En el siguiente post se abordará los conceptos, funcionamiento, configuración y aplicaciones en los entornos de subestación de MMS y Sampled Values, los cuales hacen parte de la norma IEC 61850.
De acuerdo a la normativa de IEC 61850 la subestación se puede dividir en 4 partes: Patio, sala de control, control local remoto y centro de control. En el patio (switchyard) se encuentran todos los equipos relacionados con potencia como transformadores, barras y transformadores de instrumentación, que permiten saber que tanta energía se tiene y con base a esto, se diseñan los sistemas de protecciones bien sea de tensión, corriente o frecuencia. Normalmente la interacción entre patio y sala de control se hace por medio de cableado de cobre, sin embargo, el estándar IEC 61850 proporciona herramientas para llevar los datos de manera digitalizada como lo es Sampled Values y esto da lugar a las subestaciones digitales.
Por otra parte, para llevar la información desde la sala hasta IHMs locales, concentradores y desde estos hasta los centros de control se usa el protocolo MMS, que tiene como características mayor robustez y permite empaquetar más información y con esto monitorear mejor los datos.
Como primer concepto es importante hablar sobre la comunicaciones dentro de la subestación. Generalmente en la subestación se encuentran 2 arquitecturas; el bus de estación y el bus de proceso. Dentro del bus de estación se presenta la comunicación vertical donde un IED esclavo envía información hacia otro nivel de comunicación que puede ser una unidad de ingeniería, IHM o centro de control, esta comunicación se realiza bajo el protocolo MMS. En el bus de proceso se encuentra la información desde las Merging Unit que se compone de los datos entregados de los CT’s, PT’s, interruptor, seccionador, y también es posible enviar disparos que se hacen por medio Sampled Values. En el bus de proceso también se puede usar el protocolo GOOSE para la comunicación horizontal.
Para lograr el intercambio de información entre los diferentes equipos se requiere de Dataset y reportes. Los Dataset son una selección ordenada de datos para su transmisión agrupada en un mensaje de comunicación determinado.
Existen 2 tipo de Datasets
- Persistentes y no persistentes, estos son creados de forma dinámica a través de las comunicaciones.
- Configurados a través de las aplicaciones, por ejemplo el software de cada fabricante.
Los reportes son el mecanismo que permite intercambiar información entre los equipos.
- El servicio de reportes proporciona un mecanismo de envío espontáneo de los eventos o medidas.
- El ancho de banda utilizado se reduce considerablemente, ya que los reportes sólo se envían cuando son requeridos.
- Se puede enviar sólo los valores afectados o todo el dataset, dependiendo el tipo de comunicación.
- Generalmente es el servidor quien envía los mensajes de reporte automáticamente, con base a unas condiciones especificadas en tiempo de configuración.
- Los reportes pueden ser habilitados o inhabilitados durante la comunicación.
Bus de Estación
- Monitoreo y control.
- Definido como IEC 61850-8-1 MMS.
- MMS reemplazo de otros protocolos como IEC 60870-5-104 y Dnp3.
- Mejora como se reporta la información de los servidores.
En la figura anterior se encuentra un dataset donde se encuentran diferentes atributos que son los seleccionados y desde este dataset es posible enviar reportes a diferentes clientes.
Como se observa, es posible tener diferentes configuraciones, el Report Control Block 2 está configurado para reportar cambios y actualizaciones en la señal; cambios en la calidad de la señal e integridad de forma periódica. De esta forma es como se comunica la información desde el nivel de bahía hasta la estación.
Comunicaciones sobre MMS
Esta comunicación es de tipo cliente servidor, bidireccional.
Dentro este tipo de comunicación se encuentran 2 tipos de reporte:
Buffered Report Control Blocks (BRCB)
Permiten almacenar en un buffer los eventos mientras no se tiene conectado un cliente, se usan generalmente para eventos digitales y solo pueden ser utilizados por un cliente.
Unbuffered control Blocks (URCB)
No almacenan eventos mientras esté inhabilitado, generalmente usado para medidas y solo puede ser utilizado por un cliente.
Para acceder a esta información se pueden usar los siguientes métodos:
| Método | Intercambio de información crítica en tiempo | Expuesto a pérdida de información | Conexión con múltiples clientes | Cliente típico |
| Polling (bajo demanda) (GetDataValues) | No | Si | Si | Explorador |
| Unbuffered Reporting | Si | Si | No | Aplicación de tiempo real |
| Buffered Reporting | Si | No | No | Concentrador, base de datos |
Ver práctica de conexión de un SEL 451
Sampled Values
Bus de procesos
- Medidas de transformadores de instrumentación a través de Sampled values.
- Eventos como disparos y enclavamientos a través de GOOSE.
- La información fluye en forma muy rápida para poder responder ante una anomalía.
Los Sample Values son comunicaciones propias del bus de proceso, la transmisión de los mensajes SV se realiza a través de una asociación multicast. Este tipo de transmisión permite enviar la misma información a varios destinatarios simultáneamente. Para la transmisión multicast se utiliza un rango de direcciones MAC concreto.
Los Sampled Values generalmente se utilizan a través de las Merging Unit, este es un equipo que recibe información desde los transformadores de instrumentación de corriente y voltaje en forma analógica y la convierte en información digital. Asimismo, reciben información digital, por lo tanto este equipo permite enviar Sampled Values y GOOSE.
Funcionamiento de Sampled Values
Su funcionamiento es por medio de un muestreo con una frecuencia específica. Una herramienta útil para el análisis de Sampled Values de Wireshark. Ver video de análisis de Sampled Values con Wireshark
Ver práctica de reporte a través Sampled Values desde una Merging Unit Siemens a SCADA Axon Builder
