IEC 61850 GOOSE: cómo funciona, stNum, sqNum y pruebas

Qué es GOOSE y su norma

GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) es el servicio de IEC 61850 para enviar eventos rápidos de un IED a varios a la vez. El modelo abstracto (bloque de control GOOSE, GoCB) está en IEC 61850-7-2 y su codificación en tramas Ethernet en IEC 61850-8-1. Reemplaza el cableado de contactos entre equipos. Para el contexto de la norma, vea la visión general de IEC 61850.

Dónde se usa en la subestación y por qué

GOOSE viaja por el bus de estación entre relés y controladores de bahía, y por el bus de proceso entre relés e IED de interruptor. Usos típicos:

• Disparos de una protección al IED del interruptor.
• Arranque de falla de interruptor (50BF) y disparo de respaldo a los interruptores vecinos.
• Enclavamientos de estación con las posiciones de otras bahías.
• Bloqueos entre protecciones, por ejemplo esquemas de barra por bloqueo.
• Posiciones y alarmas del equipo primario.

Se usa porque es rápido (no pasa por IP ni TCP), llega a varios suscriptores con un solo envío y se supervisa solo: si el mensaje deja de llegar, el receptor se entera.

Cómo funciona

Transporte. GOOSE es multicast de capa 2. La trama lleva:

• MAC de destino multicast del rango de IEC 61850, que empieza por 01-0C-CD; el cuarto octeto es 01 para GOOSE.
• Etiqueta IEEE 802.1Q con VLAN y prioridad, para separar y adelantar el tráfico.
• Ethertype 88-B8 y un APPID que identifica el mensaje.
• Dos campos reservados; en el primero, un bit indica simulación.
• La unidad de datos codificada en ASN.1/BER.

Contenido del mensaje. Los campos principales son la referencia al bloque de control (gocbRef), el tiempo de vida permitido (timeAllowedtoLive, TAL), el dataset (datSet), el identificador (goID), la hora del último cambio (t), el número de estado (stNum), el número de secuencia (sqNum), el indicador de simulación (llamado test en la edición 1), la revisión de configuración (confRev), el indicador de configuración incompleta (ndsCom), el número de entradas y los datos (allData).

Retransmisión. Sin eventos, el publicador repite el mensaje a un intervalo de reposo. Cuando cambia un dato del dataset, lo envía de inmediato con stNum aumentado y sqNum reiniciado, y lo repite a intervalos cortos que crecen hasta volver al reposo; cada repetición aumenta sqNum. La curva exacta depende del fabricante. El TAL de cada mensaje le dice al suscriptor cuánto esperar el siguiente; si no llega, declara la suscripción perdida y la calidad de los datos pasa a inválida.

Validación. El suscriptor acepta un mensaje solo si la dirección de destino, gocbRef, datSet, goID, confRev y el número de entradas coinciden con lo configurado.

Tiempos. IEC 61850-5 define el tiempo de transferencia como la suma del tiempo de comunicación en el publicador, el tránsito por la red y el tiempo en el suscriptor. La edición 2 lo clasifica de TT0 a TT6; disparos y bloqueos piden TT6, 3 ms. En la edición 1 eso correspondía al mensaje tipo 1A con clase de desempeño P2/P3 (3 ms), mientras que P1 admitía del orden de 10 ms.

Redundancia. GOOSE no se reconoce ni se reenvía por pedido; la disponibilidad la da la red. Para disparos se usan PRP o HSR, que no tienen tiempo de recuperación. Vea PRP y HSR.

Configuración

Se configura en el SCD: dataset (atributos sueltos o datos estructurados), bloque de control con su goID y confRev, dirección MAC, APPID, VLAN y prioridad, e intervalos según el fabricante. Cada suscriptor enlaza las entradas externas (ExtRef) a sus señales internas. Una precaución: no todos los IED aceptan GOOSE estructurado; si un suscriptor no lo soporta, se publican atributos sueltos. Vea archivos SCL.

Seguridad

GOOSE viaja en claro, y un atacante con acceso a la red podría inyectar mensajes con stNum alto para que el suscriptor los acepte. IEC 62351-6 define protección contra repetición y autenticación en capa 2 con una extensión de la trama. Su uso aún es limitado por el retardo que agrega; mientras tanto se aplican VLAN, cierre de puertos, segmentación y supervisión de la red.

Problemas típicos en campo y cómo diagnosticarlos

• Pérdida de suscripción: VLAN no permitida, filtrado multicast, enlace PRP cruzado o mensaje con confRev distinto. Se revisan LGOS en el suscriptor y una captura de la red.
• Mensajes que llegan pero se ignoran: el IED está en un modo que no procesa mensajes con el bit de simulación o con calidad test, o al revés.
• Disparos lentos: prioridad no respetada por algún switch o carga excesiva del enlace.
• ndsCom activo: el bloque de control quedó mal configurado.
• Mezcla de ediciones: un IED de edición 1 que no acepta GOOSE estructurado, o diferencias en el manejo del bit de prueba entre equipos.

Wireshark decodifica GOOSE y muestra stNum, sqNum, TAL y datos; en su decodificador el bit de simulación todavía aparece como test.

Cómo convive con otros protocolos

En el bus de estación GOOSE comparte la red con MMS y la sincronización de tiempo; en el bus de proceso, con los valores muestreados. Hacia otra subestación, IEC TR 61850-90-1 describe cómo llevar GOOSE entre subestaciones, pero el disparo transferido suele seguir yendo por equipos de teleprotección o por el canal de la diferencial de línea, porque un GOOSE de capa 2 no sale de la LAN sin un túnel o un enlace dedicado.

Cómo se prueba

Con el IED en modo test o test/bloqueado y modo simulación, el equipo de prueba publica GOOSE simulados y se suscribe a los del relé para medir tiempos. Se verifican la publicación (stNum, sqNum, TAL, VLAN), la reacción a pérdida de mensaje, cada enlace en el suscriptor y el tiempo de transferencia de los disparos. Como el tiempo en el publicador, el tránsito por la red y el tiempo en el suscriptor no se pueden medir por separado en campo, se mide el conjunto y se compara con la clase exigida. La prueba se repite con la red cargada y con una de las LAN redundantes desconectada. Los modos de prueba se explican en la subestación digital IEC 61850.

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Referencias

• IEC 61850-5: requisitos de comunicación y clases de tiempo de transferencia.
• IEC 61850-7-2: modelo del bloque de control GOOSE.
• IEC 61850-8-1: mapeo de GOOSE a ISO/IEC 8802-3.
• IEC 61850-7-4: nodo lógico LGOS.
• IEC TR 61850-90-4: guía de ingeniería de redes.
• IEC 62351-6: seguridad para IEC 61850.
• IEC 62439-3: PRP y HSR.
• IEEE 802.1Q: VLAN y prioridad.

Preguntas frecuentes