This master thesis focuses on problematics of GOOSE messages used for evaluation of blocking conditions of substations in the electrical power plant in Opatovice (EOP). Firstly, the thesis describes the multifunctional electrical protection relay 7SJ64 as well as GOOSE messages, that are run by protocol IEC 61850. Next, it contains a brief description of the energy consumption of EOP itself, since the project was written for its protection relays. In the practical part of the thesis, an experimental network consisting of two distinct substations with three 7SJ64 multifunctional protection relays was designed together with simple blocking conditions. These require information about the state of circuit breakers. The whole communication is carried by GOOSE messages. Moreover, to inform about the loss of GOOSE messages, the logical function SI_GET_S (decoder) was used inside the coding interface of DIGSI programme called CFC. This function was then tested in the experimental network using each different condition, that experienced interruptions of communication caused either by simulated defect of optical cabels, or by „user‘s mistakes“ in the settings of communication parameters in DIGSI. Finally, the system protecting from the loss of GOOSE messages was incorporated into the existing project evaluating blocking conditions in the block substation of EOP.

O desenvolvimento e utilização do padrão IEC 61850 alterou a concepção e operação das subestações de energia elétrica. O desempenho e confiabilidade do sistema de proteção depende da rede de comunicação de dados. Esta pesquisa propõe um parâmetro de dimensionamento e comparação de desempenho para o tempo de transferência das mensagens Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) entre Intelligent Electronic Devices (IEDs). Esse parâmetro foi obtido através do levantamento experimental da curva do tempo de transferência das mensagens GOOSE versus a ocupação percentual da largura de banda dos IEDs. Para a realização dos experimentos foram utilizados três IEDs, um switch Ethernet gerenciável, três microcomputadores do tipo PC, um relógio sincronizador Global Positioning System (GPS), cordões de fibra óptica, cabos do tipo par trançado sem blindagem e aplicativos de software. Os resultados mostraram que a partir de um limiar característico, o qual é distinto para cada IED ensaiado, o tempo de transferência excede o limite máximo permitido pelo padrão IEC 61850. A partir da análise destes dados, foi desenvolvido um sistema preditivo de monitoramento de banda para supervisionar a interface de rede dos IEDs. O sistema preditivo apresentou para a medição de banda um erro relativo médio igual a 0,55% em relação ao aplicativo comercial utilizado na comparação, já a predição feita pela rede neural artificial apresentou um erro de estimativa menor do que 3% para 91,30% das amostras utilizadas, além de modelar adequadamente o comportamento da série temporal que representa a ocupação de banda do IED monitorado. / The development and utilization of IEC 61850 standard changed the design and operation of electric power substations. The performance and reliability of the protection system depends on the data communication network. This research proposes a parameter for dimensioning and comparising the transfer time of Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) messages between different Intelligent Electronic Devices (IEDs). This parameter was obtained from experimental data related to the transfer time of GOOSE messages curve versus IEDs bandwidth percentage occupation. In this context, a laboratory structure was set up in order to carry out these experiments. This structure mainly consists of three IEDs, an Ethernet switch, three personal computers, a GPS Clock, fiber optic cables, unshielded twisted pair cables, as well as support software. The results show the existence of a characteristic threshold, different for each IED tested, after which the transfer time exceeded the total transmission time allowed for the IEC 61850 standard. Based on these results, a predictive bandwidth monitoring system was developed to supervise the IEDs bandwidth interface. The bandwidth measurement has a mean relative error of 0.55% regarding to the commercial software used for comparison. Finally, the forecasting made by the artificial neural network has a relative error of 3% for 91,30% of the samples used in test phase. In addition, that it was able to model the behaviour of the time series that represent the bandwidth occupation.

O desenvolvimento e utilização do padrão IEC 61850 alterou a concepção e operação das subestações de energia elétrica. O desempenho e confiabilidade do sistema de proteção depende da rede de comunicação de dados. Esta pesquisa propõe um parâmetro de dimensionamento e comparação de desempenho para o tempo de transferência das mensagens Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) entre Intelligent Electronic Devices (IEDs). Esse parâmetro foi obtido através do levantamento experimental da curva do tempo de transferência das mensagens GOOSE versus a ocupação percentual da largura de banda dos IEDs. Para a realização dos experimentos foram utilizados três IEDs, um switch Ethernet gerenciável, três microcomputadores do tipo PC, um relógio sincronizador Global Positioning System (GPS), cordões de fibra óptica, cabos do tipo par trançado sem blindagem e aplicativos de software. Os resultados mostraram que a partir de um limiar característico, o qual é distinto para cada IED ensaiado, o tempo de transferência excede o limite máximo permitido pelo padrão IEC 61850. A partir da análise destes dados, foi desenvolvido um sistema preditivo de monitoramento de banda para supervisionar a interface de rede dos IEDs. O sistema preditivo apresentou para a medição de banda um erro relativo médio igual a 0,55% em relação ao aplicativo comercial utilizado na comparação, já a predição feita pela rede neural artificial apresentou um erro de estimativa menor do que 3% para 91,30% das amostras utilizadas, além de modelar adequadamente o comportamento da série temporal que representa a ocupação de banda do IED monitorado. / The development and utilization of IEC 61850 standard changed the design and operation of electric power substations. The performance and reliability of the protection system depends on the data communication network. This research proposes a parameter for dimensioning and comparising the transfer time of Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) messages between different Intelligent Electronic Devices (IEDs). This parameter was obtained from experimental data related to the transfer time of GOOSE messages curve versus IEDs bandwidth percentage occupation. In this context, a laboratory structure was set up in order to carry out these experiments. This structure mainly consists of three IEDs, an Ethernet switch, three personal computers, a GPS Clock, fiber optic cables, unshielded twisted pair cables, as well as support software. The results show the existence of a characteristic threshold, different for each IED tested, after which the transfer time exceeded the total transmission time allowed for the IEC 61850 standard. Based on these results, a predictive bandwidth monitoring system was developed to supervise the IEDs bandwidth interface. The bandwidth measurement has a mean relative error of 0.55% regarding to the commercial software used for comparison. Finally, the forecasting made by the artificial neural network has a relative error of 3% for 91,30% of the samples used in test phase. In addition, that it was able to model the behaviour of the time series that represent the bandwidth occupation.