IEC 61850 Nedir?

IEC 61850, elektrik güç sistemlerinin otomasyonu için geliştirilmiş uluslararası bir standartlar ailesidir. Özellikle trafo merkezlerinde bulunan koruma röleleri, kontrol cihazları, ölçüm cihazları ve diğer IED (Intelligent Electronic Device) cihazlarının birlikte çalışmasını kolaylaştırmak amacıyla geliştirilmiştir.

Geleneksel sistemlerde cihazlar arasındaki birçok bilgi ayrı kablolar, üreticiye özel protokoller veya farklı haberleşme yöntemleri üzerinden taşınabiliyordu. IEC 61850 ise cihazların bilgilerini standart bir veri modeli içerisinde tanımlayarak farklı üreticilere ait cihazların daha kolay birlikte çalışabilmesini amaçlar.

IEC 61850'nin en önemli özelliklerinden biri, yalnızca "hangi byte'ın ne anlama geldiğini" tanımlamak yerine elektrik sistemindeki bilgilerin anlamını da standartlaştırmasıdır. Böylece bir cihazdaki elektriksel durum, ölçüm veya koruma fonksiyonu standartlaştırılmış bir model içerisinde ifade edilebilir.

IEC 61850 başlangıçta trafo merkezi otomasyonu için öne çıkmış olsa da günümüzde dağıtık enerji kaynakları, hidroelektrik ve rüzgar santralleri, dağıtım otomasyonu ve farklı enerji sistemleri gibi alanlara da genişlemiştir.

Neden IEC 61850?

Standartlaştırılmış Haberleşme

Farklı üreticilere ait IED, koruma rölesi, kontrol cihazı ve SCADA sistemlerinin standart bir yapı üzerinden haberleşmesini sağlar.

Standart Veri Modeli

Elektriksel ekipmanlar ve fonksiyonlar için standartlaştırılmış bir veri modeli kullanılır. Böylece verilerin yalnızca değeri değil, anlamı da tanımlanmış olur.

Hızlı Haberleşme

GOOSE gibi haberleşme servisleri sayesinde koruma, kilitleme ve kontrol uygulamalarında çok hızlı cihazlar arası iletişim kurulabilir.

Üreticiden Bağımsız Yapı

Standardize edilmiş veri modelleri ve mühendislik yapısı sayesinde farklı üreticilerin cihazlarının aynı otomasyon sisteminde kullanılabilmesi kolaylaştırılır.

Ethernet Tabanlı Haberleşme

IEC 61850 tabanlı sistemlerde modern Ethernet ağları kullanılarak yüksek hızlı ve esnek haberleşme altyapıları oluşturulabilir.

Standart Mühendislik

SCL dosyaları sayesinde IED'lerin yetenekleri, sistem yapısı ve cihazlar arasındaki haberleşme bilgileri standart bir biçimde tanımlanabilir.

EOS Yazılımları İçin IEC 61850 Veri Adresleme (B#)

EOS SCADA IEC 61850 istemcisinde veri adresi, IEC 61850 Logical Device, Logical Node, Data Object ve Data Attribute yapısı kullanılarak oluşturulur.

B#LD:LN:DO:SDO:SDO:FC:FC:FC:DATA_TYPE

Adres yapısında Logical Device, Logical Node, Data Object ve Data Attribute bilgilerinin yanı sıra veri kısıtları ve veri tipi belirtilir.

Örneğin:

B#TestIEDGenericIO:GGIO1:AnIn1:mag.f:t:q:MX:MX:MX:FLOAT

Veri kısıtı olarak MX, ST, SP, CO, OR, CF, DC, SG, SE, CB, ALL ve NONE gibi değerler kullanılabilir.

Desteklenen veri tipleri arasında BOOLEAN, INTEGER, FLOAT ve BITSTRING bulunur.

IED Nedir?

IEC 61850 sistemlerinde en önemli kavramlardan biri IED (Intelligent Electronic Device), yani Akıllı Elektronik Cihaz kavramıdır.

IED; koruma rölesi, bay kontrol ünitesi, ölçüm cihazı, kontrol cihazı veya elektrik sisteminden veri toplayan ve bu verileri haberleşme ağı üzerinden paylaşabilen akıllı bir cihaz olabilir.

Örneğin bir trafo merkezindeki koruma rölesi; akım ve gerilim değerlerini ölçebilir, devre kesicinin durumunu takip edebilir, koruma fonksiyonlarını çalıştırabilir ve elde ettiği bilgileri IEC 61850 ağı üzerinden diğer cihazlara veya SCADA sistemine aktarabilir.

Basit Bir Örnek

Bir devre kesicinin açık veya kapalı olması, IEC 61850 içerisinde yalnızca "0" veya "1" olarak düşünülmez. Bu bilgi, elektrik sistemindeki belirli bir ekipmana ve fonksiyona ait standartlaştırılmış bir veri modeli içerisinde ifade edilir.

IEC 61850 Veri Modeli

IEC 61850'nin diğer birçok endüstriyel protokolden önemli farklarından biri standartlaştırılmış veri modelidir. Bu model, cihazların içindeki bilgilerin ortak bir yapıda tanımlanmasını sağlar.

IEC 61850 veri modelinde cihazlar ve fonksiyonlar çeşitli seviyelerde modellenir. En sık karşılaşılan kavramlar Logical Device, Logical Node, Data Object ve Data Attribute kavramlarıdır.

Logical Device

Bir IED içerisinde belirli bir işlev grubunu temsil eden mantıksal cihaz yapısıdır.

Logical Node

Belirli bir elektriksel işlevi veya ekipmanı temsil eden standartlaştırılmış mantıksal düğümdür.

Örneğin XCBR devre kesici, XSWI ayırıcı, MMXU üç fazlı ölçüm, PTOC aşırı akım koruması gibi işlevleri temsil edebilir.

Data Object

Bir Logical Node içerisinde bulunan ve belirli bir bilgiyi veya durumu ifade eden veri nesnesidir.

Data Attribute

Veri nesnesinin daha ayrıntılı özelliklerini ifade eder. Değer, kalite ve zaman bilgisi gibi bilgiler bu seviyede bulunabilir.

IEC 61850 Haberleşme Servisleri

IEC 61850 sistemlerinde farklı ihtiyaçlar için farklı haberleşme yöntemleri kullanılır. En çok bilinenleri MMS, GOOSE ve Sampled Values haberleşmeleridir.

MMS

Manufacturing Message Specification (MMS), IEC 61850 sistemlerinde istemci-sunucu tabanlı haberleşmede kullanılan temel mekanizmalardan biridir.

SCADA sistemleri ve kontrol merkezleri IED'lerden ölçüm değerlerini okuyabilir, durum bilgilerini izleyebilir, olayları alabilir ve uygun yetkilendirme ile kontrol işlemleri gerçekleştirebilir.

  • IED veri okuma
  • Durum bilgilerinin izlenmesi
  • Ölçüm değerlerinin alınması
  • Report mekanizmaları
  • Kontrol işlemleri
  • Dosya transferi

GOOSE

GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event), IED'ler arasında çok hızlı olay ve durum bilgisi aktarımı için kullanılan haberleşme mekanizmasıdır.

Koruma açması, kilitleme ve hızlı kontrol gibi uygulamalarda cihazların birbirleriyle doğrudan haberleşmesini sağlayabilir.

  • Koruma açma sinyalleri
  • Interlocking / kilitleme
  • Devre kesici durumları
  • Hızlı kontrol sinyalleri
  • IED'den IED'ye haberleşme
  • Multicast Ethernet haberleşmesi

Sampled Values

Sampled Values (SV), analog elektriksel büyüklüklerin örneklenmiş değerlerinin haberleşme ağı üzerinden aktarılmasını sağlar.

Özellikle akım ve gerilim transformatörlerinden gelen ölçümlerin sayısal sisteme aktarılması ve dijital trafo merkezi mimarilerinde kullanılır.

  • Akım örnekleri
  • Gerilim örnekleri
  • Process Bus uygulamaları
  • Merging Unit haberleşmesi
  • Sayısal ölçüm

Station Bus ve Process Bus

IEC 61850 tabanlı sayısal trafo merkezlerinde haberleşme altyapısı genel olarak farklı seviyelerde ele alınabilir. Bunlardan en çok kullanılan iki kavram Station Bus ve Process Bus'tır.

Station Bus

IED'ler, SCADA sistemleri, HMI, gateway, mühendislik istasyonları ve diğer üst seviye sistemler arasındaki haberleşmede kullanılır.

MMS tabanlı haberleşme bu seviyede önemli bir rol oynar.

Process Bus

Saha seviyesindeki ölçüm ve kontrol bilgilerinin sayısal olarak taşınmasını sağlar.

Özellikle Sampled Values ve GOOSE gibi hızlı haberleşme mekanizmaları Process Bus uygulamalarında önemli bir yere sahiptir.

SCL Nedir?

SCL (Substation Configuration Language), IEC 61850 sistemlerinin mühendislik ve yapılandırma süreçlerinde kullanılan XML tabanlı standart bir dildir.

SCL sayesinde IED'lerin özellikleri, sistemdeki cihazların yapısı, haberleşme bağlantıları ve çeşitli yapılandırma bilgileri standart bir dosya biçiminde tanımlanabilir.

Bu yaklaşım, farklı üreticilerin mühendislik araçları arasında yapılandırma bilgilerinin daha kolay paylaşılmasını ve sistem mühendisliğinin standartlaştırılmasını amaçlar.

ICD

IED Capability Description. Bir IED'nin sahip olduğu yetenekleri ve desteklediği fonksiyonları tanımlar.

SSD

System Specification Description. Sistemin ve ihtiyaç duyulan fonksiyonların tanımlanmasında kullanılır.

SCD

Substation Configuration Description. Trafo merkezinin genel yapılandırmasını ve IED'ler arasındaki ilişkileri içeren sistem yapılandırma dosyasıdır.

CID

Configured IED Description. Belirli bir IED için hazırlanmış yapılandırma bilgisini içerir.

GOOSE Nasıl Çalışır?

GOOSE haberleşmesinde bir IED tarafından yayınlanan bilgi, ağ üzerindeki ilgili diğer IED'ler tarafından alınabilir. Bu yapı klasik istemci-sunucu yaklaşımından farklı olarak hızlı bir publish/subscribe mantığı üzerine kuruludur.

Örneğin bir koruma rölesi bir arıza algıladığında, devre kesicinin açması için başka bir IED'ye veya kontrol cihazına GOOSE mesajı gönderebilir.

GOOSE mesajlarının tekrar gönderilmesi ve Ethernet multicast yapısının kullanılması, kritik olayların hızlı ve güvenilir biçimde aktarılmasına yardımcı olur.

Örnek Uygulama

Bir trafo merkezinde A koruma rölesi bir arıza algılıyor. A rölesi GOOSE mesajı yayınlıyor. B rölesi bu mesajı alarak gerekli kontrol mantığını çalıştırıyor ve ilgili devre kesicinin açmasını sağlayabiliyor.

Sampled Values ve Dijital Trafo Merkezi

Geleneksel trafo merkezlerinde akım ve gerilim transformatörlerinden gelen analog sinyaller, çeşitli bakır kablolar üzerinden koruma ve ölçüm cihazlarına taşınır.

IEC 61850 tabanlı dijital trafo merkezi yaklaşımında ise bu ölçümler sayısallaştırılarak haberleşme ağı üzerinden aktarılabilir.

Bu görevde Merging Unit adı verilen cihazlar önemli bir rol oynar. Merging Unit, analog elektriksel büyüklükleri örnekleyerek Sampled Values akışı oluşturabilir.

  • Akım ölçümlerinin sayısallaştırılması
  • Gerilim ölçümlerinin sayısallaştırılması
  • Ethernet üzerinden ölçüm aktarımı
  • Process Bus mimarisi
  • Dijital koruma uygulamaları
  • Dijital ölçüm ve izleme

IEC 61850 ve SCADA

IEC 61850, SCADA sistemleri açısından özellikle trafo merkezlerindeki IED'lerden veri alınması ve bu cihazların izlenmesi için önemli bir teknolojidir.

Bir SCADA sistemi IEC 61850 üzerinden koruma röleleri, bay kontrol üniteleri ve diğer IED'lerle haberleşerek ölçüm, durum, alarm, olay ve kontrol bilgilerini merkezi sisteme aktarabilir.

Bu sayede SCADA operatörü yalnızca bir cihazdan gelen ham veriyi değil, IEC 61850 veri modeli içerisinde anlamlandırılmış elektriksel bilgileri izleyebilir.

İzleme

IED durumları, ölçümler, kesici ve ayırıcı bilgileri SCADA ekranlarında izlenebilir.

Alarm ve Olaylar

Koruma ve cihaz durumları alarm ve olay sistemlerine aktarılabilir.

Ölçüm ve Trendler

Akım, gerilim, güç, frekans ve diğer ölçümler SCADA sisteminde arşivlenebilir ve trend olarak gösterilebilir.

Kontrol

Yetkilendirme ve uygun güvenlik koşulları sağlandığında ilgili IED'ler üzerinden kontrol işlemleri gerçekleştirilebilir.

Geleneksel Haberleşmeden Farkı

IEC 61850'nin en önemli farklarından biri, haberleşmenin yalnızca bir veri taşıma işlemi olarak görülmemesidir. Cihazların ve elektriksel fonksiyonların anlamları da standart bir veri modeli içerisinde tanımlanır.

Özellik Geleneksel Yaklaşım IEC 61850
Veri modeli Genellikle cihaz veya üreticiye özgü Standartlaştırılmış veri modeli
Cihaz haberleşmesi Protokole ve uygulamaya bağlı Standart servis ve modeller
Hızlı olay haberleşmesi Ayrı kablolama veya özel çözümler GOOSE
Analog ölçüm aktarımı Analog kablolama Sampled Values
Mühendislik Üreticiye özel araçlar SCL tabanlı yapılandırma

IEC 61850 Ağ Yapısı

IEC 61850 tabanlı sistemlerde haberleşme altyapısı büyük önem taşır. Özellikle GOOSE ve Sampled Values gibi zaman kritik haberleşmelerde ağ tasarımı, anahtarlama ekipmanlarının özellikleri, yedeklilik ve zaman senkronizasyonu dikkatle ele alınmalıdır.

Büyük ve kritik sistemlerde ağ topolojisi, yedeklilik, saat senkronizasyonu ve ağ performansı için özel mühendislik çalışmaları gerekebilir.

  • Ethernet anahtarları
  • VLAN ve trafik önceliklendirme
  • Multicast haberleşme
  • Ağ yedekliliği
  • Zaman senkronizasyonu
  • Network monitoring

IEC 61850 ve Siber Güvenlik

Enerji sistemlerinin haberleşme ağlarına daha fazla bağlanması, siber güvenliğin de sistem tasarımının önemli bir parçası haline gelmesini sağlamıştır.

IEC 61850 ekosisteminde güvenlik konusu, IEC 62351 standart ailesi ile birlikte ele alınmaktadır.

Gerçek bir enerji tesisinde IEC 61850 ağı tasarlanırken yalnızca haberleşmenin çalışması değil; erişim kontrolü, ağ segmentasyonu, güvenilirlik, cihaz güvenliği, izleme ve güvenli mühendislik süreçleri de dikkate alınmalıdır.

IEC 61850 Nerelerde Kullanılır?

Trafo Merkezleri

İletim ve dağıtım trafo merkezlerinin koruma, kontrol ve otomasyon sistemlerinde kullanılabilir.

Enerji Üretim Tesisleri

Hidroelektrik, termik, rüzgar ve diğer enerji üretim tesislerinde elektriksel otomasyon uygulamalarında kullanılabilir.

Dağıtık Enerji Kaynakları

Güneş ve rüzgar gibi dağıtık enerji kaynaklarının elektrik şebekesine entegrasyonunda kullanılabilir.

Dağıtım Otomasyonu

Elektrik dağıtım sistemlerinde izleme, kontrol ve otomasyon uygulamalarında kullanılabilir.

IEC 61850'nin Avantajları

  • Farklı üreticilerin cihazları arasında birlikte çalışabilirliği kolaylaştırır.
  • Elektriksel bilgilerin standart bir veri modeli içerisinde tanımlanmasını sağlar.
  • GOOSE ile hızlı cihazlar arası olay haberleşmesi gerçekleştirilebilir.
  • Sampled Values ile analog ölçümlerin dijital ağ üzerinden taşınmasına olanak sağlar.
  • SCL sayesinde mühendislik ve cihaz yapılandırma süreçleri standartlaştırılabilir.
  • Kablolama miktarının ve geleneksel nokta-nokta bağlantıların azaltılmasına yardımcı olabilir.
  • Modern Ethernet altyapılarının ve ağ yedekliliğinin kullanılmasına olanak sağlar.

IEC 61850 Öğrenirken Bilinmesi Gerekenler

IEC 61850'yi öğrenmek yalnızca bir IP adresine bağlanıp veri okumayı öğrenmekten daha kapsamlıdır. Standardın veri modeli, Logical Node yapısı, haberleşme servisleri ve mühendislik süreçlerinin birlikte anlaşılması gerekir.

Özellikle aşağıdaki kavramların öğrenilmesi, IEC 61850 sistemlerini anlamak için iyi bir başlangıçtır:

  • IED
  • Logical Device
  • Logical Node
  • Data Object
  • Data Attribute
  • DataSet
  • Report
  • MMS
  • GOOSE
  • Sampled Values
  • SCL
  • ICD
  • SSD
  • SCD
  • CID
  • Station Bus
  • Process Bus

IEC 61850 Araçları

IEC 61850 sistemlerini öğrenmek, test etmek, analiz etmek ve geliştirmek için kullanılabilecek araçlar bu bölümde paylaşılacaktır.

Bu bölüm ilerleyen dönemde IEC 61850 haberleşmesini incelemek, IED cihazlarını test etmek, GOOSE ve Sampled Values trafiğini analiz etmek, SCL dosyalarını görüntülemek veya IEC 61850 uygulamaları geliştirmek için kullanılabilecek ücretsiz araçlarla genişletilecektir.

IEC 61850 Araçları Yakında

Bu bölüm henüz hazırlık aşamasındadır. IEC 61850 ile ilgili ücretsiz yardımcı programlar, test araçları, örnek uygulamalar ve geliştirici araçları burada paylaşılacaktır.

Kısaca IEC 61850

IEC 61850; enerji sistemlerinde cihazların yalnızca haberleşmesini değil, elektriksel bilgilerin standart bir şekilde modellenmesini ve sistemlerin ortak bir mühendislik yaklaşımıyla yapılandırılmasını amaçlayan kapsamlı bir standartlar ailesidir.

MMS, SCADA ve istemci-sunucu tabanlı veri alışverişinde; GOOSE, hızlı cihazlar arası olay ve kontrol haberleşmesinde; Sampled Values ise sayısallaştırılmış akım ve gerilim ölçümlerinin aktarılmasında önemli roller üstlenir.

Bu yapı; yüksek hızlı haberleşme, standart veri modeli, üreticiler arası birlikte çalışabilirlik ve dijital trafo merkezi mimarilerinin oluşturulması açısından IEC 61850'yi modern enerji otomasyonunun önemli standartlarından biri haline getirmiştir.