IEC 61850 – ryggraden i framtidens kontrollsystem?

IEC61850 representerer et paradigmeskifte fra en fysisk representasjon til et abstrakt klassehierarki. Slike store endringer er krevende og vil ta tid. Tittelene for lederen i septembernummeret av PAC world "Are we ready for the 21'st Century" var et ofte gjentatt spørsmål under møtet. I tillegg til bryterstasjoner er det i dag publisert standard for vindkraftverk (IEC 61400-25 -- IEC 61850 Adaptation for Wind Turbines) og vannkraftverk (IEC 61850-7-410—Hydroelectric Power Plants - Communication for monitoring and control) samt en generisk standard for distribuert produksjon (IEC 61850-7-420—Communications systems for Distributed Energy Resources (DER) - Logical nodes).
I standarden brukes en programvare-tilnærming til oppbygging av kontrollstrukturen. Systemet bygges opp av standardiserte logiske noder som kan aggregeres i logiske enheter. Hver logisk node inneholder et sett standardiserte dataobjekter. Denne hierarkiske oppbyggingen minner mye om objektorientert programmering. Skille mellom fysiske enheter og logiske noder og enheter betyr at en gitt abstrakt kontrollstruktur kan realiseres i ulike fysiske oppbygginger. Standarden inneholder også et xml-basert konfigureringsspråk (SCL – standard configuration lannguage).

I Norge har Statnett vært aktiv i å ta i bruk denne standarden [1]. I Sverige har det også vært en god del arbeid rundt IEC61850. TC57/WG18 som arbeider med anvendelsen for vannkraftverk, ledes av Claes Malcom fra Vattenfall Power Consulting. Også Owe Kingstedt fra SWECO Enercon er aktiv i denne arbeidsgruppen, og begge holdt interessante presentasjoner på Brukermøte for kontrollanlegg tidligere i høst [2].
Nasjonalt har man organisert en IEC61850 referansegruppe som møtes om lag to ganger i året.
Møtet i november 2010 ble holdt på Industriella informasjons- og styresystem (ICS), KTH under ledelse av professor Lars Nordström. Professor Nordström leder den nasjonale TC57 komiteen og er også nominert som EU-ekspert på smart grid. Møtet samlet 17 deltagere fra kraft- og nettselskap; konsulenter, leverandørindustrien og akademia. Agenda for møtet var:

• Rapportering fra Cigre arbeidsgrupper
• Erfaringer omkring IT-policy i kontrollanlegg
• Demo av KTH lab-en.
• Status på ulike deler av IEC61850 og videre utvikling
   

Cigre Study Comittee B5 – vern og automatisering
SC B5 arbeider med å fremme utvikling av metoder og kunskap knyttet til vern og automatisering. Innsamling av erfaringer og utgivelse av beste praksisdokumenter er en sentral arbeidsform. Flere ulike arbeidsgrupper i Cigre arbeider med å samle inn brukererfaringer, beste praksis og mulige forbedringer til standarden.
SC B5.12 Engineering Guidelines for IEC61850 based systems har laget et utkast til en omfattende rapport. Her er det spesielt fokusert på brukerens behov. Underveis i arbeidet er det kommet inn et veldig stort og bredt tilfang av idéer. Dette er på den ene siden positivt, men medfører visse utfordringer i forhold til å konkretisere resultatet fra arbeidsgruppen. For øyeblikket er arbeidsgruppen uten leder, og det er litt usikkert om og hvis ja, når gruppen vil ha klar en endelig rapport eller technical brochure (TB). SC B5.39 Documentation Requirements From Design To Operation To Maintenance For Digital Substation Automation Systems. Denne arbeidsgruppen er forholdsvis nystartet og har kun hatt ett møte. Etter planen skal arbeidet resultere i en TB planlagt utgitt i september 2013.

Noen strøpunkt fra presentasjonene og den etterfølgende diskusjon.
System Specification Description (SSD) filen angir den virtuelle (logiske) beskrivelsen av anlegget.
Et poeng i denne sammenhengen kan være å se på hvordan SSD-filen kan benyttes som en informasjonsbærer gjennom hele prosessen (planlegging, innkjøp, engineering, installasjon og igangkjøring). Siden SSD-filen kun dekker den logiske strukturen, vil det være viktig å bestemme seg for om man ønsker å forespørre på en funksjonell spesifikasjon, hvor tilbyder står fritt til å velge hvilke logiske elementer som er knyttet inn i en gitt fysisk enhet, eller  om man kombinerer SSD med et enlinjeskjema hvor de fysiske enhetene er angitt.
En idé som også kom opp, er at SSD-filen kan brukes i analyser av pålitelighet og tilgjengelighet. Likeledes vil utvikling av design templates kanskje være et spennende og aktivt felt. Dagens verktøy for utvikling, visualisering og kontroll av SSD-filer bør også forbedres. Rå xml-filer er lite lesbare.

Prosjekt Eldorado
E-ON Sverige har gjennom to ulike prosjektfaser konsolidert og integrert 24 ulike nett informasjons- og kontrollsystemer til ett felles system. En viktig funksjon med systemet har vært å gi sluttbruker oppdater informasjon om tilgjengelighet, avbrudd og feil på internett. Med et åpent grensesnitt mot ”det store farlige internett” har det vært meget viktig å ha en konsistent og bevisst forhold til sikkerhet.
Dan Gamble, Sweco, beskrev hvordan man kom fram til en god dialog mellom corporate IT og prosses spesifikk IT. Klar definisjon av nødvendige use caser, en god forståelse av riskobilder (”hvem er den potensielle angriperen”), en klar sikkerhetsarkitektur og en god forståelse for ulike prioritering i ulike soner var viktig. Som et eksempel – for scada-systemet er tilgjengelighet den viktigste prioriteringen, mens mot sluttbruker vil innbruddssikkerhet ha høyest prioritet. For øvrig er KTH en deltager i prosjekt Viking (et 7’ramme prosjekt i EU) hvor temaet er sikkerhet i NIS- og SCADA-systemer.

Lab
ICS arbeider med å bygge opp en student lab for opplæring i bruk av IEC 61860. Systemet består både av en fysisk og en virtuell kraftsystemmodell, et rack med tre ulike kontrollere (Intelligent Electronic Device – IED) med støtte for IEC 61850, RTU med støtte for standarden samt en god del annet utstyr. I tillegg til grunnundervisning for master-studenter vil lab’en også etter hvert kunne brukes i forsknings- og Ph.D-arbeid for å se på distribuert produksjon (KTK har en liten vindturbin og et lite solscellepanel på Campus), remote sensing av fasevinkel i nettet og ulike sikkerhetsaspekt knyttet til SCADA og bussbaserte kontrollanlegg.
ICS har også gjennomført flere master-oppgaver knyttet til IEC61850. Et eksempel er ombygging av Porjus U8 til et IEC61850 lokalkontrollanlegg  - en idé vi kan ta med videre i planlegging av mulig demonstrasjonsanlegg for pumpekraftverk?

Revisjon av IEC61805
Standarden er utviklet over en lang periode.  Betegnelser er ikke alltid konsekvent fra del til del. Likeledes har studier, testing og erfaring i daglig bruk avdekket feil og svakheter. De ulike arbeidsgruppene er i gang med revisjon 2.0 av standarden. Mer informasjon om dette er tilgjengelig på IEC/TC57.

”The Times They Are a-Changing” Bob Dyland
Utviklingen har brakt oss fra analoge, relébaserte til digitale, datamaskinbaserte kontrollanlegg. Ulike bussløsninger og nye digitale anleggselementer er under utvikling og utprøving. Dette vil kunne lede til nye arbeidsmetoder for design, engineering innkjøp og realisering av systemer. IEC61850 er et steg i denne utviklingen. Dette vil kreve et ”mindshift” som det gjentatte ganger ble understreket på møtet. Til nå har mye av fokus rundt SmartGrid vært rettet mot distribusjon og sluttbruker. Et virkelig smartenergi energisystem vil kreve smarte løsninger fra dam til forbrukerens stikkontakt.

Referanser:
1 Erfaringer med bruk av IEC61850, Svein Losnedal, Statnett. Brukermøte for kontrollanlegg, oktober 2010.
2. IEC 61805 – En kort introduksjon, Claes Malcolm, Vattenfall Power Consultants, Brukermøte for kontrollanlegg, oktober 2010.