NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 5941

Transcripción

1 NORMA TÉCNICA NTC COLOMBIANA AEROGENERADORES. COMUNICACIONES PARA EL MONITOREO Y EL CONTROL DE PARQUES EÓLICOS DESCRIPCIÓN GENERAL DE PRINCIPIOS Y MODELOS E: WIND TURBINES. COMMUNICATIONS FOR MONITORING AND CONTROL OF WIND POWER PLANTS. OVERALL DESCRIPTION OF PRINCIPLES AND MODELS CORRESPONDENCIA: esta norma es idéntica (IDT) por traducción de la IEC :2006. DESCRIPTORES: energía eólica; aerogenerador; parque eólico; monitoreo de parque eólico; control de parque eólico. I.C.S.: Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado Bogotá, D.C. - Tel. (571) Fax (571) Prohibida su reproducción Editada

2 PRÓLOGO El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 5941 fue ratificada por el Consejo Directivo de Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 185 Energía eólica. INDUSTRIAS JOBER UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ACODAL ANDESCO AQUAIRE LTDA CIDET CODENSA COLCIENCIAS EMGESA EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ENERGÍA PROYECTAR ESCUELA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO ESEI S.A. GENELEC GIE- GESTIÓN INTEGRAL ENERGÉTICA S.A. GREEN LOOP HICAM IPSE ISAGEN LABORATORIO TECNOELECTRICO METÁLICAS INDUSIERRA MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA SATELITE SGS SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS TRONEX BATTERY COMPANY S.A UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COLOMBIA UNIVERSIDAD CENTRAL UNIVERSIDAD DE LOS ANDES UNIVERSIDAD JAVERIANA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA UPME

3 ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

4 CONTENIDO Página PROLOGO INTRODUCCION 1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN REFERENCIAS NORMATIVAS TERMINOS Y DEFINICIONES ABREVIATURAS DESCRIPCION GENERAL DE LA SERIE DE NORMAS IEC GENERALIDADES VISTA DESCENDENTE DE LOS PARQUES EÓLICOS REQUISITOS GENÉRICOS DE COMUNICACIÓN MODELO DE COMUNICACIÓN DE LA SERIE DE NORMAS IEC MODELO DE INFORMACION DEL PARQUE EOLICO GENERALIDADES METODOLOGÍA DE MODELADO DE INFORMACIÓN MODELO DE INTERCAMBIO DE INFORMACION DE PARQUE EOLICO GENERALIDADES... 18

5 Página 7.2 METODOLOGÍA DE MODELADO DE INTERCAMBIO DE INFORMACIÓN MAPEO A PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES GENERALIDADES ARQUITECTURA DE MAPEO MAPEO DEL MODELO INFORMACIÓN DE PARQUE EÓLICO FIGURAS Figura 1. Modelo de comunicación conceptual de la serie de Normas IEC Figura 2. Procesado de datos en el servidor (conceptual) Figura 3. Enfoque de modelado (conceptual) Figura 4. Estructura del modelo de información de parque eólico Figura 5. Papel del cliente y servidor Figura 6. Modelos de servicios del IEM Figura 7. Modelo de intercambio de información conceptual de un parque eólico Figura 8. Modelo de servicios del IEM con ejemplos Figura 9. Diagrama de secuencia Figura 10. Mapeo ACSI a pilas/perfiles de comunicación Figura 11. Perfiles de comunicaciones TABLAS Tabla 1. Funciones de operación Tabla 2. Funciones de gestión... 11

6 Página Tabla 3. Categorías de información de parque eólico Tabla 4.Tabla de la estructura general de un nodo lógico (LN) Tabla 5. Atributos de las clases de datos de un nodo lógico Tabla 6. Tabla de servicio... 23

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8 INTRODUCCIÓN La serie de Normas IEC atañe a vendedores (fabricantes, proveedores), operadores, propietarios, planificadores y diseñadores de parques eólicos, así como a integradores de sistemas y compañías eléctricas que operan en el mercado de la energía eólica. El propósito de la serie de Normas IEC es su aceptación y uso a nivel mundial como la normativa internacional para las comunicaciones en el ámbito de los parques eólicos. La serie de Normas IEC se ha desarrollado con el fin de proporcionar las bases de una comunicación uniforme para el monitoreo y el control de parques eólicos. Define información específica del parque eólico, mecanismos de intercambio de información y su mapeo a protocolos de comunicaciones. En este ámbito, la serie de Normas IEC define los detalles necesarios para el intercambio de la información disponible entre los componentes de un parque eólico en un entorno independiente del fabricante. Esto se consigue por medio de las definiciones incluidas en la serie de Normas IEC o por medio de referencias a otras normas. La información específica del parque eólico describe la información genérica y crucial de proceso y de configuración. La información se estructura de forma jerárquica y alcanza, por ejemplo, la información genérica que se puede encontrar en el rotor, generador, convertidor, la conexión a red y similares. La información puede consistir en datos simples (incluyendo marca de tiempo y calidad) y valores de configuración, o bien atributos más completos e información descriptiva, como por ejemplo unidades de ingeniería, escala, descripción, referencia, información estadística o histórica. Toda la información de un parque eólico definida en la serie de Normas IEC lleva un nombre asociado. Cada dato tiene asociado un significado conciso. El modelo de información normalizado de parque eólico puede ampliarse por medio de las reglas de extensión basadas en espacios de nombres. Todos los datos, atributos e información descriptiva pueden intercambiarse por medio de los servicios correspondientes. La implementación de las Normas IEC permite a los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) comunicarse con aerogeneradores de diferentes proveedores. La descripción automática normalizada (contenida en un fichero XML (extensible Markup Language) o recuperada directamente del dispositivo) puede usarse para configurar aplicaciones SCADA. La serie de Normas IEC excluye la normalización de aplicaciones SCADA, sin embargo la normalización de la información común de los aerogeneradores proporciona medios para la reutilización de aplicaciones y pantallas de operación para aerogeneradores de diferentes proveedores. Desde la perspectiva de la compañía eléctrica, la definición de datos genéricos minimiza las conversiones y cálculos para la evaluación y comparación de todos sus parques eólicos. La serie de Normas IEC puede aplicarse a cualquier concepto de operación de parque eólico, es decir, tanto aerogeneradores individuales, como agrupaciones más integradas. El área de aplicación de la serie de Normas IEC incluye los componentes necesarios para la operación del parque eólico, es decir, no sólo el aerogenerador en sí, sino que también incluye el sistema meteorológico, el sistema eléctrico y el sistema de gestión del parque eólico. La información especificada en la serie de Normas IEC excluye la información asociada a los generadores eléctricos y subestaciones. La comunicación en la subestación se encuentra

9 recogida dentro de la serie de Normas IEC La intención de la serie de Normas IEC es permitir que componentes de diferentes proveedores se comuniquen con otros componentes, en cualquier localización. Las estructuras de datos orientadas a objetos permiten la realización de la ingeniería y el manejo de grandes cantidades de información proporcionadas por los parques eólicos consumiendo menor tiempo y de un modo más eficiente. La serie de Normas IEC posibilita la escalabilidad, conectividad e interoperabilidad. La serie de Normas IEC es una base para simplificar los requisitos contractuales que deben cumplir el aerogenerador y el sistema SCADA. Se ha normalizado la parte crucial de la información del parque eólico, los métodos de intercambio de información y las pilas de protocolos de comunicaciones. Constituyen una base a la que se podrían referir fácilmente las especificaciones de procedimientos y contratos. La serie de Normas IEC está organizada en varias partes. Esta Norma (IEC ) ofrece una orientación introductoria, requisitos cruciales y una guía de modelado. NOTA 1 El rendimiento de las implementaciones de la Norma IEC es específico de la aplicación. La Norma IEC no garantiza un nivel de rendimiento específico. Esto se encuentra fuera del campo de aplicación de la serie de normas IEC Sin embargo, no hay una limitación subyacente en la tecnología de comunicación para proporcionar aplicaciones a velocidades elevadas (tiempos de respuesta de milisegundos). NOTA 2 La Norma IEC , a fecha de publicación de esta Norma (IEC ), se encuentra pendiente de publicación. Con la Norma IEC se describe/define en detalle el mapeo de los modelos de información y modelos de intercambio de información a perfiles de comunicación específicos. La Norma IEC puede consistir de más de un mapeo normativo pero al menos uno de los mapeos opcionales debe elegirse para poder ser considerado conforme con la serie de Normas IEC Se espera que la Norma IEC incluya los siguientes mapeos: Webservices. IEC MMS OPC XML DA IEC DNP3 Cada uno de los diferentes mapeos especifica de forma individualizada cuáles y cómo serán soportados los modelos de información (IEC ) y los modelos de intercambio de información (IEC ). Los mapeos sólo recogerán los modelos de información y modelos de intercambio de información definidos en las Normas IEC y IEC El mapeo individual seleccionado soportara como mínimo los datos y atributos obligatorios, junto con los servicios asociados. Un mapeo concreto podrá, por motivos de implementación o debido a propiedades subyacentes del protocolo de comunicaciones empleado, necesitar extender y clarificar información o servicios individuales definidos en las Normas IEC e IEC La Norma IEC tendrá en este sentido la mayor prioridad en el orden de aplicación en lo que respecta a la implementación.

10 AEROGENERADORES. COMUNICACIONES PARA EL MONITOREO Y EL CONTROL DE PARQUES EÓLICOS DESCRIPCIÓN GENERAL DE PRINCIPIOS Y MODELOS 1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACION El objetivo de la serie de Normas IEC es la comunicación entre los componentes del parque eólico tales como los aerogeneradores, y actores como los sistemas SCADA. La comunicación interna dentro de componentes del parque eólico se encuentra fuera del campo de aplicación de la serie de Normas IEC La serie de Normas IEC se ha diseñado para un entorno de comunicaciones basado en un modelo cliente-servidor. Se definen tres áreas que son modeladas de forma separada para asegurar la escalabilidad de las aplicaciones: 1) modelos de información del parque eólico; 2) modelos de intercambio de información, y 3) mapeo de los dos modelos previos a un perfil de comunicaciones normalizado. El modelo de información de parque eólico y el modelo de intercambio de información, vistos en su conjunto, constituyen la interfaz entre el cliente y el servidor. A este respecto, el modelo de información de parque eólico actúa como un marco de interpretación de la información accesible en el parque eólico. El servidor hace uso del modelo de información del parque eólico para ofrecer al cliente una visión uniforme, y orientada a objetos de la información del parque eólico. El modelo de intercambio de información refleja la funcionalidad activa completa del servidor. La serie de Normas IEC habilita la conectividad de una combinación heterogénea de clientes y servidores de diferentes fabricantes y proveedores. Tal y como se describe en la figura 1, la serie de Normas IEC define un servidor con los siguientes aspectos: - Información proporcionada por un componente del parque eólico, por ejemplo, se ha modelado y habilitado su acceso a la velocidad de giro del rotor del aerogenerador o la producción total de energía en un intervalo temporal concreto. La Norma IEC define el modelo de información dentro de la serie de Normas IEC ; - Servicios para el intercambio de valores de la información modelada definidos en la Norma IEC ; 1 de 26

11 - Mapeo a un perfil de comunicaciones, proporcionando una pila de protocolos para transportar los valores del modelo de información intercambiados (IEC ). La serie de Normas IEC sólo define cómo modelar la información, el intercambio de información y el mapeo a protocolos de comunicaciones específico. La serie de Normas IEC excluye una definición de cómo y dónde debe implementarse la interfaz de comunicaciones, la interfaz de los programas de aplicación y recomendaciones de implementación. Sin embargo, el objetivo de la serie de Normas IEC es que la información asociada con un componente individual del parque eólico (como por ejemplo un aerogenerador) sea accesible por medio de su correspondiente dispositivo lógico. Esta Norma (IEC ) proporciona una descripción general de los principios y modelos usados en la serie de Normas IEC NOTA La serie de Normas IEC se centra en la información genérica no dependiente del proveedor. Aquellos elementos de información que tengan tendencia a variar en gran medida entre implementaciones específicas del proveedor pueden por ejemplo especificarse en acuerdos bilaterales, grupos de usuarios o modificaciones a la serie de Normas IEC Figura 1. Modelo de comunicación conceptual de la serie de Normas IEC REFERENCIAS NORMATVIAS Los siguientes documentos normativos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento normativo. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada. Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento normativo referenciado (incluida cualquier corrección). IEC , Wind turbines. Part 12-1: Power Performance Measurements of Electricity Producing Wind Turbines. IEC (all parts), Wind Turbines. Part 25: Communications for Monitoring and Control of Wind Power Plants. IEC :2003, Communication Networks and Systems in Substations. Part 7-1: Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment Principles and Models 2

12 IEC :2003, Communication Networks and Systems in Substations. Part 7-2: Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment. Abstract Communication Service Interface (ACSI). IEC :2003, Communication Networks and Systems in Substations. Part 7-3: Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment. Common Data Classes IEC :2003, Communication Networks and Systems in Substations. Part 7-4: Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment Compatible Logical Node Classes and Data Classes IEC :2004, Communication Networks and Systems in Substations. Part 8-1: Specific Communication Service Mapping (SCSM) Mappings to MMS (ISO and ISO ) and to ISO/IEC ISO :1994, Information Technology. Open Systems Interconnection Basic Reference Model: The Basic Model 3. TÉRMINOS Y DEFINICIONES Para el propósito de este documento, se aplican los siguientes términos y definiciones. 3.1 Actor. Papel que juega un sistema en el contexto de monitoreo y control, mientras que no se encuentra directamente involucrado en la operación del parque eólico, como puede ser el sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA). NOTA Existen muchas otras designaciones como por ejemplo sistema de gestión central, sistema de control y monitoreo, sistema de control remoto. 3.2 Alarma. Información de estado del parque eólico: Declaración de una intervención de seguridad por parte del sistema de control del parque eólico (por ejemplo activo/inactivo (on/off)). 3.3 Valores característicos. Propiedades de la información análoga (mínimo, máximo, promedio, desviación, etc.). 3.4 Comando. Dato controlable para el comportamiento del sistema (habilitar/deshabilitar, activar/desactivar, etc.). 3.5 Función de comunicación. Se usa por un actor para configurar, realizar y monitorear el intercambio de información dentro del parque eólico, por ejemplo función de operación y de gestión. 3.6 Control. Función operacional que se usa para el cambio y la modificación, intervención, conmutación, control, configuración y optimización del parque eólico. 3.7 Valor contado. Número total de ocurrencias de un evento específico. 3.8 Recuperación de datos. Función de operación que se usa para recolectar datos del parque eólico. 3.9 Diagnósticos. Función de gestión que se usa para configurar y proporcionar un automonitoreo del sistema de comunicación. 3

13 3.10 Sistema eléctrico. Componente del parque eólico responsable de recoger y transmitir la energía generada por los aerogeneradores Evento. Transición de estado (estado, alarma, comando) Dispositivo electrónico inteligente; IED (Intelligent Electronic Device). Cualquier dispositivo que incorpora uno o más procesadores, con capacidad para recibir información de un transmisor externo o enviarla a un receptor externo. NOTA Por ejemplo el controlador del aerogenerador. Un IED puede tener conexiones como cliente, o como servidor, o ambas, con otro IED Información. Contenido de la comunicación. El elemento principal son los datos brutos de componentes del parque eólico, los cuales se deben procesar convirtiéndolos en información específica de acuerdo a la serie de Normas IEC Categorías de información de parque eólico: información de fuente (información análoga y de estado), información derivada (información estadística e histórica). La información se define como datos (habitualmente datos procesados y derivados, junto con información de descripción de otros datos) Intercambio de información. Proceso de comunicación entre dos sistemas, tales como un componente del parque eólico y un actor, con el fin de proporcionar y obtener información relevante. Requiere funciones específicas de comunicaciones, que consisten en uno o más servicios Modelo de información. Conocimiento relacionado con funciones y dispositivos en los cuales se implementan las funciones. NOTA Este conocimiento se hace visible y accesible gracias a los medios descritos en la serie de Normas IEC El modelo describe de un modo abstracto una representación orientada a la comunicación de una función o dispositivo reales Registro. Información histórica del parque eólico. Lista cronológica de información de proceso para un período de tiempo Registrar. Función de operación. Es la acción de almacenar información secuencial a menudo cronológicamente. El resultado de registrar es un registro Dispositivo lógico. Entidad que representa un conjunto de funciones típicas de parque eólico Función de gestión. Requerida por la administración del intercambio de información a un determinado nivel. Las funciones de gestión son el control de usuarios/acceso, la sincronización de tiempo, los diagnósticos y la configuración Obligatorio. El contenido definido debe proporcionarse para cumplir la serie de Normas IEC Información medida. Valor muestreado de una variable de proceso asociada con atributos como la marca de tiempo y la calidad Sistema meteorológico. Componente de un parque eólico responsable del monitoreo de las condiciones ambientales, como por ejemplo la velocidad del viento, la dirección del viento, la presión, la temperatura, etc. Proporciona información con varios fines como por ejemplo la correlación de información meteorológica con la energía eléctrica generada por aerogeneradores individuales con respecto a la energía eólica potencialmente utilizable. 4

14 3.23 Monitoreo. Función de operación que se usa para la observación local o remota de los cambios de un sistema o proceso a lo largo del tiempo. El término se puede también aplicar a la observación del comportamiento del valor de un dato o grupo de valores de datos Función de operación. Función para la obtención de información y el envío de instrucciones dentro de la operación diaria del parque eólico. Tipos: monitoreo, registro, notificación, recuperación de datos, control Opcional. El contenido definido puede opcionalmente ser proporcionado en cumplimiento de la serie de Normas IEC Parámetro. Información controlable destinada a la obtención o corrección de un comportamiento del sistema Información procesada. Valor medido, con los atributos de información asociados tales como la marca de tiempo y calidad, el cual se ha procesado de acuerdo al atributo de método de cálculo Perfil(es). Formato(s) que se usan por un protocolo particular para la transmisión de objetos de datos o comandos, etc Pila de protocolos. Implementación del programa informático particular de un modelo de protocolos de interconexión. Estos términos son a menudo sustituibles. Estrictamente hablando, el término modelo se refiere a la definición de los protocolos y la pila es la implementación del programa informático de los mismos Informe. Información real enviada por la función de notificación. Un informe puede contener todos los tipos de información definidos en la Norma IEC Notificación. Función de operación para la transferencia de datos desde el servidor al cliente, iniciada por un proceso de la aplicación servidor Supervisión, control y adquisición de datos; SCADA. Sistema basado en una unidad procesadora que recibe información de los IEDs, determina los requisitos de control y envía los comandos a los IEDs. Puede ser un sistema computador que usan por ejemplo los controladores para monitorear la distribución de energía a través de un servicio o área de control Estado. Condición de situación de un componente del sistema (st1/st2/..stn) Información estadística. Resultado de la aplicación de un algoritmo estadístico a un conjunto de datos con el fin de obtener el mínimo, máximo, la desviación estándar, etc Información de tiempo. Tiempo de duración de un estado específico Sincronización de tiempo. La sincronización es la coordinación de ocurrencias para la operación al unísono con respecto al tiempo. Este proceso puede ser un acuerdo premeditado expuesto en un espacio temporal paralelo, o puede ser una coincidencia observable de eventos Datos trifásicos. Valor medido en un circuito eléctrico trifásico con atributos de información asociados tales como la marca de tiempo, calidad o el método de cálculo Registro transitorio. Lista cronológica activada por un evento con una alta resolución de información y una corta duración (informe generado por evento). 5

15 3.39 Gestión de usuarios/acceso. Función de gestión usada para configurar, modificar, eliminar usuarios (administrativamente), asignar permisos de acceso (administrativamente) y acceso monitoreado. NOTA Una función de gestión no incluye necesariamente servicios de comunicación Parque eólico. Sistema completo que consiste en cualquier número de subsistemas técnicos a los cuales se hace referencia en la serie de Normas IEC como componentes del parque eólico, por ejemplo uno o más aerogeneradores. NOTA El principal objetivo de un parque eólico es la generación de energía eléctrica a partir del viento Información analógica del parque eólico. Información continua referida a la condición o comportamiento reales de un componente o sistema. NOTA Los tipos son, por ejemplo, valor medido, valor procesado, valor trifásico, ajuste, parámetro Componente del parque eólico. Sistema técnico empleado en la operación de parques eólicos, tales como aerogeneradores, sistemas meteorológicos, eléctricos y de gestión del parque eólico Sistema de gestión de parque eólico. Componente de un parque eólico, responsable de asegurar que el sistema completo se adapta a las condiciones estáticas y dinámicas y a los requisitos de conexión del sistema eléctrico (por ejemplo, operación conjunta de los aerogeneradores con la subestación y otros dispositivos relacionados del sistema eléctrico). NOTA Un sistema de gestión de parque eólico puede incluir otras funciones (por ejemplo funcionalidad de control de sombra, reducción de ruido o sonido, alarma de hielo, protección de rayos) no modelada en la serie de Normas IEC Aerogenerador. Componente principal de un parque eólico. Es responsable de la generación de energía y cumple la tarea de usar el potencial de viento de una ubicación determinada para convertir la energía cinética del viento en energía eléctrica. 6

16 IMPORTANTE Este resumen no contiene toda la información necesaria para la aplicación del documento normativo original al que se refiere la portada. ICONTEC lo creo para orientar a su cliente sobre el alcance de cada uno de sus documentos y facilitar su consulta. Este resumen es de libre distribución y su uso es de total responsabilidad del usuario final. El documento completo al que se refiere este resumen puede consultarse en los centros de información de ICONTEC en Bogotá, Medellín, Barranquilla, Cali o Bucaramanga, también puede adquirirse a través de nuestra página web o en nuestra red de oficinas (véase El logo de ICONTEC y el documento normativo al que hace referencia este resumen están cubiertos por las leyes de derechos reservados de autor. Información de servicios aplicables al documento aquí referenciado la encuentra en: o por medio del contacto cliente@icontec.org. ICONTEC INTERNACIONAL 7