Diseño e implementación de laboratorio bajo estándar IEC 61850

Abstract

El estándar IEC 61850 se ha consolidado como una de las principales tecnologías utilizadas en los sistemas modernos de automatización de subestaciones eléctricas, permitiendo la interoperabilidad entre dispositivos electrónicos inteligentes (IED) mediante modelos de datos normalizados y servicios de comunicación avanzados. Sin embargo, su estudio y experimentación práctica presentan dificultades en entornos académicos debido al alto costo de los equipos industriales y la complejidad de las plataformas comerciales disponibles. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un laboratorio educativo basado en el estándar IEC 61850, orientado al estudio y comprensión de los mecanismos de comunicación utilizados en sistemas de automatización de subestaciones. Para ello se desarrollaron dos dispositivos electrónicos inteligentes mediante programación en lenguaje C utilizando la biblioteca libiec61850. El primero de ellos simula el funcionamiento de un relé de protección ejecutándose en un entorno Windows, mientras que el segundo se implementa sobre una plataforma Raspberry Pi con sistema operativo Linux, representando una unidad de adquisición de datos. Ambos dispositivos implementan servidores IEC 61850 capaces de exponer modelos de datos, intercambiar mensajes GOOSE y permitir la conexión de clientes mediante el servicio MMS. Adicionalmente, el sistema desarrollado se integra con un entorno de simulación y con un sistema de supervisión SCADA, permitiendo la recepción de reportes MMS, la supervisión remota de variables y la ejecución de comandos de operación. La interacción con un tablero físico de comando construido para el laboratorio permite además representar de forma visual el estado de los dispositivos mediante indicadores luminosos y señales locales conectados a los pines GPIO de la Raspberry Pi. Los resultados obtenidos demuestran el correcto funcionamiento de los mecanismos de comunicación implementados y validan la capacidad del laboratorio para reproducir las principales funciones de un sistema de automatización de subestaciones basado en el estándar IEC 61850.

The IEC 61850 standard has become one of the most widely adopted technologies in modern substation automation systems, enabling interoperability between Intelligent Electronic Devices (IEDs) through standardized data models and advanced communication services. However, practical experimentation with this standard in academic environments is often limited due to the high cost of industrial equipment and the complexity of commercial platforms. This work presents the design and implementation of an educational laboratory based on the IEC 61850 standard, intended to support the study and understanding of communication mechanisms used in substation automation systems. Two intelligent electronic devices were developed using the libiec61850 library and programmed in the C language. The first device simulates a transformer protection relay running on a Windows platform, while the second device is implemented on a Raspberry Pi running a Linux operating system, representing a simplified data acquisition unit. Both devices implement IEC 61850 servers capable of exposing data models, exchanging GOOSE messages, and allowing client connections through the MMS service. In addition, the developed system is integrated with a simulation environment and a SCADA supervision system, enabling the reception of MMS reports, remote monitoring of variables, and execution of control commands. The interaction with a physical control panel specifically built for the laboratory allows visual representation of device states through indicator lights connected to the Raspberry Pi digital outputs. The obtained results demonstrate the correct operation of the implemented communication mechanisms and validate the capability of the laboratory to reproduce the main functions of a substation automation system based on the IEC 61850 standard.