Published November 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Cyber–physical testbed for Wide Area Measurement System employing IEC 61850 and IEEE C37.118 based communication

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Delhi
  • 2. Thapar Institute of Engineering & Technology
  • 3. National University of Singapore
  • 4. Fukushima University

Description

Wide Area Measurement Systems (WAMS) are well known for enhancing situational awareness of the grid using IEEE C37.118 phasors from Phasor Measurement Units (PMUs). Recently introduced IEC 61850-90-5 Routable Sample Values (R-SV) have proven promising to communicate timestamped synchrophasors to the control center, fulfilling the purpose. In wide area protection and control schemes, the communication of synchrophasors to the control center is also followed by sending back a supervisory decision signal (based on synchrophasor data) to the physical devices in the field. Development of WAMS testbeds for implementation and assessment of such schemes have often been addressed only from IEEE C37.118 PMU phasors' perspective alone. This paper presents a comprehensive cyber–physical WAMS testbed capable of real-time communication of synchrophasors using both IEEE C37.118 PMU phasors and IEC 61850-90-5 R-SV. It also facilitates status and feedback signal communication between the control center and substations using IEC 61850-90-5 Routable GOOSE (R-GOOSE). The developed testbed integrates a real-time digital simulator (RTDS), industry-standard hardware devices such as PMUs, Phasor Data Concentrator (PDC), IEDs, Global Positioning System (GPS) synchronization clock, network components, and software components such as IEC 61850 emulator tools. It can be used for end-to-end implementation of a myriad of wide area monitoring protection and control (WAMPAC) applications. It can further facilitate vulnerability analysis of WAMS components, analyze the impact of cyber-attacks on critical applications, and then test and validate various security solutions for cyber resiliency of WAMPAC applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تشتهر أنظمة القياس واسعة النطاق (WAMS) بتعزيز الوعي الظرفي للشبكة باستخدام الطور IEEE C37.118 من وحدات قياس الطور (PMUs). أثبتت قيم العينة القابلة للتوجيه (R - SV) التي تم تقديمها مؤخرًا IEC 61850-90-5 أنها واعدة لتوصيل المتزامنات ذات الطابع الزمني إلى مركز التحكم، مما يحقق الغرض. في مخططات الحماية والتحكم واسعة النطاق، يتبع أيضًا توصيل الموجات المتزامنة إلى مركز التحكم عن طريق إرسال إشارة قرار إشرافي (بناءً على بيانات الموجات المتزامنة) إلى الأجهزة المادية في الميدان. غالبًا ما تم تناول تطوير منصات اختبار WAMS لتنفيذ وتقييم مثل هذه المخططات فقط من منظور طلائع وحدة إدارة المشروع C37.118 التابعة لـ IEEE وحدها. تقدم هذه الورقة اختبارًا شاملاً فيزيائيًا سيبرانيًا لـ WAMS قادر على التواصل في الوقت الفعلي للموجهات المتزامنة باستخدام كل من IEEE C37.118 PMU phasors و IEC 61850-90-5 R - SV. كما أنه يسهل اتصال إشارة الحالة والتغذية الراجعة بين مركز التحكم والمحطات الفرعية باستخدام IEC 61850-90-5 أوزة قابلة للتوجيه (R - GOOSE). يدمج سرير الاختبار المطور جهاز محاكاة رقمي في الوقت الفعلي (RTDS)، وأجهزة قياسية في الصناعة مثل وحدات إدارة المشروع (PMU)، ومكثف بيانات الطور (PDC)، والأجهزة المتفجرة المرتجلة، وساعة مزامنة النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS)، ومكونات الشبكة، ومكونات البرامج مثل أدوات محاكي IEC 61850. يمكن استخدامه للتنفيذ الشامل لعدد لا يحصى من تطبيقات الحماية والتحكم في المراقبة واسعة النطاق (WAMPAC). ويمكنه أيضًا تسهيل تحليل الثغرات الأمنية لمكونات WAMS، وتحليل تأثير الهجمات السيبرانية على التطبيقات الحيوية، ثم اختبار والتحقق من صحة الحلول الأمنية المختلفة للمرونة السيبرانية لتطبيقات WAMPAC.

Translated Description (French)

Les systèmes de mesure à grande échelle (WAMS) sont bien connus pour améliorer la connaissance de la situation de la grille à l'aide des phaseurs IEEE C37.118 des unités de mesure des phaseurs (PMU). Les valeurs d'échantillons routables (R-SV) IEC 61850-90-5 récemment introduites se sont révélées prometteuses pour communiquer les synchrophases horodatées au centre de contrôle, remplissant ainsi l'objectif. Dans les systèmes de protection et de contrôle étendus, la communication des synchrophases au centre de contrôle est également suivie par l'envoi d'un signal de décision de supervision (basé sur les données des synchrophases) aux dispositifs physiques sur le terrain. Le développement de bancs d'essai WAMS pour la mise en œuvre et l'évaluation de tels systèmes n'a souvent été abordé que du seul point de vue des phaseurs PMU IEEE C37.118. Cet article présente un banc d'essai WAMS cyber-physique complet capable de communiquer en temps réel des synchrophases en utilisant à la fois les phaseurs PMU IEEE C37.118 et le R-SV IEC 61850-90-5. Il facilite également la communication des signaux d'état et de rétroaction entre le centre de contrôle et les sous-stations à l'aide de la norme CEI 61850-90-5 Routable GOOSE (R-GOOSE). Le banc d'essai développé intègre un simulateur numérique en temps réel (RTD), des dispositifs matériels standard tels que des PMU, un concentrateur de données de vecteur de phase (PDC), des IED, une horloge de synchronisation du système de positionnement global (GPS), des composants réseau et des composants logiciels tels que des outils d'émulation IEC 61850. Il peut être utilisé pour la mise en œuvre de bout en bout d'une myriade d'applications WAMPAC (Wide Area Monitoring Protection and Control). Il peut en outre faciliter l'analyse de vulnérabilité des composants WAMS, analyser l'impact des cyberattaques sur les applications critiques, puis tester et valider diverses solutions de sécurité pour la cyber-résilience des applications WAMPAC.

Translated Description (Spanish)

Los sistemas de medición de área amplia (WAMS) son bien conocidos por mejorar el conocimiento de la situación de la red utilizando fasores IEEE C37.118 de unidades de medición de fasores (PMU). Los valores de muestra enrutables (R-SV) IEC 61850-90-5 recientemente introducidos han demostrado ser prometedores para comunicar sincrofasores con marca de tiempo al centro de control, cumpliendo con el propósito. En los esquemas de protección y control de área amplia, la comunicación de sincrofasores al centro de control también es seguida por el envío de una señal de decisión de supervisión (basada en datos de sincrofasores) a los dispositivos físicos en el campo. El desarrollo de bancos de pruebas WAMS para la implementación y evaluación de dichos esquemas a menudo se ha abordado solo desde la perspectiva de los fasores de PMU IEEE C37.118. Este documento presenta un banco de pruebas WAMS ciberfísico integral capaz de la comunicación en tiempo real de sincrofasores utilizando ambos fasores IEEE C37.118 PMU e IEC 61850-90-5 R-SV. También facilita la comunicación de señales de estado y retroalimentación entre el centro de control y las subestaciones utilizando IEC 61850-90-5 Routable GOOSE (R-GOOSE). El banco de pruebas desarrollado integra un simulador digital en tiempo real (RTD), dispositivos de hardware estándar de la industria como PMU, Phasor Data Concentrator (PDC), IED, reloj de sincronización del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), componentes de red y componentes de software como herramientas de emulador IEC 61850. Se puede utilizar para la implementación de extremo a extremo de una gran cantidad de aplicaciones de protección y control de monitoreo de área amplia (WAMPAC). Puede facilitar aún más el análisis de vulnerabilidades de los componentes de WAMS, analizar el impacto de los ciberataques en aplicaciones críticas y luego probar y validar diversas soluciones de seguridad para la resiliencia cibernética de las aplicaciones WAMPAC.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
اختبار فيزيائي إلكتروني لنظام قياس واسع النطاق يستخدم الاتصالات القائمة على IEC 61850 و IEEE C37.118
Translated title (French)
Banc d'essai cyber-physique pour système de mesure de zone étendue utilisant la communication basée sur IEC 61850 et IEEE C37.118
Translated title (Spanish)
Banco de pruebas ciberfísico para el sistema de medición de área amplia que emplea comunicación basada en IEC 61850 e IEEE C37.118

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4281849514
DOI
10.1016/j.egyr.2022.05.207

Is supplement to
https://openalex.org/W2553754225 (Other)
https://openalex.org/W2383397189 (Other)
https://openalex.org/W2378142920 (Other)
https://openalex.org/W2367739416 (Other)
https://openalex.org/W2364323245 (Other)
https://openalex.org/W2352028207 (Other)
https://openalex.org/W2351977728 (Other)
https://openalex.org/W2060186004 (Other)
https://openalex.org/W1984507003 (Other)
https://openalex.org/W1847012216 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1999188575
  • https://openalex.org/W2091214450
  • https://openalex.org/W2151109389
  • https://openalex.org/W2295323652
  • https://openalex.org/W2324338818
  • https://openalex.org/W2342958323
  • https://openalex.org/W2343392606
  • https://openalex.org/W2466448847
  • https://openalex.org/W2472098064
  • https://openalex.org/W2545581657
  • https://openalex.org/W2582091145
  • https://openalex.org/W2903226527
  • https://openalex.org/W2944164442
  • https://openalex.org/W2969458134
  • https://openalex.org/W2975570206
  • https://openalex.org/W2986961751
  • https://openalex.org/W2991063899
  • https://openalex.org/W3004728361
  • https://openalex.org/W3011701935
  • https://openalex.org/W3023941857
  • https://openalex.org/W3141409639
  • https://openalex.org/W3148684701
  • https://openalex.org/W3158305212
  • https://openalex.org/W3165641306
  • https://openalex.org/W3172254495
  • https://openalex.org/W3176706096