7-4
IEC 61850-7-3
Independencia de la evolución de la
tecnología de comunicaciones.
(¡ y el GOOSE!)
IEC 61850
Arquitectura de protocolos

5
Para la reflexión
¿De qué me sirve tener unos
dispositivos finales fiables, robustos si
mi red de área local no es estable?
Equipamiento de red

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• Conforme al estándar IEC-61850-3
– Requisitos medioambientales
• Rango de temperatura de funcionamiento: -40º C to +85ºC
• Shocks térmicos & ciclos calor humedad: Simular una proceso de
envejecimiento acelerado en localizaciones con un elevado nivel de
humedad.
– Vibraciones
• 20 m/s2 desde 2 Hz hasta 500 Hz
• Golpes de 30g ó dejar caer los equipos
– EMC
• Impulsos de alta energía : ±4KV modo común, ± 2KV modo diferencial.
• Ondas oscilatorias: ±2.5KV modo común, ± 1KV modo diferencial.
• Transitorios rápidos: ±4KV.
• Aislamiento
• Certificacion Kema
Equipamiento de red

7
3SWT – Proposed ring configuration for
IEC61850 tests at Kema
PC generating
goose traffic
PC generating
goose traffic
IP Phone
(background
traffic)
IP Phone
(background
traffic)
Laptop generating
background traffic

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• El tag de prioridad / VLAN nos
permite separar el tráfico crítico para
las aplicaciones más relevantes del
tráfico de menor prioridad.
• VLAN = Virtual LAN: Un segmento
lógico de red
• Las tramas GOOSE / GSE / Sampled
Values (SV) llevan información VLAN
/ prioridad
Service VLAN id (default) Priority (default)
GOOSE 0 4
GSE 0 1
SV’s 0 4
Tramas tagged

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• El tiempo para la
transferencia de
mensajes tipo 1A “Trip –
performance class P2/3”
establecido por IEC
61850 es de 3 ms
• En el peor de los casos,
tb se corresponde con el
20% del tiempo total,
esto es 600s
Estudio y cálculo de latencias

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• ¿Cuanto tarda un mensaje en atravesar un switch Ethernet de tipo full
duplex wired speed?
– Como no hay colisiones hay que contemplar:
• Retardo de propagación:
– Propagación por el medio (ej. Cable CAT5 – 6ns/m);
despreciable.
– Tiempo que ocupa una trama el medio físico (ej. 74 bytes + 96
bits)
» 10Mbps: 672 bits x 100 ns/bit = 67.2 s
» 100Mbps: 672 bits x 10 ns/bit = 6.72 s
• Latencia (RFC 1242) – “Time interval starting when the last bit of
the input frame reaches the input port and ending when the first
bit of the output frame is seen on the output port”.
– Para un full wired-speed switch, la latencia es menor que 4 s,
independientemente del tamaño de trama y la carga del resto
de puertos del SWT (64 bits – 1518 bits)
Entendiendo las latencias

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• En condiciones normales, para 672
bits:
(4 x 6.72 s) + (3 x 4 s) = 38.88 s
• ¿Qué sucede ante situaciones de
congestión?
– Los tags de prioridad nos permiten
establecer políticas de tráfico.
– Mientras ocurre la congestión, las
tramas más prioritarias mantienen
sus latencias. Las tramas menos
prioritarias incrementarán su
latencia o se perderán dependiendo
del ancho de banda disponible.
Service Priority (default)
GOOSE 4
GSE 1
SV’s 4
Cálculos latencias

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Protocolos de redundancia IEC 61850
switched local
area network (tree)
LAN_B
RB
switched local
area network (ring)
LAN_A
DANP
DANP DANP DANP
SAN
A2 SAN
B1
SAN
B2
SAN
A1
SAN
R1
SAN
R2
DANP
 PRP (Parallel redundancy protocol)
• Basado en duplicar la lan
• Cada IED tiene 2 puertos ethernet cliente
DANP: doubly attached node
SAN: Singly Attached Nodes

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 HSR (High availability Seamless Ring )
 Cada IED tiene 2 puertos ethernet mediante un
bridge interno
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
DANH
CPU
destinations
source
„A“-frame
(HSR)
„B“-frame
(HSR)
destinations
„C“-frame „D“-frame
DANH
CPU
DANH
CPU switch
RedBox
singly attached nodes
interlink
doubly attached node with HSR
SAN SAN SAN
Protocolos de redundancia IEC 61850
DANH: Doubly Attached Nodes in HSR

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Topologias en redes IEC 61850
 Estrella simple con switches
NC
P1
C
P2
P1
C
P2
bay bay
P1
C
P2
bay
P1
C
P2
P1
C
P2
bay bay
P1
C
P2
bay
 No hay redundancia

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 Anillo simple de switches
P1
C
NC
bay
P1
C
bay
P1
C
bay
P2 P2 P2
 Hay redundancia de camino
 Minima complejidad
hardware con redundancia

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 Anillo simple HSR
PCM PCM PCM PCM
PCM
NTP
voltage level 1 voltage level 2
Redbox HSR-RSTP
DANH - IEDs
PCM PCM PCM
 Hay redundancia de camino
 Elevada latencia por gran
numero de switches internos
en cascada

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 Anillo simple, con switches adicionales para
proteccion de backup
P1
C
M
bay
P2
M
P1
C
M
bay
P2
M
P1
C
M
NC
bay
P2
M
Bus 2
Bus 1
cabinet

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 Estrella doble
 E3
P1 P2
C
A
B
NC
Station Bus (2 x RSTP)
P1 P2
C P1 P2
C
LAN A
LAN B

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 Anillo doble en PRP
UCP
8IRV
( 2 )
SWITCH
7SD5
2
( 2 )
UCP
8IRV
( 2 ) SWITCH
7SD5
2
( 2 )
UCP
8IRV
SWITCH
UCP
8IRV
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
UCS +
GATEWAY
UCS +
GATEWAY
61850
UCP
UCP
UCP
P43
8
UCP
P43
8
UCP
UCP
8IRV
SWITCH
UCP
8IRV
SWITCH
UCP
8IRV SWITCH
UCP
8IRV
SWITCH
P43
8
P43
8
UCP
SWITCH
SWITCH
UCP
UCP
SWITCH
SWITCH
UCP
UCP
SWITCH
SWITCH
POL
RTV ( 2 )
RTV ( 2 )
P43
8
8IRV
8IRV

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 Doble collar
 E3

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 Bus de subestacion y bus de proceso separados
 Anillos
Station Bus
Process Bus
MU MU MU
NTP
P C P C
MU MU MU MU MU
BC

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• Equipamiento de red ethernet conforme con el estándar
IEC 61850. No son validos medios de comunicación de alta
latencia (routers, GPRS, etc)
• En el diseño de su subestación hay que tener en cuenta los
servicios de comunicaciones a soportar, prioridad,
capacidad requerida, si éstos deben transportarse
separados lógica / fisicamente unos de otros, criticidad de
los mismos a la hora de establecer estrategias de
redundancia, coste económico...
• Sencillez. La complejidad no deja de ser otro modo de fallo
Conclusión

23
¡¡¡ Muchas gracias !!!

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