Exploiter la norme IEC 61850 : contrôle efficace et robuste des sous-stations

La communication entre les dispositifs est cruciale dans les systèmes de contrôle des services publics, même dans les communications série de base entre les contrôleurs et les dispositifs tels que les relais et les transformateurs.

À mesure que ces systèmes gagnent en complexité, des approches normalisées de la communication deviennent essentielles pour assurer la compatibilité et la communication.

Bien que les protocoles standardisés tels que Modbus RTU et Modbus TCP organisent la communication, ils n’améliorent pas grandement la gestion des données. L’identification des données importantes et le traitement des problèmes de système sont restés difficiles.

Mais cela a changé lorsque le protocole DNP3 a été introduit en 1993 pour aider les services publics à classer et à gérer efficacement les données, en particulier dans les sous-stations.

Aujourd’hui, cependant, plus de trois décennies plus tard, l’avenir des performances des sous-stations modernes réside dans la norme IEC 61850, qui vise à améliorer encore la communication et le traitement des données.

Qu’est-ce que la norme IEC 61850 ?

IEC 61850 est une norme internationale pour les réseaux et systèmes de communication dans l’automatisation des services publics d’électricité, englobant la production, la transmission et la distribution d’électricité.

Elle définit un cadre de paramètres, de fonctions et de caractéristiques qui permettent aux dispositifs de différents fabricants de travailler ensemble pour assurer une communication efficace.

Contrairement à d’autres protocoles de communication, IEC 61850 spécifie non seulement le processus de communication, mais aussi la structure dans laquelle les données doivent être stockées et gérées dans les dispositifs participants. Ces dispositifs, connus sous le nom de dispositifs électroniques intelligents (IED), peuvent remplacer le besoin de dispositifs de contrôle redondants, tels que les unités terminales distantes (RTU) et les automates programmables (PLC).

Le modèle d’information d’IEC 61850 est classé en cinq niveaux :

1. Niveau du serveur : correspond à l’IED et représente le dispositif communicant réel, englobant toutes ses propriétés informatives.
   
   
2. Niveau du dispositif logique : au niveau du serveur, il représente un dispositif ou une fonction contrôlable de l’IED, tel qu’un relais dans un appareillage de commutation.
   
   
3. Niveau du nœud logique : représente une unité fonctionnelle du dispositif logique, comme une unité de mesure ou un disjoncteur.
   
   
4. Niveau de l’objet de données : contient des objets de données, qui sont des collections de données connexes de types, de tailles ou de structures distincts.
   
   
5. Niveau d’attribut de données : données réelles capturées dans les attributs de données.

Cette approche standardisée permet une communication d’actif à actif, éliminant les dispositifs de contrôle redondants et améliorant le traitement des données.

Autres bénéfices de la norme IEC 61850 :

• Elle facilite l’intégration de différents dispositifs dans les applications de contrôle pour améliorer la sécurité et la résilience
  
  
• Elle prend en charge les données de contrôle urgentes afin que les informations critiques soient classées par ordre de priorité et transmises avec une latence minimale pour maintenir la fiabilité et la stabilité du système électrique
  
  
• Elle fournit un cadre unifié qui améliore l’interopérabilité, réduit les coûts d’intégration et simplifie le déploiement des technologies modernes

En adoptant la norme IEC 61850, les services publics peuvent pérenniser leur infrastructure et améliorer leur efficacité opérationnelle.

Comment la norme IEC 61850 améliore l’efficacité des sous-stations

La structure de données normalisée d’IEC 61850 améliore la communication et la coordination des sous-stations grâce à trois fonctions de messagerie clés :

• Spécification des messages de fabrication (MMS)
• Événement générique de sous-station orientée objet (GOOSE)
• Rapports

MMS utilise un protocole binaire efficace pour donner aux dispositifs un moyen de communiquer rapidement et efficacement. IEC 61850 organise les données en différents niveaux de sécurité afin d’améliorer la sécurité et la gestion des données. Par exemple, les données de mesure régulières peuvent utiliser le MMS moins gourmand en ressources, tandis que les données de contrôle sensibles peuvent utiliser SecureMMS.

GOOSE fournit une communication peer-to-peer en temps réel afin que les dispositifs de contrôle puissent effectuer des tâches interdépendantes sans unité de commande centrale. Il prend en charge des fonctions critiques telles que la localisation des pannes, l’analyse et la coordination de la protection pour améliorer la fiabilité et l’efficacité des sous-stations.

Les rapports transmettent des sous-ensembles de données spécifiques aux systèmes de niveau supérieur lorsque des événements pertinents (défauts ou perturbations) se produisent. Cela réduit les demandes de traitement et la charge du réseau, garantissant que seules les informations essentielles sont communiquées pendant les moments cruciaux.

Améliorer l’efficacité et la fiabilité pour assurer un meilleur fonctionnement des sous-stations

La norme IEC 61850 offre des fonctionnalités qui améliorent considérablement l’efficacité et la fiabilité du fonctionnement et de la maintenance des sous-stations.

Pour plus de flexibilité et de pérennité, l’interface ACSI (Abstract Communication Service Interface) d’IEC 61850 sépare la façon dont les appareils communiquent entre eux (pile de communication) de la façon dont ils sont contrôlés et gérés (modèle de contrôle).

Cela permet de modifier et d’améliorer les applications sans affecter les protocoles de communication. L’évolutivité et l’adaptation pour prendre en charge les technologies modernes sont possibles, permettant des mises à niveau et des extensions sans révisions majeures.

IEC 61850 fournit également des diagnostics et une surveillance robustes afin que les opérateurs puissent résoudre les problèmes rapidement et réduire les temps d’arrêt.

Le protocole SV (Sampled Values) de la norme échange rapidement des mesures numérisées du système électrique telles que des échantillons de tension et de courant entre les dispositifs de sous-station via un réseau Ethernet. Cela réduit les besoins de câblage traditionnels, simplifie l’installation et améliore la précision des mesures et la synchronisation.

Enfin, son langage de configuration de sous-station (SCL) permet aux dispositifs de décrire leurs propres capacités et configurations. Cela simplifie la configuration, réduit le risque d’erreur humaine et accélère le déploiement et la maintenance.

Concevoir des réseaux de contrôle résilients

Pour aider les IED à gérer les tâches de contrôle clés dans les sous-stations, IEC 61850 établit des règles strictes pour garantir un réseau solide et fiable.

Les dispositifs sont synchronisés à l’aide du protocole PTP (Precision Time Protocol), qui garantit que les données sont à jour et pertinentes. GOOSE permet un échange d’informations transparent et opportun entre les dispositifs. Les données critiques des dispositifs de traitement, tels que les transformateurs et les appareillages de commutation, sont constamment transmises sous forme de valeurs réelles et échantillonnées. En raison de l’importance de ces données, en particulier sur le bus de processus qui transporte le trafic de mesure, une redondance transparente est essentielle. Le système ne peut pas tolérer la perte de trame.

IEC 61850 prend en charge des réseaux de contrôle résilients grâce à des fonctionnalités telles que parallel redundancy protocol (PRP) et la redondance transparente haute disponibilité (HSR). Le PRP et la HSR, qui fournissent des voies alternatives pour la transmission des données afin d’accroître la résilience et d’assurer des mécanismes de récupération rapide pour minimiser la perte de données. Ils assurent une communication robuste même en cas de défaillance du réseau.

Ces deux protocoles sont intégrés dans des IED qui fonctionnent comme des nœuds à double attachement (DAN). Les IED dotés de capacités PRP et HSR intégrées simplifient la conception du réseau et améliorent la fiabilité en permettant une redondance intégrée sans matériel supplémentaire.

Parallel Redundancy Protocol (PRP)

• Redondance : utilise deux chemins réseau indépendants (LAN A et LAN B).
  
  
• Transmission simultanée : envoie des données en double sur les deux chemins.
  
  
• Temps de récupération nul : assure un fonctionnement ininterrompu en cas de défaillance du réseau.
  
  
• Intégrité des données: traite le premier paquet reçu, en éliminant les doublons.

Redondance transparente haute disponibilité (HSR)

• Topologie en anneau : connecte chaque IED en boucle fermée.
  
  
• Transmission à double trame : envoie des images en double dans les deux sens autour de l’anneau.
  
  
• Isolation de défaillance : isole rapidement les défauts et redirige les données pour maintenir la communication.
  
  
• Intégrité du réseau : assure une communication continue et à haute disponibilité pour des réseaux de contrôle résilients.

En intégrant les fonctions PRP et HSR, IEC 61850 garantit que les réseaux de contrôle des sous-stations sont hautement résilients et peuvent maintenir un fonctionnement fiable et ininterrompu, même dans des conditions de défaillance.

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