Análisis de escalabilidad en subestaciones eléctricas digitales a partir de un indicador basado en la transmisión de datos con valores muestreados en el bus de proceso acorde a IEC 61850

Abstract

Este trabajo aborda el entorno de operación en bus de proceso de la subestación digital, tomando como referencia el tráfico de Sampled Values y analiza la influencia de este a partir de la ocupación del ancho de banda, latencia, jitter y pérdida de paquetes de datos, como factores determinantes para evaluar la escalabilidad en subestaciones digitales. El objetivo de este estudio es identificar cómo evolucionan estas variables a medida que se agregan equipos como las Merging Units, con el fin de determinar el nivel de tolerancia en buses de proceso configurados a 100 Mbps y dimensionar las capacidades para conformar bus de proceso de 1 Gbps.

El proceso investigativo tuvo el apoyo del Laboratorio de Automatización y Comunicaciones Industriales (LACI) de la Facultad de Minas, donde se desarrollaron los ensayos que sustentan esta investigación. Para esto, se plantearon casos de estudio que incluyen equipos reales y software para emulación y simulación de acuerdo con las guías de aplicación de sistemas de comunicaciones bajo el estándar IEC 61850. Como principal conclusión se identifica que el mayor impacto en la escalabilidad del bus de proceso lo tiene el uso de ancho de banda, a partir de lo cual se determina que es posible conformar buses de proceso de 100 Mbps con 8 y hasta 10 suscripciones de Sampled Values, resaltando la importancia de ejecutar pruebas de saturación con todo el tráfico del bus de proceso como la mensajería GOOSE y los MMS. (Texto tomado de la fuente9

This study examines the operational environment of the process bus in digital substations, focusing on Sampled Values traffic. It analyzes the influence of factors like bandwidth occupancy, latency, jitter, and data packet loss to evaluate scalability. The goal is to observe how these variables evolve as devices like Merging Units are added, determining the tolerance level in process buses configured at 100 Mbps, and to size the capabilities for establishing 1 Gbps process buses. The research was supported by the Laboratory of Automation and Industrial Communications (LACI) of the Faculty of Mines, where the tests supporting this work were conducted. For this, case studies including real equipment and software for emulation and simulation were designed according to the application guidelines of communication systems under the IEC 61850 standard. The main conclusion highlights that the greatest impact on the scalability of the process bus is bandwidth utilization, concluding that it is possible to establish 100 Mbps process buses with 8 to 10 subscribers of Sampled Values publishers. It also emphasizes the importance of performing saturation tests considering all process bus traffic, including GOOSE and MMS protocols.