IEC 61850

Lo Standard IEC 61850 è un protocollo di comunicazione pensato originariamente per il governo delle sottostazioni elettriche. La Edition 1 dal titolo “Communication Networks and Systems in Substation” risale all’anno 2004, aggiornata nel 2010 come “Communication Networks and Systems for Power Utility Automation” ed è in continua evoluzione. 

I punti di forza del protocollo sono la struttura basata su XML, i dati orientati agli oggetti e la trasmissione basata su Ethernet. Queste caratteristiche innovative, dinamiche e funzionali ne hanno determinato la rapida diffusione oltre le stazioni elettriche, dapprima alle centrali di generazione idroelettrica, eolica e fotovoltaica, e successivamente anche alle centrali tradizionali termoelettriche e nucleari, candidandosi a diventare il protocollo del futuro per la gestione delle Smart Grid.

IEC 61850 ha trovato facile terreno per il superamento dei vecchi protocolli di gestione delle infrastrutture elettriche quali DNP-3 (Automazione per sottostazioni) e IEC 60870-5 (Telecontrollo per reti elettriche). Protocolli proprietari ancora in uso, impossibilità di condivisione delle informazioni, architetture incompatibili, assenza di standardizzazione, ostacoli alla convergenza, costi sostenuti sono tematiche che il protocollo IEC 61850 ha affrontato con successo permettendone il rapido superamento. Il protocollo assicura tra l’altro:

• interoperabilità tra apparecchiature di costruttori differenti
• monitoraggio delle risorse
• misure delle grandezze elettriche
• test di funzionalità
• ridondanza di sicurezza
• gestione consensi e blocchi
• messaggistica istantanea (Goose, SV)
• sincronizzazione
• scalabilità e flessibilità

Il protocollo IEC 61850 apre le porte allo sviluppo ulteriore delle infrastrutture elettriche, introducendo temi quali FACTS (Flexible Alternate Current Transmission System) e PQ (Power Quality), gettando lo sguardo nel futuro del comparto della generazione, trasmissione e distribuzione elettrica.

L’architettura di rete si appoggia di fatto su Ethernet 802.3, tecnologia matura e di capillare diffusione di cui si conoscono le prestazioni e che permette costi ridotti di manutenzione. La versione in fibra ottica consente lunghe tratte di connessione, reiezione completa ai disturbi elettromagnetici, separazione galvanica, possibilità di ridondanza.

L’accesso multiplo con condivisione del mezzo trasmissivo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) garantisce l’uso razionale delle risorse, lo stack ISO/OSI prevede lo strato di rete IP (Internet Protocol) e lo strato di trasporto gestito da protocolli sia connessi, TCP (Transport Control Protocol) che non connessi, UDP (User Datagram Protocol). I servizi con tempi critici saltano gran parte della catena ISO/OSI rapportandosi direttamente allo strato 2 (Data link) e allo strato fisico sottostante.

È il caso del servizio Goose (Generic Object Oriented System Event), che è un servizio di trasmissione di eventi sensibili dal punto di vista temporale (consensi, blocchi, sganci, chiusure) che devono essere consegnati rapidamente alla periferia. Il servizio SV (Sampled Value) si occupa di trasmettere campioni di misura (tensioni, correnti) con scopo di protezione o misura con la stessa priorità del servizio precedente.

Essendo i servizi Goose e SV sensibili dal punto di vista temporale, le informazioni di stato o di evento sono incapsulate in un protocollo di veloce diffusione, mappato direttamente su Ethernet in strato 2 e diffuso in multicast, che raggiunge la periferia entro i 4 millisecondi.

Ulteriori elementi costitutivi del sistema sono:

MU (Merging Unit) convertitore di segnali analogici.

LN (Logical Node) contenitore delle proprietà di una classe di dati.

LD (Logical Device) raggruppamento o insieme di LN.

IED (Intelligent Electronic Device) apparato fisico di protezione e controllo.

Questo protocollo può superare la settorizzazione delle apparecchiature dei fornitori che tendono a sviluppare protocolli proprietari per impedire la cooperazione tra costruttori diversi. Questa è la caratteristica più importante di IEC 61850.