IEC 61970-457:2024
(Main)Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 457: Dynamics profile
Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 457: Dynamics profile
IEC 61970-457:2024 specifies a standard interface for exchanging dynamic model information needed to support the analysis of the steady state stability (small-signal stability) and/or transient stability of a power system or parts of it. The schema(s) for expressing the dynamic model information are derived directly from the CIM, more specifically from IEC 61970-302.
The scope of this document includes only the dynamic model information that needs to be exchanged as part of a dynamic study, namely the type, description and parameters of each control equipment associated with a piece of power system equipment included in the steady state solution of a complete power system network model. Therefore, this profile is dependent upon other standard profiles for the equipment as specified in IEC 61970-452: CIM static transmission network model profiles, the topology, the steady state hypothesis and the steady state solution (as specified in IEC 61970-456: Solved power system state profiles) of the power system, which bounds the scope of the exchange. The profile information described by this document needs to be exchanged in conjunction with IEC 61970-452 and IEC 61970-456 profiles’ information to support the data requirements of transient analysis tools. IEC 61970-456 provides a detailed description of how different profile standards can be combined to form various types of power system network model exchanges.
This document supports the exchange of the following types of dynamic models:
• standard models: a simplified approach to exchange, where models are contained in predefined libraries of classes interconnected in a standard manner that represent dynamic behaviour of elements of the power system. The exchange only indicates the name of the model along with the attributes needed to describe its behaviour.
• proprietary user-defined models: an exchange that would provide users the ability to exchange the parameters of a model representing a vendor or user proprietary device where an explicit description of the model is not described in this document. The connections between the proprietary models and standard models are the same as described for the standard models exchange. Recipient of the data exchange will need to contact the sender for the behavioural details of the model.
This document builds on IEC 61970-302, CIM for dynamics which defines the descriptions of the standard dynamic models, their function block diagrams, and how they are interconnected and associated with the static network model. This type of model information is assumed to be pre-stored by all software applications hence it is not necessary to be exchanged in real-time or as part of a dynamics model exchange.
This second edition cancels and replaces the first edition published in 2021. This edition constitutes a technical revision.
This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition:
a) The majority of issues detected in IEC 61970-302:2018 and fixed in IEC 61970-302:2022 led to update of this document;
b) IEEE 421.5-2016 on Excitation systems is fully covered;
c) IEEE turbine report from 2013 was considered and as a result a number of gas, steam and hydro turbines/governors are added;
d) IEC 61400-27-1:2020 on wind turbines is fully incorporated;
e) WECC Inverter-Based Resource (IBR) models, Hybrid STATCOM models and storage models are added;
f) The user defined models approach was enhanced in IEC 61970-302:2022 adding a model which enables modelling of a detailed dynamic model. This results in the creation of two additional profiles in this document. These are the Detailed Model Configuration profile and Detailed Model Parameterisation profile;
g) A model to enable exchange of simulation results was added in IEC 61970-302:2022. This results in the creation of two additional profiles in this document. These are the Simulation Settings profile and Simulation Results profile;
h) The work on the
Interface de programmation d’application pour système de gestion d’énergie (EMS-API) - Partie 457: Profil de régimes dynamiques
IEC 61970-457:2024 spécifie une interface normalisée pour l’échange des informations de modèles dynamiques, nécessaires pour soutenir l’analyse de la stabilité en régime établi (stabilité en petits signaux) et/ou la stabilité transitoire d’un système électrique ou des parties de celui ci. Le ou les schémas d’expression des informations de modèles dynamiques sont déduits directement du CIM, plus spécifiquement de l’IEC 61970-302.
Le domaine d’application du présent document inclut uniquement les informations des modèles dynamiques qu’il est nécessaire d’échanger comme partie intégrante d’une étude des régimes dynamiques, à savoir le type, la description et les paramètres de chaque équipement de commande associé à un équipement de système électrique inclus dans la solution permanente d’un modèle exhaustif de réseau électrique. Par conséquent, ce profil dépend des autres profils normalisés pour les équipements comme cela est spécifié dans l’IEC 61970-452: Profils du modèle de réseau de transport statique CIM, la topologie, l’hypothèse en régime établi et la solution en régime établi (comme cela est spécifié dans l'IEC 61970-456: Profils d'état de réseaux électriques résolus) du système électrique, ce qui limite la portée de l’échange. Il est nécessaire d’échanger les informations de profils décrites par le présent document conjointement avec les informations de profils spécifiées dans l’IEC 61970-452 et l’IEC 61970-456 afin de venir à l’appui des exigences relatives aux données des outils d’analyse transitoire. L’IEC 61970-456 donne une description détaillée du mode selon lequel les différentes normes de profils peuvent être combinées afin de former différents types d’échanges de modèles de réseaux électriques.
Le présent document soutient l’échange des types suivants de modèles dynamiques:
• modèles normalisés: une approche simplifiée d’échange, avec laquelle les modèles sont contenus dans des bibliothèques prédéfinies de classes interconnectées de manière normalisée, qui représentent le comportement dynamique des éléments du système électrique. L’échange indique uniquement le nom du modèle, ainsi que les attributs nécessaires pour décrire son comportement.
• modèles propriétaires définis par l'utilisateur: échange qui offre la possibilité aux utilisateurs d’échanger les paramètres d’un modèle qui représente le dispositif propriétaire d’un fournisseur ou d’un utilisateur, lorsque le présent document ne donne pas de description explicite du modèle. Les connexions entre les modèles propriétaires et les modèles normalisés sont les mêmes que celles décrites pour l’échange de modèles normalisés. Il est nécessaire que le destinataire de l’échange de données contacte l’émetteur afin d’obtenir les informations détaillées du comportement du modèle.
La structure du présent document suit le CIM pour régimes dynamiques de l’IEC 61970-302, qui définit les descriptions des modèles dynamiques normalisés et de leurs diagrammes de blocs fonctionnels, ainsi que leur mode d'interconnexion et d’association avec le modèle de réseau statique. Par hypothèse, ce type d’information de modèle est réputé être pré mémorisé par toutes les applications logicielles et il n’est ainsi pas nécessaire de l'échanger en temps réel ou comme partie intégrante d’un échange de modèles de régimes dynamiques
Cette seconde édition annule et remplace la première édition parue en 2021. Cette édition constitue une révision technique.
Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition précédente:
a) La majorité des problèmes identifiés dans l’IEC 61970-302:2018 et réglés dans l’IEC 61970-302:2022 ont conduit à la mise à jour du présent document.
b) La norme IEEE 421.5-2016 sur les systèmes d’excitation est entièrement couverte.
c) La prise en considération du rapport IEEE de 2013 sur les turbines a contribué à l’ajout d’un certain nombre de turbines/régulateurs à gaz, à vapeur et hydrauliques.
d) L’IEC 61400-27-1:2020 conce
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IEC 61970-457 ®
Edition 2.0 2024-02
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NORME
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Energy management system application program interface (EMS-API) –
Part 457: Dynamics profile
Interface de programmation d’application pour système de gestion d’énergie
(EMS-API) –
Partie 457: Profil de régimes dynamiques
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Energy management system application program interface (EMS-API) –
Part 457: Dynamics profile
Interface de programmation d’application pour système de gestion d’énergie
(EMS-API) –
Partie 457: Profil de régimes dynamiques
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
COMMISSION
ELECTROTECHNIQUE
INTERNATIONALE
ICS 33.200 ISBN 978-2-8322-5588-9
– 2 – IEC 61970-457:2024 © IEC 2024
CONTENTS
FOREWORD . 39
INTRODUCTION . 42
1 Scope . 43
2 Normative references . 43
3 Terms and definitions . 44
4 Profile specification . 44
4.1 General . 44
4.2 Version information . 46
4.2.1 Dynamics profile . 46
4.2.2 Detailed model configuration profile . 46
4.2.3 Detailed model parameterisation profile . 46
4.2.4 Simulation settings profile . 47
4.2.5 Simulation results profile . 47
4.3 Requirements and constraints . 47
5 Overview . 50
6 Use cases . 51
6.1 General . 51
6.2 Dynamic assessment studies . 51
7 Architecture and usage . 52
7.1 General . 52
7.2 Dynamics profile . 52
7.3 Detailed model configuration profile . 56
7.4 Detailed model parameterisation profile . 56
7.5 Simulation settings profile . 56
7.6 Simulation results profile . 56
7.7 Instance file (distribution) packaging and dependency . 57
8 Dynamics profile . 58
8.1 General . 58
8.2 Package DynamicsBase . 58
8.2.1 General . 58
8.2.2 (Description) DCConverterUnit . 59
8.2.3 (abstract) AsynchronousMachine . 60
8.2.4 (abstract) ACDCTerminal . 60
8.2.5 (abstract) Equipment . 60
8.2.6 (abstract) PowerSystemResource . 61
8.2.7 (abstract) PowerElectronicsConnection . 61
8.2.8 (Description) DCLine . 61
8.2.9 (abstract) RotatingMachine . 62
8.2.10 (abstract) ConductingEquipment . 62
8.2.11 (abstract) ACDCConverter . 63
8.2.12 (abstract) DCEquipmentContainer . 63
8.2.13 (abstract) EnergyConnection . 63
8.2.14 (abstract) Terminal . 64
8.2.15 (abstract) StaticVarCompensator . 64
8.2.16 (abstract) VsConverter . 64
8.2.17 (abstract) RegulatingCondEq . 65
8.2.18 (abstract) IdentifiedObject root class . 65
8.2.19 (abstract) ConnectivityNodeContainer . 66
8.2.20 (abstract) ProtectionEquipment . 66
8.2.21 (abstract) EquipmentContainer . 66
8.2.22 (abstract) ShuntCompensator . 67
8.2.23 (abstract) SynchronousMachine . 67
8.2.24 (abstract) CsConverter . 67
8.2.25 (Description) EnergyConsumer . 68
8.3 Package StandardInterconnections . 69
8.3.1 General . 69
8.3.2 RemoteInputSignal . 77
8.3.3 Package WindModels . 78
8.4 Package StandardModels . 85
8.4.1 General . 85
8.4.2 (abstract) DynamicsFunctionBlock . 86
8.4.3 (abstract) RotatingMachineDynamics . 86
8.4.4 Package SynchronousMachineDynamics . 87
8.4.5 Package AsynchronousMachineDynamics . 115
8.4.6 Package TurbineGovernorDynamics . 123
8.4.7 Package TurbineLoadControllerDynamics . 245
8.4.8 Package MechanicalLoadDynamics . 249
8.4.9 Package ExcitationSystemDynamics. 252
8.4.10 Package OverexcitationLimiterDynamics . 388
8.4.11 Package UnderexcitationLimiterDynamics . 402
8.4.12 Package PowerSystemStabilizerDynamics. 414
8.4.13 Package DiscontinuousExcitationControlDynamics . 458
8.4.14 Package PFVArControllerType1Dynamics . 463
8.4.15 Package PFVArControllerType2Dynamics . 467
8.4.16 Package VoltageAdjusterDynamics . 473
8.4.17 Package VoltageCompensatorDynamics . 476
8.4.18 Package WindDynamics . 481
8.4.19 Package WindDynamicsEd2 . 512
8.4.20 Package LoadDynamics. 547
8.4.21 Package HVDCDynamics . 565
8.4.22 Package RelayDynamics . 567
8.4.23 Package StaticVarCompensatorDynamics . 571
8.4.24 Package StatorCurrentLimiterDynamics . 584
8.4.25 Package ShuntCompensatorDynamics . 589
8.4.26 Package StatcomDynamics . 591
8.4.27 Package WECCDynamics . 594
8.4.28 Package IEEE1547Dynamics . 634
8.5 Package UserDefinedModels . 648
8.5.1 General . 648
8.5.2 CSCUserDefined . 649
8.5.3 SVCUserDefined . 650
8.5.4 StatcomUserDefined . 651
8.5.5 VSCUserDefined . 651
8.5.6 WindPlantUserDefined . 652
8.5.7 WindType1or2UserDefined . 653
– 4 – IEC 61970-457:2024 © IEC 2024
8.5.8 WindType3or4UserDefined . 653
8.5.9 SynchronousMachineUserDefined . 654
8.5.10 AsynchronousMachineUserDefined . 655
8.5.11 TurbineGovernorUserDefined . 656
8.5.12 TurbineLoadControllerUserDefined . 657
8.5.13 MechanicalLoadUserDefined . 658
8.5.14 ExcitationSystemUserDefined . 658
8.5.15 OverexcitationLimiterUserDefined . 659
8.5.16 UnderexcitationLimiterUserDefined . 660
8.5.17 PowerSystemStabilizerUserDefined . 660
8.5.18 DiscontinuousExcitationControlUserDefined . 661
8.5.19 PFVArControllerType1UserDefined . 662
8.5.20 VoltageAdjusterUserDefined . 662
8.5.21 PFVArControllerType2UserDefined . 663
8.5.22 VoltageCompensatorUserDefined . 664
8.5.23 StatorCurrentLimiterUserDefined . 664
8.5.24 ShuntCompensatorUserDefined . 665
8.5.25 LoadUserDefined . 666
8.5.26 HVDCInterconnectionUserDefined . 666
8.5.27 RelayUserDefined . 667
8.5.28 ProprietaryParameterDynamics root class . 667
8.6 Package DynamicsDatatypes . 669
8.6.1 General . 669
8.6.2 CurrentFlow datatype . 671
8.6.3 PerCent datatype . 672
8.6.4 ReactivePower datatype . 672
8.6.5 Susceptance datatype . 672
8.6.6 Voltage datatype. 672
8.6.7 ActivePower datatype . 673
8.6.8 AngleDegrees datatype . 673
8.6.9 ApparentPower datatype. 673
8.6.10 Area datatype . 674
8.6.11 Frequency datatype . 674
8.6.12 Length datatype . 674
8.6.13 PU datatype . 674
8.6.14 Seconds datatype . 675
8.6.15 Temperature datatype. 675
8.6.16 VolumeFlowRate datatype . 675
8.6.17 DateTime primitive . 676
8.6.18 Float primitive . 676
8.6.19 Boolean primitive . 676
8.6.20 Date primitive . 676
8.6.21 Integer primitive . 676
8.6.22 String primitive . 676
8.6.23 UnitSymbol enumeration . 676
8.6.24 UnitMultiplier enumeration . 681
8.6.25 SinglePhaseKind enumeration . 682
8.6.26 OverExcitationLimiterInputKind enumeration. 683
8.6.27 InputsST4CKind enumeration . 683
8.6.28 InputsST6CKind enumeration . 683
8.6.29 InputsST7CKind enumeration . 684
8.6.30 VoelInputKind enumeration . 684
8.6.31 VsclInputKind enumeration . 684
8.6.32 VsInputKind enumeration . 684
8.6.33 VuelInputKind enumeration . 685
8.6.34 DroopSignalFeedbackKind enumeration . 685
8.6.35 ExcIEEEST1AUELselectorKind enumeration. 685
8.6.36 ExcREXSFeedbackSignalKind enumeration . 686
8.6.37 ExcST6BOELselectorKind enumeration . 686
8.6.38 ExcST7BOELselectorKind enumeration . 686
8.6.39 ExcST7BUELselectorKind enumeration . 687
8.6.40 FrancisGovernorControlKind enumeration . 687
8.6.41 GenericNonLinearLoadModelKind enumeration . 688
8.6.42 GovHydro4ModelKind enumeration . 688
8.6.43 IfdBaseKind enumeration . 688
8.6.44 InputSignalKind enumeration . 688
8.6.45 RemoteSignalKind enumeration . 689
8.6.46 RotorKind enumeration . 690
8.6.47 StaticLoadModelKind enumeration . 690
8.6.48 SynchronousMachineModelKind enumeration . 690
8.6.49 WindLookupTableFunctionKind enumeration . 691
8.6.50 WindPlantQcontrolModeKind enumeration . 693
8.6.51 WindQcontrolModeKind enumeration . 693
8.6.52 WindUVRTQcontrolModeKind enumeration . 693
8.6.53 WindPlantQcontrolModeKind2 enumeration . 694
8.6.54 WindLookupTableFunctionKind2 enumeration . 694
8.6.55 WindFRTQcontrolModeKind enumeration . 695
8.6.56 WindQcontrolModeKind2 enumeration . 696
9 Detailed Model Configuration Profile . 696
9.1 General . 696
9.2 DetailedModelTypeDynamics . 697
9.3 (abstract) DetailedModelDescriptor . 698
9.4 DetailedModelDescriptorArtifact . 698
9.5 DetailedModelDocumentationArtifact. 699
9.6 (abstract) DynamicsFunctionBlock . 699
9.7 FunctionDescriptor . 700
9.8 (abstract) IdentifiedObject root class . 700
9.9 InputOutputDescriptor . 701
9.10 LimiterDescriptor. 701
9.11 OperatorDescriptor . 702
9.12 ParameterDescriptor . 703
9.13 SignalDescriptor . 703
9.14 LogicalKind enumeration . 704
9.15 EquationLanguageKind enumeration . 704
9.16 OperatorDescriptorKind enumeration . 705
9.17 ConstraintKind enumeration . 705
9.18 ParameterKind enumeration . 705
9.19 XSDDatatypeKind enumeration . 706
– 6 – IEC 61970-457:2024 © IEC 2024
9.20 Integer primitive . 706
9.21 Float primitive . 707
9.22 DateTime primitive . 707
9.23 Date primitive. 707
9.24 String primitive . 707
9.25 Boolean primitive . 707
10 Detailed Model Parameterisation Profile . 707
10.1 General . 707
10.2 Boolean primitive . 708
10.3 (abstract) DetailedModelTypeDynamics . 708
10.4 (abstract) DetailedModelDescriptor . 709
10.5 (abstract) ACDCTerminal root class . 709
10.6 (abstract) IdentifiedObject root class . 709
10.7 ParameterValue root class . 709
10.8 (abstract) PowerSystemResource . 710
10.9 String primitive . 710
10.10 (abstract) DynamicsFunctionBlock . 710
10.11 (abstract) Equipment . 711
10.12 (abstract) ParameterDescriptor . 711
10.13 (Description) SignalDescriptor root class . 711
10.14 DetailedModelDynamics . 712
11 Simulation Settings Profile . 712
11.1 General . 712
11.2 (abstract) ACLineSegment root class . 715
11.3 (abstract) Terminal . 716
11.4 (abstract) Equipment root class . 716
11.5 EquipmentFault . 716
11.6 (abstract) Fault . 717
11.7 FaultCauseType . 718
11.8 LineFault . 718
11.9 (abstract) ACDCTerminal . 719
11.10 ClearSimulationEvent. 719
11.11 (abstract) DetailedModelDescriptor . 719
11.12 (abstract) DynamicsFunctionBlock . 720
11.13 (abstract) IdentifiedObject root class . 720
11.14 ParameterEvent . 721
11.15 PowerFlowSettings . 722
11.16 SignalConfiguration . 724
11.17 (abstract) SignalDescriptor . 724
11.18 SignalRecorder . 724
11.19 SimulationEvents . 725
11.20 SimulationSettings . 725
11.21 FaultImpedance compound . 726
11.22 UnitSymbol enumeration . 727
11.23 UnitMultiplier enumeration . 732
11.24 PhaseCode enumeration . 733
11.25 PhaseConnectedFaultKind enumeration . 734
11.26 ParameterChangeKind enumeration . 734
11.27 PowerFlowAlgorithmKind enumeration . 735
11.28 PowerShiftKind enumeration . 735
11.29 SlackDistributionKind enumeration . 735
11.30 SignalKind enumeration . 736
11.31 Length datatype . 736
11.32 PU datatype . 736
11.33 Reactance datatype . 737
11.34 AngleDegrees datatype . 737
11.35 ActivePower datatype . 737
11.36 ReactivePower datatype . 738
11.37 Seconds datatype . 738
11.38 Resistance datatype . 738
11.39 Float primitive . 738
11.40 Boolean primitive . 738
11.41 DateTime primitive . 739
11.42 Date primitive. 739
11.43 Duration primitive . 739
11.44 Integer primitive . 739
11.45 String primitive . 739
12 Simulation Results Profile . 739
12.1 General . 739
12.2 (abstract) Curve . 740
12.3 CurveData root class . 741
12.4 (abstract) IdentifiedObject root class . 741
12.5 (abstract) SignalConfiguration . 742
12.6 (abstract) SignalRecorder . 742
12.7 (abstract) SimulationEvents . 742
12.8 SimulationResult . 742
12.9 SimulationResultCharacteristic . 743
12.10 (abstract) SimulationSettings . 744
12.11 CurveStyle enumeration . 744
12.12 UnitMultiplier enumeration . 744
12.13 UnitSymbol enumeration . 745
12.14 Float primitive . 751
12.15 String primitive . 751
12.16 IRI primitive . 751
Annex A (normative) Implementation clarifications related to the models inherited from
RotatingMachineDynamics class . 752
Annex B (informative) Examples using IEC 61970-552 serialisation (instance data,
i.e.,non executable code, not a code component) . 754
B.1 Overview. 754
B.2 Standard models . 754
B.3 User-defined models . 760
B.4 Detailed model configuration . 767
B.5 Detailed model parameterisation . 771
B.6 Simulation settings . 772
B.7 Simulation results . 775
Bibliography . 777
Figure 1 – Interconnection diagram for a synchronous machine . 53
– 8 – IEC 61970-457:2024 © IEC 2024
Figure 2 – Standard connections for a synchronous machine . 54
Figure 3 – SynchronousMachineDynamics association . 55
Figure 4 – Profile relationships . 55
Figure 5 – Instance file dependency . 57
Figure 6 – Class diagram DynamicsBase::DynamicsBase . 59
Figure 7 – StandardInterconnectionSynchronousMachine . 69
Figure 8 – StandardInterconnectionSynchronousGeneratorCrossCompound . 70
Figure 9 – StandardInterconnectionAsynchronousMachine . 71
Figure 10 – StandardInterconnectionSingleLoad . 72
Figure 11 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardSynchronousMachineInterconnection . 73
Figure 12 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardAsynchronousMachineInterconnection . 74
Figure 13 – Class diagram StandardInterconnections::StandardLoadInterconnection . 75
Figure 14 – Class diagram StandardInterconnections::StandardHVDCInterconnection . 76
Figure 15 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardStaticVarCompensatorInterconnection . 76
Figure 16 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardShuntCompensatorInterconnection . 77
Figure 17 – StandardInterconnectionWindTurbineType1Aand1B . 79
Figure 18 – StandardInterconnectionWindTurbineType2 . 80
Figure 19 – StandardInterconnectionWindTurbineType3 . 81
Figure 20 – StandardInterconnectionWindTurbineType4Aand4B . 82
Figure 21 – Class diagram WindModels::StandardWindType1and2Interconnection . 83
Figure 22 – Class diagram WindModels::StandardWindType3and4Interconnection . 84
Figure 23 – Class diagram SynchronousMachineDynamics::
SynchronousMachineDynamics . 88
Figure 24 – SynchronousGeneratorInterconnectionAndVariables . 89
Figure 25 – SynchronousMotorInterconnectionAndVariables . 90
Figure 26 – SynchronousMachineSaturationParameters . 91
Figure 27 – SynchronousGeneratorMechanicalEquation . 92
Figure 28 – SynchronousMotorMechanicalEquation . 93
Figure 29 – SynchronousGeneratorPhasor . 94
Figure 30 – SynchronousMotorPhasor . 95
Figure 31 – Simplified . 96
Figure 32 – SubtransientRoundRotor . 100
Figure 33 – SubtransientSalientPole . 101
Figure 34 – SubtransientTypeF . 102
Figure 35 – SubtransientTypeJ . 103
Figure 36 – SubtransientRoundRotorSimplified . 104
Figure 37 – SubtransientSalientPoleSimplified . 106
Figure 38 – SubtransientRoundRotorSimplifiedDirectAxis . 108
Figure 39 – SubtransientSal
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Questions, Comments and Discussion
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