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INSTALACION CAPACITACION PRUEBAS P EN SERVICIO OTRO ___________
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PROCEDIMIENTO DE PRUEBA A PMU TESLA 4000 USANDO “GOOSE MESSAGES” CON IEC61850 & MEGGER MPRT8430
INTRODUCCIÓN. En forma muy concreta y simple, La norma internacional IEC 61850 está diseñada para simplificar y automatizar las comunicaciones dentro de una subestación. Esto lo hace reemplazando toda la comunicación hecha mediante cobre, por una red tipo Ethernet. Dentro de esta red se establecen dos tipos de bus de datos. El primero llamado BUS DE PROCESO comunica a los dispositivos que pertenecen a la misma bahía de la subestación. El segundo es llamado BUS DE SUBESTACIÓN, que se encarga de interconectar las diferentes bahías. Sobre esta red se envían 3 tipos de datos según lo especifica el protocolo.
- MENSAJES DE CONFIGURACIÓN. Se emplean para configurar y supervisar los diferentes dispositivos en la subestación, este tipo de mensaje se encuentra tanto en el bus de proceso como en el de subestación.
- MENSAJES DE VALORES DE MUESTRA. Se usa para mandar muestras
de la señal de 60Hz medida, y son enviados en el bus de proceso.
- MENSAJES GOOSE (General Object Oriented Substation Event). Estos mensajes son los que indican si ha ocurrido algun evento con un dispositivo, son mensajes de tipo urgentes que se encuentran presentes en
Secondary Values
Breaker Status
TEST SET CONNECTED TO SUBSTATION NETWORK
ALARM TRIP
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el bus de subestación. Debido a la naturaleza de estos mensajes, son distribuidos en la capa 2 (Enlace) con el fin de agilizar su propagación hacia su destino.
Los mensajes GOOSE de acuerdo a la norma deben de comportarse de la siguiente manera: -Siempre se envia de manera periodica un mensaje GOOSE, aunque no se haya presentado algun evento que reportar, esto con el fin de saber siempre el estado del dispositivo (Heartbeat). -Al momento de registarse un evento, EL MENSAJE GOOSE ES ENVIADO EN RAFAGA (para garantizar que el mensaje sea recibido), cada uno con una diferencia de unos milisegundos , para posteriormente ir incrementando el tiempo en que se envian y finalmente volver al estado periodico de envío previo al evento. Dentro de una comunicacion con el protocolo IEC 61850 existen dos tipos de dispositivos que son: LOS EQUIPOS SUSCRIPTORES, los cuales se encargan de recibir los mensajes GOOSE y, LOS EQUIPOS PUBLICADORES, que como su nombre lo indica son los que envian los mensajes GOOSE. En OSS tenemos un equipo ERL TESLA 4000 que es un registrador de disturbios con capacidad de PMU y funcionalidad del protocolo IEC 61850. Este equipo puede ser PUBLICADOR y/o SUBSCRIPTOR de mensajes GOOSE. Tomando la información previa en cuenta, para poder realizar una prueba del protocolo IEC 61850 al ERL Tesla 4000 se debe de probar lo siguiente: Como PUBLICADOR, que este sea capaz de enviar mensajes GOOSE al momento de activarse una alarma, al detectarse alguna condición de error en cualquier entrada analogica o, al activarse alguna de sus entradas digitales. Como SUBSCRIPTOR que sea capaz de registar los mensajes GOOSE que recibe y que se pueda ver de manera visual dicho registro. CONFIGURACIÓN DEL ERL TESLA 4000 CONFIGURACIÓN COMO PUBLICADOR.
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Para realizar la configuración del Tesla 4000 en el protocolo IEC 61850 se debe de descargar el software llamado “ERL 61850 IED CONFIGURATOR”, el cual se puede obtener desde: http://www.erlphase.com/support.php?ID=software Una vez descargado, abrir el software e introducir la contraseña que está indicada en el manual del software (también se puede obtener en la página web de ERL).
Ya en la pantalla principal del software en la parte inferior izquierda se encuentra una sección llamada “IED Palette” en la cual aparecen todas las configuraciones para cada equipo de ERL, en este caso el que se usa para esta prueba es el Tesla 4000, con click derecho se selecciona la opción “Add to Project”.
Al agregarlo se le da un nombre al dispositivo (para este procedimiento será:
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Tesla_1 y este aparecerá en el panel izquierdo de la pantalla, en la sección llamada “Project Editor” bajo la categoría de Local IEDs. Al lado derecho se muestra otra sección con varias pestañas, de las cuales la primera es la sección de propiedades, aquí se configura la dirección IP, máscara de subred y puerta de enlace que tiene establecidas el dispositivo a probar, Estos datos se usan para enviar el archivo de la configuración terminada al Tesla 4000.
Ahora se selecciona la pestaña “IED Configurator”, esta sección se encuentra dividida en varias sub-secciones, para el caso de la prueba solo es importante la llamada “GOOSE Control Blocks”.
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En esta pantalla podemos configurar que conjunto de datos son los que se deben de enviar como mensajes GOOSE. Los valores que nos permite enviar son.
a) Eventos de entradas analógicas. b) Eventos de entradas digitales. c) Eventos de registros. d) Eventos de alarmas de sistema. e) Eventos de entradas lógicas. f) Eventos de operaciones.
Según la configuración que se requiera se pueden ELIMINAR o AGREGAR elementos de esta lista. PARA EL CASO DE LA PRUEBA SE REQUIERE QUE AL MENOS SE REALICE EN ENVÍO DE LAS ALARMAS, LOS CANALES ANALÓGICOS Y DIGITALES. Una vez seleccionados los bloques que se van a enviar, se deben de configurar mediante la opción de editar: el ID del GOOSE, a que dirección MAC de multicast se va a enviar, el APPID (Identificador de la Aplicación) y si viaja por una VLAN.
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Para la prueba se dejan los valores por defecto y se agrega otra entrada mediante el botón “Add” con la configuración que se muestra en la siguiente imagen.
Esa entrada servirá para poder enviar mensajes GOOSE con información de eventos de las Alarmas del Tesla 4000. Con esto ya se tiene lista la configuración del Tesla 4000 como PUBLICADOR. CONFIGURACIÓN COMO SUBSCRIPTOR. El siguiente paso para nuestra prueba es realizar la configuración del Tesla 4000 como SUBSCRIPTOR, para ello seguiremos empleando el software “ERL 61850 IED CONFIGURATOR”. Primero se debe de agregar otro IED al proyecto, el cual puede ser otro producto de ERL o de cualquier otro fabricante (siempre y cuando se tenga su archivo ICD). En este caso una maleta de pruebas MEGGER MPRT8430 a la que se le va a poner el nombre de Tesla_2.
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Este dispositivo ya tiene configurados todos los bloques que envía como SUBSCRIPTOR, por lo que, si es necesario editar uno, desde la pantalla de “IED Configurator” y “GOOSE Control Blocks” se puede hacer (En este caso se tienen configurados los mismos bloques que el dispositivo Tesla_1). Se selecciona nuevamente el dispositivo al cual ya se le realizo su configuración como PUBLICADOR (Tesla_1) y escogemos la pestaña “Subscription Mapping”. En esta sección podemos escoger de cualquiera de los bloques de datos que el dispositivo PUBLICADOR envía (en este caso el Tesla_2) y lo podemos vincular a cualquiera de las 256 entradas virtuales que el Tesla 4000 tiene para este propósito. En este caso seleccionamos UNA ENTRADA ANALÓGICA, UNA ENTRADA DIGITAL Y UNA ALARMA de sistema (para hacer la vinculación se arrastra el parámetro “STVal” en la entrada digital deseada en el apartado “Binary GOOSE Subscription” ubicado del lado derecho).
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Seleccionamos la pestaña “IED Configuration” y “GOOSE Control Blocks”. Nuevamente en esta sección se puede apreciar que en el apartado “IEDs mapped to TESLA_1” Se encuentran los bloques de datos que vinculamos en el paso anterior. Lo que se debe de hacer ahora es configurar la dirección MAC del dispositivo desde él se estarán enviando los mensajes GOOSE (C0-F8-DA-7B-DF-F0, la dirección MAC de nuestro dispositivo de pruebas Tesla_2), para hacerlo se da doble click sobre la dirección MAC por defecto FF-FF-FF-FF-FF-FF.
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Se hace esto para todos los bloques.
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CARGAR LA CONFIGURACION IEC61850 AL ERL TESLA 4000. Para enviar la configuración realizada al Tesla 4000, desde el panel izquierdo, se selecciona el dispositivo Tesla_1 y con click derecho se selecciona la opción “Send CID”. Al hacer esto, el software se conectará a nuestro dispositivo mediante los datos de red que proporcionamos al momento de configúralo, si estos datos son correctos nos aparecerá la siguiente pantalla.
En caso de que no se pueda hacer la conexión con el Tesla 4000 se mostrará un mensaje de error, en dicho caso se recomienda revisar la información de red configurada, la conexión con el dispositivo y el estado de la red. El software indicará cuando haya completado con la operación y solicitará el reinicio del Tesla 4000 con el fin de que se aplique la configuración enviada.
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Se reinicia el dispositivo y por ultimo para comprobar que los datos que enviamos fueron guardados correctamente se puede descargar desde el dispositivo el “GOOSE Mapping”, para esto se da click en “View GOOSE Mapping”
Se abrirá una ventana con todas las entradas virtuales configuradas para los mensajes GOOSE, esta tabla debe de coincidir con la información que se introdujo en el apartado de GOOSE Mapping como se muestra a continuación.
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CONFIGURACIÓN DE RECEPCIÓN DE MENSAJES GOOSE EN EL SOFTWARE TESLA CONTROL PANEL. Para poder apreciar el momento en el que el Tesla 4000 recibe el mensaje GOOSE de nuestro equipo de pruebas se debe de configurar una entrada virtual que apunte a la entrada GOOSE que se configuro en los pasos anteriores. Para esto nos conectamos al equipo tesla mediante el Tesla Control Panel y creamos una Nueva GOOSE Virtual Input.
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Para esta prueba se crean 3 entradas, se le asigna un nombre a cada una, se habilita las opciones para que registre cuando se active o desactive dicha entrada y en “Channel” se escoge la entrada virtual que corresponda según se configuro cuando se empleó el software “ERL 61850 IED CONFIGURATOR” (GOOSE Mapping).
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Si es necesario se pueden agregar estas entradas GOOSE a la pantalla de mediciones con el fin de apreciar el momento exacto en el cual se activan.
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Por último, se guardan los cambios de la configuración en el Tesla 4000, y con esto se han terminado las configuraciones del Tesla 4000, ahora lo que procede es realizar las pruebas. DESARROLLO DE PRUEBAS PRUEBAS COMO PUBLICADOR 1.- La primera prueba a realizar es verificar que el Tesla 4000 efectivamente se encuentre enviando mensajes GOOSE a la red, para esto se emplea el SOFTWARE WIRESHARK (https://www.wireshark.org/), cuya función principal es de capturar los paquetes de la red. Se selecciona por cual interfaz de red se va a hacer la captura y se aplica un filtro para que solo muestre los mensajes GOOSE que detecte.
De la captura de pantalla se puede apreciar que el Tesla realmente se encuentra publicando los mensajes GOOSE, y que estos se comportan de la manera esperada (los está enviando de manera periódica, en este caso 12 segundos, pese a que no se ha registrado algún evento).
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2.- La segunda prueba consiste en detectar los paquetes GOOSE cuando se activa una alarma al dispositivo. Para esta prueba se asignó el contacto de Alarma 2 a la señal del GPS, por lo que cuando se pierda dicha señal el equipo active la alerta correspondiente. También para estas pruebas se emplea el software IED EXPLORER (https://sourceforge.net/projects/iedexplorer/) para poder ver de manera visual los datos de los mensajes GOOSE, y los cambios que presentan al momento de que ocurre un evento. Al desconectar la señal del GPS, en el evento de registros y en el IED Explorer se muestra lo siguiente.
Como se puede apreciar, el valor de la alarma 2 en el IED Explorer cambio a True, mientras que en el registro de eventos se indica que se activó dicha alarma y que se perdió la señal de GPS.
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Mientras que la captura con el Wireshark se puede observar múltiples paquetes GOOSE con la misma longitud que fueron enviados de manera seguida, lo que indica que existió un evento, y observando la estampa de tiempo presentada en el paquete se puede ver que el paquete fue enviado casi al mismo tiempo que el dispositivo Tesla registro la alarma. Con esto se puede comprobar que el comportamiento del GOOSE es como lo describe el protocolo IEC 61850. Al momento de eliminar la alarma se obtiene los siguientes resultados:
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El valor de la alarma 2 del mensaje GOOSE cambio a False y el registro de eventos indica que volvió la señal del GPS.
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Mientras que en el Wireshark se aprecia otra vez el conjunto de paquetes GOOSE enviados de manera consecutiva con la estampa de tiempo indicada en el registro de eventos del Tesla 4000. 3.- Para la tercera prueba se aplica un voltaje de 69 V con la maleta de pruebas MEGGER MPRT8430 a las entradas analógicas del dispositivo, lo que se espera observar en este caso, es que al aumentar o reducir el voltaje más allá de los valores configurados, el equipo mande el mensaje GOOSE y mediante el software antes mencionado tener confirmación visual.
En esta captura de pantalla se muestra que se aumenta el voltaje hasta 79V, por lo que el valor de la entrada analógica a la cual ese voltaje se está aplicando cambia a True, lo que indica un error en la entrada, ya que el mensaje GOOSE envía ese valor al momento de que nota un estado fuera de los parámetros configurados en la entrada analógica (como en este caso el sobre voltaje).
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El Wireshark también detecta el cambio en el mensaje GOOSE, y se pueden apreciar los paquetes enviados en secuencia y la estampa de tiempo en la que sucedió el evento. Una vez regresado el valor del voltaje al rango permitido se envía el mensaje GOOSE de que todo está correcto.
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El valor de la entrada Analógica cambia a False el momento en el que el Tesla identifica que el voltaje inyectado en su entrada es de 69V, debido a que el valor de voltaje volvió a estar dentro del rango pre configurado, por lo que se envía el mensaje GOOSE indicando que ya no está presente el valor anómalo en la entrada. Estos eventos también pueden ser vistos desde la ventana de eventos en el Tesla Control Panel.
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4.- La cuarta Prueba es la publicación del mensaje GOOSE del estado de las entradas digitales, el equipo debe de mandar un mensaje GOOSE al momento de que detecte que se active o desactive alguna entrada digital.
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Esta imagen muestra el momento en el cual se activa la entrada digital y en ese momento el valor de la entrada en el mensaje GOOSE cambia a True, lo que indica un cambio de estado.
En el Wireshark se muestra la secuencia de paquetes consecutivos que indican el cambio de estado, además que se puede ver la estampa de tiempo en la que sucedió dicho evento.
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En el momento que se desactiva la entrada digital, el valor de la entrada en el mensaje GOOSE vuelve a cambiar a False. Estos resultados también se pueden ver en el registro de eventos.
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El registro de eventos de la imagen muestra los resultados de las pruebas de alarma, analógica y digital realizadas, nos muestra las estampas de tiempo para poder compararlas con las obtenidas usando el Wireshark. PRUEBAS COMO SUBSCRIPTOR Para las pruebas como SUBSCRIPTOR se envían al Tesla mensajes GOOSE empleando nuestro equipo de pruebas MEGGER MPRT 8430 y su software MEGGER GOOSE CONFIGURATOR. Los mensajes que se configuraron para que fueran recibidos fueron: Alarma, entrada digital y entrada analógica. Se emplea la pantalla de mediciones y el registro de eventos del Tesla Control Panel para comprobar que el equipo proceso el mensaje recibido.
1.- Primera Prueba de Alarma. Se envía el mensaje simulando una alarma desde el equipo de pruebas, al momento de hacer esto el Tesla activa la entrada de GOOSE que se configuro para reaccionar con ese mensaje.
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Este estado dura unos segundos hasta que se envía el mensaje GOOSE de que la alarma esta desactivada.
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Y en el registro de eventos se observa el momento en que la entrada GOOSE se activó y desactivo. Con esto se comprueba que dicha entrada está funcionando correctamente. 2.- Para la segunda prueba se manda un mensaje GOOSE indicando un evento en una entrada analógica, cuando lo recibe el Tesla Activa la Entrada GOOSE correspondiente como se muestra a continuación.
De la misma manera que en la prueba anterior este estado dura solo unos segundos y la entrada regresa a la normalidad, mientras que en el registro de eventos se puede ver en qué momento se activó y desactivó la entrada GOOSE.
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3.- La tercera y última prueba es simular la activación de una entrada digital por medio de mensajes GOOSE. Para esto se emplea de nuevo nuestro equipo de prueba, el cual manda los cambios de los mensajes, los cuales tienen una duración de unos segundos.
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Pasado el tiempo en que dura la prueba, la entrada vuelve a su estado original y por medio del registro de evento podemos ver los tiempos en los que cambio de estado.
CONCLUSIONES. Después de haber realizado las pruebas y revisado que se obtuvieron los resultados esperados, se pude concluir que el equipo está trabajando correctamente en el protocolo IEC 61850 y es capaz de funcionar tanto como equipo PUBLICADOR o equipo SUBSCRIPTOR según se requiera. Aunque en este procedimiento de pruebas se comprobó el funcionamiento de los mensajes GOOSE en las entradas analógicas, digitales y en las alarmas. En una prueba completa también se pueden probar los estados de los registros o si existe error en alguna medición (que estén fuera del rango permitido), como son LAS SUMATORIAS, LA IMPEDANCIA, LA POTENCIA, EL FACTOR DE POTENCIA Y LA FRECUENCIA.