VLAN技術(shù)在智能化變電站網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討

    IEC61850-3部分定義了變電站自動化系統(tǒng)(SAS)站內(nèi)智能電子設(shè)備(IED)之間的通信及相關(guān)系統(tǒng)要求，對站內(nèi)設(shè)備監(jiān)視、配置和控制的通信系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維護性、安全性、數(shù)據(jù)完整性等性能提出了要求。為了滿足這些要求，設(shè)備間通訊依靠基于IEC61850標準的100-Mbit/s光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)，過程層設(shè)備通過過程級總線互聯(lián)，間隔層設(shè)備通過站級總線互聯(lián)。

    網(wǎng)絡(luò)交換機要求具備以下管理功能：

    可靠性符合IEC61850-3標準

    交換機支持多環(huán)組網(wǎng)方案

    高速eRSTP環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，每臺交換機的恢復(fù)時間<5ms

    Zero-Packet-Loss零丟包技術(shù)

    寬溫度范圍

    超強的抗電磁干擾能力

    MTBF長，保證了高可用性

    支持802.1QVLANs

    支持802.1p協(xié)議

    2 單間隔傳輸流量計算和VLAN解決方案

    2.1 傳輸流量計算

    因為不同間隔間需要共享部分信息，而不是全部信息，因此將全站過程層交換機經(jīng)過主干交換機進行星型模式級聯(lián)，如圖2所示。如果不對間隔層交換機流出數(shù)據(jù)進行流量控制，主干網(wǎng)交換機很容易流入流量超負荷的情況，使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生阻塞甚至癱瘓。我們對單個間隔的SMV數(shù)據(jù)流量及GOOSE數(shù)據(jù)流量進行理論計算和實際測試，結(jié)果基本一致。

    IEC61850-9-2工程中實際最大報文長度(SVLD為變長量)，單間隔SMV理論計算流量：按照每幀1點(12個模擬量通道)計算，一個合并器每秒種的數(shù)據(jù)流量：

    S=159字節(jié)×8bit/字節(jié)×50周波/s×80點/周波=5.088Mbit/s;

    單間隔實際測試SMV流量和理論計算數(shù)據(jù)相當。

    GOOSE工程中實際最大報文長度：

    按照T0=10s計算，一個智能設(shè)備每秒種的數(shù)據(jù)流量：

    S=6016字節(jié)×8bit/字節(jié)×(1s/10)幀=0.048Mbit/s;

    交換機數(shù)據(jù)吞吐總量由流入交換機的數(shù)據(jù)決定，理論上流入數(shù)據(jù)都可以正確流出，只是數(shù)據(jù)流量的大小決定了網(wǎng)絡(luò)(延時)性能。主干網(wǎng)交換機上流入的數(shù)據(jù)主要是跨間隔保護需要的數(shù)據(jù)，如失靈保護、母線保護等需要的數(shù)據(jù)。按照單位間隔估算，如SMV數(shù)據(jù)中的保護電流、GOOSE數(shù)據(jù)等。由于GOOSE信息流量和SMV相比可以忽略不計，所以流入主干網(wǎng)交換機的數(shù)據(jù)相當于間隔交換機的三分之一，按照理論計算數(shù)據(jù)為1.6Mbit/s。所以主干網(wǎng)交換機除了在交換口數(shù)量上要滿足工程選型外，對于一般規(guī)模的智能化變電站都可以滿足容量的要求。

    2.2 VLAN解決方案

    上述已經(jīng)明確了網(wǎng)絡(luò)上需要橫向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并不是全部數(shù)據(jù)，而是跨間隔保護或者其它設(shè)備需要的一部分，所以必須采用VLAN方案，即802.1p協(xié)議使其橫向通過需要的數(shù)據(jù)，不需要共享和跨間隔利用的數(shù)據(jù)就在本間隔縱向流通即可。其次數(shù)據(jù)流通需要優(yōu)先級區(qū)分，IEC61850規(guī)范對變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進行了詳細的劃分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息的不同需求和要求，給予不同的報文不同的優(yōu)先級。