Architecture de communication des systèmes de stockage d'énergie : analyse de la logique de coordination des protocoles IEC 61850 et 104

Dans l'évolution des réseaux électriques modernes, l'intégration interne et la gestion à distance des sites de stockage d'énergie reposent largement sur des langages de communication normalisés. Les normes IEC 61850 et IEC 60870-5-104 (également appelée protocole 104), qui constituent des standards industriels majeurs, jouent un rôle essentiel dans la définition des modèles de données et la transmission à longue distance. La compréhension des couches techniques de ces deux normes est cruciale pour la conception de centrales de stockage d'énergie performantes.

Représentation hiérarchique du modèle objet de données IEC 61850

L'échange de données entre la couche de contrôle de la station de stockage d'énergie solaire et la couche de gestion des baies s'appuie en grande partie sur l'architecture IEC 61850. Cette norme n'est pas un simple protocole ; sa logique fondamentale repose sur la modélisation de l'information orientée objet.

Déconstruction des nœuds logiques et des dispositifs logiques

Dans les convertisseurs de stockage d'énergie (PCS) ou les systèmes de gestion de batteries (BMS), la norme IEC 61850 virtualise les dispositifs physiques en dispositifs logiques (DL). Chaque dispositif logique est composé de plusieurs nœuds logiques (NL). Cette définition structurée transforme les paramètres matériels complexes en ensembles de données standardisés, permettant une correspondance transparente des informations entre les appareils de différents fabricants.

Mécanisme de transmission de messages en temps réel

Pour répondre aux exigences de protection précise et de réponse rapide des batteries solaires des centrales domestiques, les messages MMS, GOOSE et SV constituent une liaison de transmission trois-en-un. Le MMS gère le chargement et la distribution des données de surveillance non temps réel, tandis que le GOOSE gère les signaux à haut débit, tels que l'enclenchement des équipements de la sous-station. Ce mécanisme réduit le câblage secondaire tout en améliorant la précision de la synchronisation de la transmission des informations.

Logique d'encapsulation du protocole 104 dans les liaisons de répartition à distance

Lorsque la sous-station de stockage d'énergie par batterie se connecte à un centre de répartition à distance ou à une plateforme de contrôle centralisée, le protocole 104 est privilégié en raison de sa grande fiabilité sur les réseaux étendus.

Analyse des messages d'application ASDU basée sur TCP/IP

Le protocole 104 encapsule le protocole 101 classique sur la pile de protocoles TCP/IP. Dans le cadre de la surveillance d'un système de batteries solaires domestique, l'unité de données de service d'application (ASDU) assure des services essentiels tels que la télémétrie, la signalisation à distance et le contrôle à distance. Grâce à une communication bidirectionnelle via un port fixe, le système de répartition peut obtenir directement et en temps réel l'état de charge (SOC) et la puissance de fonctionnement des batteries les plus performantes pour le stockage d'énergie solaire.

Initialisation de la liaison et contrôle du flux de données

Une fois la connexion établie, le protocole IEC 61850 active la transmission des données via une trame StartDT. Un mécanisme de contrôle du numéro de séquence des messages suit en temps réel l'état de la transmission et de la réception des données, et initie une reconnexion immédiate en cas de perte de paquets ou de dépassement de délai. Cette conception est adaptée aux besoins de contrôle centralisé du stockage d'énergie à longue distance et entre différents segments de réseau, garantissant ainsi la continuité de la transmission des données de production.

Analyse technique de la passerelle de conversion de protocole

Les projets de stockage d'énergie à grande échelle présentent souvent une architecture hybride combinant des passerelles IEC 61850 internes et externes, ce qui rend la logique de conversion de protocole complexe pour l'intégration du système.

Correspondance des adresses de données : La passerelle doit faire correspondre les chemins d'accès arborescents des objets de la norme IEC 61850 aux adresses linéaires du corps d'information du protocole IEC 61850.

Synchronisation des horodatages : Les horodatages à la milliseconde de la norme IEC 61850 doivent être convertis avec précision au format du protocole IEC 61850 afin d'éviter les erreurs de synchronisation lors des transmissions interprotocoles.

Correspondance des commandes de contrôle : Les commandes de contrôle à distance (par exemple, 104) doivent être interprétées et traduites en une logique opérationnelle conforme à la norme 61850 pour assurer la régulation de puissance du convertisseur de stockage d'énergie.

Recommandations de conception pour l'amélioration de la stabilité de l'architecture de communication :

Lors de la configuration d'un système de communication de stockage d'énergie, la topologie du réseau a un impact significatif sur l'efficacité du protocole.

Recommandations pour la segmentation des réseaux locaux virtuels (VLAN) :
L'isolation du trafic au sein de la station de stockage d'énergie à l'aide de la technologie VLAN permet de contrôler la propagation des tempêtes de diffusion GOOSE. L'attribution de priorités différentes au trafic de surveillance et de protection permet de prioriser la transmission des messages de contrôle en temps réel.

Déploiement de mécanismes de redondance de liaison

L'utilisation des technologies PRP (Parallel Redundancy Protocol) ou HSR (Seamless Redundancy Ring) permet d'obtenir un temps de commutation nul en cas de défaillance d'une liaison physique, ce qui est essentiel pour maintenir la stabilité de la régulation de fréquence du stockage d'énergie et des services d'écrêtement des pointes de consommation.