IEC 61970-457:2021

Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 457: Dynamics profile

IEC 61970-457:2021 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.

Interface de programmation d'application pour système de gestion d'énergie (EMPS-API) – Partie 457: Profil de régime dynamique

IEC 61970-457:2021 spécifie une interface normalisée pour l’échange des informations de modèles de régimes 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 de régimes 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 de régimes 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 complet 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 de régimes 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 définis par l'utilisateur propriétaires: échange qui donne 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 de régimes 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 considéré comme prémémorisé 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.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Mar-2021
• ICS: 33.200 - Telecontrol. Telemetering
• Technical Committee: TC 57 - Power systems management and associated information exchange
• Drafting Committee: WG 13 - TC 57/WG 13

Relations

• Revised: IEC 61970-457:2024 - Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 457: Dynamics profile
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

IEC 61970-457 ®
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INTERNATIONAL
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Energy management system application program interface (EMS-API) –
Part 457: Dynamics profile
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Part 457: Dynamics profile
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
ICS 33.200 ISBN 978-2-8322-9421-5

– 2 – IEC 61970-457:2021 © IEC 2021
CONTENTS
FOREWORD . 22
INTRODUCTION . 24
1 Scope . 25
2 Normative references . 25
3 Terms and definitions . 26
4 Profile specification . 26
4.1 General . 26
4.2 Requirements and constraints . 26
5 Overview . 29
6 Use cases . 30
6.1 General . 30
6.2 Dynamic assessment studies . 30
7 Architecture . 31
7.1 General . 31
7.2 Profile architecture . 32
8 Detailed profile specification . 34
8.1 General . 34
8.2 Package DynamicsProfile . 35
8.2.1 General . 35
8.2.2 (abstract) DynamicsProfileVersion root class . 35
8.2.3 Package Base . 35
8.2.4 Package Dynamics . 64
Annex A (normative) Implementation clarifications related to the models inherited from
RotatingMachineDynamics class . 444
Annex B (informative) Examples using IEC 61970-552 serialisation . 446
B.1 Overview. 446
B.2 Standard models . 446
B.3 User-defined models . 450
Bibliography . 457

Figure 1 – SynchronousMachineDynamics association . 32
Figure 2 – Interconnection diagram for a synchronous machine . 32
Figure 3 – Standard connections for a synchronous machine . 33
Figure 4 – Profile relationships . 34
Figure 5 – Class diagram Domain::Primitives . 36
Figure 6 – Class diagram Domain::DataTypes . 36
Figure 7 – Class diagram Domain::Enumerations . 37
Figure 8 – Class diagram Core::Core . 55
Figure 9 – Class diagram Wires::Wires . 59
Figure 10 – StandardInterconnectionSynchronousMachine . 65
Figure 11 – StandardInterconnectionSynchronousGeneratorCrossCompound . 66
Figure 12 – StandardInterconnectionAsynchronousMachine . 67
Figure 13 – StandardInterconnectionWindTurbineType1Aand1B . 68
Figure 14 – StandardInterconnectionWindTurbineType2 . 69

Figure 15 – StandardInterconnectionWindTurbineType3 . 70
Figure 16 – StandardInterconnectionWindTurbineType4Aand4B . 71
Figure 17 – StandardInterconnectionSingleLoad . 72
Figure 18 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardSynchronousMachineInterconnection . 73
Figure 19 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardAsynchronousMachineInterconnection . 74
Figure 20 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardWindType1and2Interconnection . 75
Figure 21 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardWindType3and4Interconnection . 76
Figure 22 – Class diagram StandardInterconnections::StandardLoadInterconnection . 77
Figure 23 – Class diagram StandardInterconnections::StandardHVDCInterconnection . 78
Figure 24 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardStaticVarCompensatorInterconnection . 78
Figure 25 – SynchronousGeneratorInterconnectionAndVariables . 81
Figure 26 – SynchronousMotorInterconnectionAndVariables . 82
Figure 27 – Class diagram SynchronousMachineDynamics::
SynchronousMachineDynamics . 83
Figure 28 – SynchronousMachineSaturationParameters . 84
Figure 29 – SynchronousGeneratorMechanicalEquation . 85
Figure 30 – SynchronousMotorMechanicalEquation . 86
Figure 31 – SynchronousGeneratorPhasor . 87
Figure 32 – SynchronousMotorPhasor . 88
Figure 33 – Simplified . 89
Figure 34 – SubtransientRoundRotor . 93
Figure 35 – SubtransientSalientPole . 94
Figure 36 – SubtransientTypeF . 95
Figure 37 – SubtransientTypeJ . 96
Figure 38 – SubtransientRoundRotorSimplified . 97
Figure 39 – SubtransientSalientPoleSimplified . 99
Figure 40 – SubtransientRoundRotorSimplifiedDirectAxis . 101
Figure 41 – SubtransientSalientPoleSimplifiedDirectAxis . 103
Figure 42 – SynchronousEquivalentCircuit . 107
Figure 43 – AsynchronousGeneratorInterconnectionAndVariables . 109
Figure 44 – AsynchronousMotorInterconnectionAndVariables . 110
Figure 45 – Class diagram AsynchronousMachineDynamics::
AsynchronousMachineDynamics . 111
Figure 46 – AsynchronousGeneratorMechanicalEquation . 112
Figure 47 – AsynchronousMotorMechanicalEquation . 112
Figure 48 – AsynchronousEquivalentCircuit . 116
Figure 49 – TurbineGovernorInterconnectionAndVariables . 118
Figure 50 – Class diagram TurbineGovernorDynamics::TurbineGovernorDynamics . 119
Figure 51 – GovHydroIEEE0 . 121
Figure 52 – GovHydroIEEE2 . 123

– 4 – IEC 61970-457:2021 © IEC 2021
Figure 53 – GovSteamIEEE1 . 125
Figure 54 – GovCT1 . 128
Figure 55 – GovCT2 . 132
Figure 56 – GovGAST . 136
Figure 57 – GovGAST1 . 137
Figure 58 – GovGAST2 . 140
Figure 59 – GovGAST3 . 142
Figure 60 – GovGAST3ExhaustTemperature . 143
Figure 61 – GovGAST4 . 145
Figure 62 – GovGASTWD . 147
Figure 63 – GovHydro1 . 149
Figure 64 – GovHydro2 .
...

IEC 61970-457 ®
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Part 457: Dynamics profile
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– 2 – IEC 61970-457:2021 © IEC 2021
CONTENTS
FOREWORD . 22
INTRODUCTION . 24
1 Scope . 25
2 Normative references . 25
3 Terms and definitions . 26
4 Profile specification . 26
4.1 General . 26
4.2 Requirements and constraints . 26
5 Overview . 29
6 Use cases . 30
6.1 General . 30
6.2 Dynamic assessment studies . 30
7 Architecture . 31
7.1 General . 31
7.2 Profile architecture . 32
8 Detailed profile specification . 34
8.1 General . 34
8.2 Package DynamicsProfile . 35
8.2.1 General . 35
8.2.2 (abstract) DynamicsProfileVersion root class . 35
8.2.3 Package Base . 35
8.2.4 Package Dynamics . 64
Annex A (normative) Implementation clarifications related to the models inherited from
RotatingMachineDynamics class . 444
Annex B (informative) Examples using IEC 61970-552 serialisation . 446
B.1 Overview. 446
B.2 Standard models . 446
B.3 User-defined models . 450
Bibliography . 457

Figure 1 – SynchronousMachineDynamics association . 32
Figure 2 – Interconnection diagram for a synchronous machine . 32
Figure 3 – Standard connections for a synchronous machine . 33
Figure 4 – Profile relationships . 34
Figure 5 – Class diagram Domain::Primitives . 36
Figure 6 – Class diagram Domain::DataTypes . 36
Figure 7 – Class diagram Domain::Enumerations . 37
Figure 8 – Class diagram Core::Core . 55
Figure 9 – Class diagram Wires::Wires . 59
Figure 10 – StandardInterconnectionSynchronousMachine . 65
Figure 11 – StandardInterconnectionSynchronousGeneratorCrossCompound . 66
Figure 12 – StandardInterconnectionAsynchronousMachine . 67
Figure 13 – StandardInterconnectionWindTurbineType1Aand1B . 68
Figure 14 – StandardInterconnectionWindTurbineType2 . 69

Figure 15 – StandardInterconnectionWindTurbineType3 . 70
Figure 16 – StandardInterconnectionWindTurbineType4Aand4B . 71
Figure 17 – StandardInterconnectionSingleLoad . 72
Figure 18 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardSynchronousMachineInterconnection . 73
Figure 19 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardAsynchronousMachineInterconnection . 74
Figure 20 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardWindType1and2Interconnection . 75
Figure 21 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardWindType3and4Interconnection . 76
Figure 22 – Class diagram StandardInterconnections::StandardLoadInterconnection . 77
Figure 23 – Class diagram StandardInterconnections::StandardHVDCInterconnection . 78
Figure 24 – Class diagram StandardInterconnections::
StandardStaticVarCompensatorInterconnection . 78
Figure 25 – SynchronousGeneratorInterconnectionAndVariables . 81
Figure 26 – SynchronousMotorInterconnectionAndVariables . 82
Figure 27 – Class diagram SynchronousMachineDynamics::
SynchronousMachineDynamics . 83
Figure 28 – SynchronousMachineSaturationParameters . 84
Figure 29 – SynchronousGeneratorMechanicalEquation . 85
Figure 30 – SynchronousMotorMechanicalEquation . 86
Figure 31 – SynchronousGeneratorPhasor . 87
Figure 32 – SynchronousMotorPhasor . 88
Figure 33 – Simplified . 89
Figure 34 – SubtransientRoundRotor . 93
Figure 35 – SubtransientSalientPole . 94
Figure 36 – SubtransientTypeF . 95
Figure 37 – SubtransientTypeJ . 96
Figure 38 – SubtransientRoundRotorSimplified . 97
Figure 39 – SubtransientSalientPoleSimplified . 99
Figure 40 – SubtransientRoundRotorSimplifiedDirectAxis . 101
Figure 41 – SubtransientSalientPoleSimplifiedDirectAxis . 103
Figure 42 – S
...