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[Resumen] En este trabajo, se propone el diseño de un armario para la formación en automatización y control de subestaciones eléctricas de tracción mediante el estándar IEC 61850. Este armario incorpora diversos dispositivos electrónicos inteligentes, comunicados mediante protocolos como MMS y GOOSE, con el propósito de supervisar y controlar de forma local y remota las maniobras, así como el estado de las líneas de entrada y salida de la subestación. Los equipos son configurados para comunicarse en una red redundante, demostrando ser capaces de realizar las distintas maniobras en la subestación y asegurando en todo momento la alimentación a la catenaria, si se produce un fallo en cualquiera de las líneas. Además, se proponen un conjunto de tareas prácticas para la formación en el ámbito de la automatización y control de subestaciones de tracción, que los alumnos pueden realizar con el armario propuesto. [Abstract] In this work, we propose the design of a cabinet for training in automation and control of electrical traction substations through the IEC 61850 standard. This cabinet incorporates several intelligent electronic devices (IEDs), which communicate through MMS and GOOSE protocols, with the purpose of monitoring and control locally and remotely the electrical operations and commands, as well as the status of the input and output lines and switchgear. The devices are configured to communicate in a redundant network, so that they are able to perform different operations in the substation, guaranteeing the power supply to the train, although there is a failure in one of the lines. In addition, a set of practical tasks are proposed for training in automation and control of electrical traction substations, which students can carry out with the proposed cabinet. Esta publicación es parte de proyecto PID2020-117890RB-I00 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ y el proyecto UNLE15-EE-2943 financiado por MINECO.

Ilustraciones La transición e implementación de subestaciones digitales de acuerdo con el estándar IEC61850 tiene cambios en la metodología de pruebas y la puesta en servicio de estas subestaciones. El desarrollo del Bus de proceso (IEC51850-9-2) en las subestaciones digitales ha permitido la transmisión y el manejo de las señales secundarias de corriente y tensión como señales digitales muestreadas y sincronizados en el tiempo, este intercambio de información puede ocasionar una pérdida de sincronismo entre los IEDs del Bus de proceso, y las consecuencias durante su operación debe ser conocida antes de su entrada en operación. El muestreo en tiempo real de corrientes y tensiones publicadas con estampa de tiempo en el bus de proceso puede generar congestiones que impliquen una pérdida/retraso de SV afectando el funcionamiento del IED. La metodología propuesta en este trabajo permite estudiar la respuesta individual de un IED conectado al bus de proceso para diferentes contingencias de SV. Para estudiar su respuesta, se utiliza un algoritmo desarrollado en MODELS, el cual realiza un muestreo sincronizado de las corrientes y tensiones calculadas por el ATP y mediante la técnica “Hardware in The Loop –HIL-” emula el comportamiento de una “Merging Unit” virtual publicando SV directamente en el IED de acuerdo con protocolo IEC61850-9-2. Las simulaciones realizadas en ATP permiten evaluar la respuesta de una función de sobrecorriente de fases, cada caso de estudio considera una pérdida sistémica de SV; la operación, señalización y las omisiones de disparo del IED se registran en cada secuencia específica de pérdida / retardo de SV en el bus de proceso. (Texto tomado de la fuente) The transition and implementation of digital substations according to IEC61850 standard has changes in the testing methodology and the commissioning of these substations. The development of the Process Bus (IEC51850-9-2) in digital substations has allowed the transmission of secondary signals of voltage and current as sampled digital signals synchronized in time, this exchange of information can cause a loss of synchronism between IEDs in the process bus and the consequences during their operation must be known before they start operating. The real-time sampling of published currents and voltages with a time stamp in the process bus can also generate congestion that implies a loss / delay of SV that affects the performance of the IED. The methodology proposed in this work allows to study the individual response of an IED connected to the process bus for different SV contingencies. To study its response, an algorithm developed in MODELS is used, which performs a synchronized sampling of the currents and voltages calculated by the ATP and by means of “Hardware in The Loop – HIL-” technique, it emulates the behavior of a virtual Merging Unit publishing SV directly to the IED according to the IEC61850-9-2 protocol. Simulations carried out in ATP allow to evaluate the response of a phase overcurrent function, every study case consider a systemic loss of SV; the operation, signaling and trip omissions of the IED are recorded in each specific sequence of loss / delay of SV on the process bus. Maestría Magíster en Ingeniería - Ingeniería Eléctrica Automatización de subestaciones eléctricas Área Curricular de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Control

El presente proyecto técnico tiene como finalidad la implementación de pruebas de fallas en los sistemas de generación empleando el CMC 356 Omicron del SEL751 que trabaja bajo la normativa IEC 61850 GOOSE, que accede a la elaboración de prácticas de laboratorio de protecciones eléctricas utilizando el módulo de generación de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil. Con el equipo CMC 356 Omicron, se efectúan prácticas en el cual podemos validar los parámetros requeridos para una correcta comunicación entre relés de protecciones y conocer la funcionalidad de la normativa IEC 61850 y sus protocolos GOOSE, considerando los softwares AcSELerator y el Test Universe. Finalmente, se realiza una guía de prácticas con el objetivo de que los docentes y los estudiantes de la Universidad Politécnica Salesiana instruyan sus conocimientos prácticos sobre la normativa IEC 61850 y la respectiva coordinación de protecciones de un SEP. The purpose of this technical project is the implementation of fault tests in generation systems using the CMC 356 Omicron of the SEL751 which works under the IEC 61850 GOOSE, standard that allows the development of laboratory practices on electrical protections using the generation module of the Electrical Engineering career at the Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil. With the CMC 356 Omicron equipment, practices are carried out in which we can validate the parameters required for correct communication between protection relays and meet the functionality of the IEC 61850 standard and GOOSE protocols, considering the AcSELerator software and the Test Universe. Finally, a practice guide is developed that aim to instruct both teacher and student of Universidad Politécnica Salesiana in their practical knowledge of the IEC 61850 standard and the respective coordination of protections of a SEP.

Este trabajo Fin de Máster (TFM) desarrolla un sistema de comunicaciones escalable para una microrred (MG) eléctrica bajo el estándar de comunicaciones IEC 61850. La MG donde se implementan las comunicaciones es una unidad de generación de recursos distribuidos (DER) basada en un sistema fotovoltaico, por lo que para su modelado este trabajo se basa en la sección del estándar IEC 61850-4-720. Para la implementación del sistema completo se hace uso de un PC, el cual actúa como Cliente/Publicador y una Raspberry Pi, la cual actúa como Servidor/Suscriptor, ambos sistemas se comunican vía Ethernet. El Cliente/Publicador es el encargado de realizar la gestión externa de la planta, representando el valor de las variables reales de la planta para informar del estado de las mismas al usuario. Por otro lado, el Cliente/Publicador también es el encargado de enviar los comandos necesarios para modificar el estado de la planta. Estas órdenes de apertura se envían a través de la mensajería GOOSE debido a los requisitos de tiempos que presenta la apertura y el cierre de los interruptores de la planta. Por otro lado, el Servidor/Suscriptor se encarga de la gestión del modelo de datos IEC 61850, de modo que obtiene el valor de las variables reales del sistema y actualiza el modelo de datos bajo el estándar IEC 61850. Asimismo, gestiona los comandos enviados vía GOOSE desde el Cliente/Suscriptor, realiza la configuración de la unidad DER, y supervisa el estado del canal de comunicaciones., This work develops a scalable communications system for an electrical microgrid (MG) under the IEC 61850 communications standard. The MG where the communications are implemented is a distributed resources generation unit (DER) based on a photovoltaic system, so for its modelling this work is based on the section of the IEC 61850-4-720 standard. For the implementation of the complete system, we use a PC, which acts as Client/Publisher and a Raspberry Pi, which acts as Server/Subscriber, both systems communicate via Ethernet. The Client/Publisher is in charge of the external management of the plant, so that it is responsible for representing the value of the real variables of the plant to report the status of the plant to the user. On the other hand, the Client/Publisher is also in charge of sending the necessary commands to open and close the plant switches to modify the plant status. These opening commands are sent through GOOSE messaging due to the timing requirements presented by the opening and closing of the plant switches. On the other hand, the Server/Subscriber is in charge of the management of the IEC 61850 data model, so that it obtains the value of the actual system variables and updates the data model under the IEC 61850 standard. On the other hand, it manages the commands sent via GOOSE from the Client/Subscriber, performs the opening and closing of the actual switches, and monitors the status of the communication channel., Máster Universitario en Ingeniería Industrial (M141)

Texto e imágenes Los sistemas de control de las subestaciones eléctricas cumplen un papel fundamental en a operación de sistemas eléctricos de potencia, pues proveen los mecanismos de control y supervisión de las variables eléctricas de estos sistemas. A lo largo del tiempo, estos sistemas han tenido grandes variaciones y avances tecnológicos que permiten diseñar e implementar sistemas SAS más robustos, confiables, seguros y económicos. Uno de los grandes avances sobre los sistemas de subestaciones es la estandarización. A través del estándar IEC 61850 se ha logrado viabilizar la implementación de tecnologías de vanguardia, homologar el leguaje de los usuarios y los fabricantes, hacer los sistemas interoperables y fácilmente expandibles, con un beneficio final de reducción de costos y aumento de confiabilidad. En este trabajo se detalla este estándar, su propósito, sus partes, su aplicación y ventajas. Una de las aplicaciones de este estándar son las subestaciones digitales, que maximizan los beneficios de los sistemas; este trabajo presenta una propuesta técnico-económica de aplicación de subestación digital, en un caso real, planteando sus consideraciones técnicas, arquitectura de red de comunicaciones para redes de estación y de proceso, técnicas de control de tráfico, sincronización de tiempo y redundancia. Este trabajo presenta los beneficios técnicos y económicos de diferentes etapas del ciclo de vida para activos de control y protecciones, y los retos a futuro de las subestaciones digitales cuando se aplica el estándar IEC 61850 The automation systems for electrical substations plays a fundamental role in the operation of electrical power systems, since they provide the control and supervision mechanisms of the electrical variables of these systems. Over time, these systems have had great variations and technological advances that allow the design and implementation of more robust, reliable, safe and economical SAS systems. One of the greatest advances over substation systems is standardization. With the IEC 61850 standard, the implementation of modern technologies has been made feasible, standardizing the language between users and manufacturers, making systems interoperable and easily expandable, with a final benefit of cost reduction and increased reliability. This work details this standard, its purpose, its parts, its application and advantages. One of the applications of this standard are digital substations, which maximize the benefits of the systems; This work presents a technical-economic proposal for the application of a digital substation, in a real application case, setting out its technical considerations, communications network architecture for station and process networks, traffic control techniques, time synchronization and redundancy. This work presents the technical and economic benefits of different stages of the life cycle for control and protection assets, and the future challenges of digital substations when the IEC 61850 standard is applied. Maestría Automatización de Sistemas de Potencia

La finalidad del presente proyecto es la creación de un sistema SCADA en el módulo de comunicaciones IEC61850, permitiendo la elaboración de una guía que detalla todo su desarrollo. El estándar IEC61850 define 3 niveles de una subestación, entre los cuales están el nivel de campo, nivel de bahía y nivel de proceso, los mismos podrían ser simulados en el laboratorio con el sistema SCADA creado con el software LabView, el cual requiere todo un sistema de comunicaciones, modelado de datos y protocolos de comunicación que deberán ser desarrollados y enlazados conjuntamente con IEDs que disponen los tres módulos de protecciones de sistema de generación, Líneas de transmisión y Redes de distribución. Al término del proyecto quedara un sistema eléctrico de potencia a escala diseñado en el software LABVIEW con la capacidad de visualizar y monitorear datos en tiempo real aplicando la normativa IEC61850. The purpose of this project is the creation of a SCADA system in the IEC61850 communications module, allowing the preparation of a guide detailing all its development. The IEC61850 standard defines 3 levels of a substation, among which are the field level, bay level and process level, these could be simulated in the laboratory with the SCADA system created with LabVIEW software, which requires a complete communications system, data modeling and communication protocols that must be developed and linked together with IECs that provide the three modules of protection of the generation system, transmission lines and distribution networks. At the end of the project there will be a scale electric power system designed in the LABVIEW software with the ability to view and monitor data in real time applying the IEC61850 standard.

En Colombia se evidencia un bajo nivel de implementación de subestaciones eléctricas con bus de proceso, estrechamente ligado a la incertidumbre que existe sobre el impacto de dicha implementación, en el tiempo de respuesta de las protecciones eléctricas. En este trabajo de investigación, se evalúa el tiempo de respuesta de estos equipos operando con señales muestreadas en una subestación digital. Para esto, se realiza un análisis de la transformación en subestaciones y protecciones eléctricas, a partir de donde se establecieron requisitos para la creación de un esquema de pruebas que emule una subestación con bus de proceso. Se diseñó un índice aplicable a los tiempos medidos, que permite evidenciar el impacto en las protecciones eléctricas, al operar en una subestación con bus de proceso. Tras elaborar el esquema, se ejecutaron pruebas que permitieron validar la aplicabilidad de dicho índice, se obtuvieron retardos de tiempo en la operación de las protecciones con bus de proceso y se contrastaron frente a tiempos de referencia de un dispositivo convencional. A partir de estos resultados, se concluyó que aquellos retardos pueden ser admisibles para la operación de un esquema de protecciones y que es necesario evaluar múltiples funciones de protección para definir su impacto en la subestación. Asimismo, se identificó que la metodología, el esquema de pruebas y el índice desarrollado, pueden ser aplicables en la industria para pruebas y configuración de subestaciones, o en el área de investigación se puede aplicar para realizar pruebas de diferentes equipos y topologías en subestaciones eléctricas. Abstract: In Colombia, there is a low level of implementation of electrical substations with process bus, closely linked to the uncertainty that exists regarding the impact of such implementation, on the response time of electrical protections. In this research, the response time of those devices are evaluated by operating signals sampled in a digital substation. For this, an analysis of the transformation in substations and electrical protections are made, from where the requirements for the creation of a test scheme that emulates a substation with process bus have been established. An applicable index to the measured times was designed, which makes it possible to demonstrate the impact on the electrical protections, when operating in a substation with process bus. After the elaboration of the scheme, the tests that allowed the applicability of index was executed, it was obtained delays in time of the operation in the protections with process bus and were contrasted against the reference times of a conventional device. From these results, it is concluded that those delays can be admissible for the operation of a protection scheme and that it is necessary to evaluate the multiple protection functions to define their impact on the substation. Furthermore, it was identified that the methodology, test scheme and the developed index, can be used in industry for testing and configuration of substations, or in the research area can be applied to perform tests of different devices and topologies of electrical substations. Maestría

espanolEn este articulo se analizan de manera detallada los protocolos de redundancia utilizados para redes de automatizacion y proteccion de sistemas de potencia electrica. Con base en los requerimientos para las redes de comunicaciones, servicios de protocolos y servicios de mensajeria presentados en la norma IEC 61850; se hace necesario el uso de protocolos de red que garanticen tiempos maximos de falla a nivel de comunicacion. Como solucion, la edicion 2 de la norma IEC 61850, referencia la utilizacion de dos de los protocolos de redundancia expuestos en la norma IEC 62439-3 PRP-HSR, los cuales son el objeto de estudio del presente articulo. Adicionalmente, se realizo el diseno y la implementacion para el caso de estudio de una subestacion electrica de 230kV del Grupo Energia Bogota, con un este esquema de redundancia hibrido HSR-PRP. Se valido y analizo su comportamiento obteniendo resultados satisfactorios para los servicios requeridos por el sistema de control y proteccion de la Subestacion. EnglishThis article describes a detailed study and analysis of the redundancy protocols used for automation networks and power systems. According to requirements for communications network, protocol services and messaging services, presented in the IEC 61850 standard, the use of network protocols is required to ensure the maximum time allowed in communications failure. As a solution, the edition 2 of IEC 61850 standard, refers to use of two redundancy protocols according to the IEC 62439-3 PRP- HSR standard, which are part of the study object. Also, the design and implementation for the study case of a 230kV electrical substation of the Group Energia Bogota was carried out, with a hybrid redundancy scheme HSR-PRP. Its behavior was analyzed and validated obtaining satisfactory results for the services required by the control and protection system of the Substation.

Resumen: En este artículo se analizan de manera detallada los protocolos de redundancia utilizados para redes de automatización y protección de sistemas de potencia eléctrica. Con base en los requerimientos para las redes de comunicaciones, servicios de protocolos y servicios de mensajería presentados en la norma IEC 61850; se hace necesario el uso de protocolos de red que garanticen tiempos máximos de falla a nivel de comunicación. Como solución, la edición 2 de la norma IEC 61850, referencia la utilización de dos de los protocolos de redundancia expuestos en la norma IEC 62439-3 PRP-HSR, los cuales son el objeto de estudio del presente artículo. Adicionalmente, se realizó el diseño y la implementación para el caso de estudio de una subestación eléctrica de 230kV del Grupo Energía Bogotá, con un este esquema de redundancia hibrido HSR-PRP. Se validó y analizó su comportamiento obteniendo resultados satisfactorios para los servicios requeridos por el sistema de control y protección de la Subestación. Abstract: This article describes a detailed study and analysis of the redundancy protocols used for automation networks and power systems. According to requirements for communications network, protocol services and messaging services, presented in the IEC 61850 standard, the use of network protocols is required to ensure the maximum time allowed in communications failure. As a solution, the edition 2 of IEC 61850 standard, refers to use of two redundancy protocols according to the IEC 62439-3 PRP- HSR standard, which are part of the study object. Also, the design and implementation for the study case of a 230kV electrical substation of the Group Energía Bogotá was carried out, with a hybrid redundancy scheme HSR-PRP. Its behavior was analyzed and validated obtaining satisfactory results for the services required by the control and protection system of the Substation.

Este trabajo presenta el desarrollo de un ambiente de simulación para arquitecturas de bus de proceso, con un enfoque multi-proveedor y aplicable a las subestaciones del Sistema Interconectado Nacional – SIN. Dicho desarrollo comprendió la recopilación de parámetros reales de desempeño de dispositivos comerciales, de cinco proveedores diferentes, así como el análisis de una muestra de 20 subestaciones de 110 a 220kV. Adicionalmente, se analizó una muestra de 10 subestaciones de 500kV del SIN, para determinar las topologías de bus de proceso aplicables según la norma IEC 61850. Toda esta información fue integrada en un simulador de bus de proceso implementado sobre OMNET++, el cual permite construir topologías de bus de proceso con redundancia PRP a partir de distintas referencias comerciales de dispositivos. Mediante la aplicación del ambiente de simulación desarrollado, fue posible determinar las tasas de pérdida de paquetes, los retardos y la influencia de cada dispositivo comercial en el desempeño de las arquitecturas de bus de proceso. Se espera que este trabajo resulte útil en la planeación y validación de arquitecturas de bus de proceso en las subestaciones del SIN colombiano Abstract: This work presents the development of a simulation environment for process bus architectures, focused on multi-vendor technologies and suitable for the Colombian National Interconnected System – SIN. Such development comprised the gathering of real performance parameters of commercial devices, provided by five different vendors. Furthermore, a sample of 20 substations at 110-220kV and 10 substations at 500kV from the SIN was analyzed, to determine the suitable bus process architectures, according to the standard IEC 61850. All this information was integrated in a process bus simulator, programmed under OMNET++. This simulator is able to build process bus topologies with PRP redundancy, taking into account the commercial references for different devices. By using such simulator, it was possible to determine the packet-loss rates, transmission delay and the influence of each commercial device on the performance of process bus architectures. It is looked forward that this work be useful to plan and validate process bus architectures for the Colombian SIN substations. Maestría

Este documento fue presentado en el III Congreso Smart Grids 2016 El estándar IEC 61850 se ha aplicado principalmente para el control de subestaciones, comunicación y protección. Pocas son las aplicaciones donde se extiende su rango de operación para cubrir otras funcionalidades necesarias para la operación de redes eléctricas de distribución. En esta comunicación se presenta la arquitectura de automatización de una red de distribución piloto desplegada en el proyecto Europeo 1DE4L donde se ha implementado distintas funciones de operación como por ejemplo: monitorización en tiempo real, estimación del estado de la red, predicción de la demanda y de la generación o el control de congestiones en redes eléctricas de distribución de baja y media tensión. Este trabajo ha sido parcialmente financiado por la Unión Europea en el séptimo programa marco FP7-SMARTCITIES-2013 dentro del proyecto 608860 IDE4L – Ideal grid for all.

Esta tesis realiza una síntesis del estándar International ElectrotechnicalCommission(IEC) 61850, segunda edición, con la finalidad de conocer más detalladamentelos aspectos de la norma en virtud de que hoy en día se ha convertido enel eje de la automatización de las subestaciones al establecer un modelo, que esutilizado tanto por fabricantes como por Empresas Eléctricas en sus procesos demodernización y automatización de las subestaciones. Se describe la evolución dela automatización en las subestaciones de la Empresa Eléctrica Regional CentroSur C.A., detallando la implementación de un SubstationAutomationSystems(SAS) basado en IEC 61850. Se presenta el sistema de gestión de la distribuciónque se está implementando en el país con miras hacia una red eléctrica inteligentebasada en la automatización de subestaciones y en la automatización dela distribución. Finalmente se explica los pasos y criterios involucrados en la implementacióndel estándar en 4 bahías de la subestación 04 (Parque Industrial),como parte del mantenimiento correctivo realizado en esta subestación. In the first part, the thesis summarizes the standard IEC 61850, second edition,in order to find out in more detail its aspects. Its importance resides thattoday this standard has become the pillar of automation of substations. It hasestablished a model that is used by both manufactures and electrical companiesin their processes of modernization and automation of substations. In continuation, the thesis describes the evolution of automation in substationsof the EmpresaEléctrica Regional Centro Sur C.A., detailing the implementationof SAS based on IEC 61850. In addition, it presents the distribution managementsystem that is being implemented in the country with a view to a smart gridbased on the substation and distribution automation. Finally it details the stepsand criteria involved in the implementation of the standard in 4 bays of thesubstation 04 (Parque Industrial) as part of corrective maintenance performedon this substation. Magíster en Telemática Cuenca