Real-time monitoring of GOOSE messages used in Smart Grid automation schemes

This Master Thesis presents the second phase of the project initiated by E-distribuzione R&D division (currently Gridspertise), whose aims is the development of a tool for the real-time monitoring of GOOSE messages used in smart grids automation schemes. The work started in November 2021 and the preliminary experimental phase has been conducted in the Smart Grid Lab in Milan from January to March 2022. The monitoring devices have been installed in two substations part of E-distribuzione’s MV grid located in Florence – Italy and monitoring data have been collected from the production grid and analyzed in April 2022. In particular the monitoring tool provides two main functionalities: the real-time monitoring of the GOOSE messages exchanged between OT devices, and the communication network performance assessment in terms of availability and latency. The overall objective of this work is to provide a higher level of observability to the DSO in terms of communication network performance and to enhance the effectiveness in the automation operation by providing an early identification of misoperation of IT/OT devices. The value of the outcome of the thesis has been shown in real use cases in which the real-time monitoring tool offered troubleshooting capabilities and inputs needed to improve the effectiveness of the automation scheme.

Questa tesi di laurea Magistrale presenta la seconda fase del progetto iniziato dalla divisione R&D di E-distribuzione (attualmente Gridspertise), il cui obiettivo è lo sviluppo di uno strumento per il monitoraggio in tempo reale dei messaggi GOOSE utilizzati negli schemi di automazione delle reti intelligenti. Il lavoro è iniziato a novembre 2021 e la fase sperimentale preliminare è stata condotta nello Smart Grid Lab di Milano da gennaio a marzo 2022, seguita dall'installazione dei dispositivi di monitoraggio all'interno di due cabine parte della rete MT di E-distribuzione ubicate a Firenze – Italia e si chiude con l'analisi dei dati raccolti dalla rete elettrica e analizzati nel mese di aprile 2022. In particolare, nello strumento sono presenti due principali funzionalità, il monitoraggio in tempo reale dei messaggi GOOSE scambiati tra dispositivi OT, e la valutazione delle prestazioni della rete di comunicazione in termini di disponibilità e latenza. L'obiettivo generale di questo lavoro è fornire un livello più elevato di osservabilità al DSO in termini di prestazioni della rete di comunicazione e migliorare il livello di sicurezza nell'operazione di automazione mediante un'identificazione precoce di eventuali malfunzionamenti dei dispositivi IT/OT. Il valore dell'esito della tesi è stato dimostrato in casi d'uso reali in cui lo strumento di monitoraggio in tempo reale offriva funzionalità di risoluzione dei problemi e input necessari per migliorare l'efficacia dello schema di automazione.