智能交換機(jī)在智能變電站的應(yīng)用

摘 要：結(jié)合智能變電站對(duì)交換機(jī)的要求，文章重點(diǎn)分析了智能交換機(jī)多協(xié)議標(biāo)簽交換等功能特點(diǎn)，提出了過程層網(wǎng)絡(luò)即插即用的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：智能交換機(jī)；多協(xié)議標(biāo)簽交換；即插即用

引言

目前，智能變電站已進(jìn)入了全面建設(shè)階段。在智能變電站中，以交換機(jī)為核心的通信網(wǎng)絡(luò)起著關(guān)鍵的作用。[1]智能變電站內(nèi)所有監(jiān)視、控制、采樣值、跳閘等信息的傳輸均通過以太網(wǎng)完成交換，以太網(wǎng)交換機(jī)成為智能變電站二次系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。智能變電站交換機(jī)的選型應(yīng)綜合考慮可靠性、實(shí)時(shí)性和適合智能變電站使用的高級(jí)應(yīng)用功能，如時(shí)鐘同步性能、組播管理性能、安全性等。[2]目前，智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)最常用的是VLAN技術(shù)，過程層網(wǎng)絡(luò)需經(jīng)過VLAN劃分、配置后正常運(yùn)行。但是，當(dāng)交換機(jī)端口故障設(shè)備遷移到備用端口或交換機(jī)需擴(kuò)充時(shí)，需要重新劃分配置VLAN，增加了現(xiàn)場(chǎng)施工和維護(hù)的復(fù)雜性。文章通過分析智能交換機(jī)的特點(diǎn)，提出了智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)即插即用的實(shí)現(xiàn)方法。

1 智能交換機(jī)

智能交換機(jī)是根據(jù)IEC61850智能變電站通信業(yè)務(wù)模型的要求，借鑒IP路由，多協(xié)議標(biāo)簽交換等現(xiàn)代通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)采用由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）的提出的TRILL協(xié)議，不但兼容IEEE 802.1標(biāo)準(zhǔn)的2層交換功能，而且能夠支持各種組網(wǎng)模型，支持多業(yè)務(wù)共網(wǎng)傳輸。

2 智能交換機(jī)功能

2.1 業(yè)務(wù)自動(dòng)識(shí)別

智能變電站中的4類報(bào)文（GOOSE，SV，MMS和IEEE 1588）中GOOSE和SV報(bào)文為2層以太網(wǎng)報(bào)文，MMS采用3層IP報(bào)文傳輸，IEEE 1588報(bào)文既可以采用2層以太網(wǎng)報(bào)文也可以采用3層的IP報(bào)文傳輸。GOOSE報(bào)文根據(jù)用途還可以分為快速GOOSE報(bào)文和常規(guī)GOOSE報(bào)文。快速GOOSE報(bào)文多用于斷路器的跳/合閘控制和閉鎖，常規(guī)GOOSE報(bào)文多用于傳輸?shù)堕l節(jié)點(diǎn)位置或保護(hù)動(dòng)作信息；SV報(bào)文同樣可以分為2類，用于保護(hù)控制的快速SV報(bào)文和用于測(cè)控裝置的常規(guī)SV報(bào)文。

采用多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）是業(yè)務(wù)流識(shí)別的技術(shù)核心。多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）是一種用于快速數(shù)據(jù)包交換和路由的體系，它為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量提供了目標(biāo)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)和交換等能力。更特殊的是，它具有管理各種不同形式通信流的機(jī)制。它提供了一種方式，將IP地址映射為簡(jiǎn)單的具有固定長度的標(biāo)簽，用于不同的包轉(zhuǎn)發(fā)和包交換技術(shù)。它是現(xiàn)有路由和交換協(xié)議的接口，如IP、ATM、幀中繼、資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）、開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）等等。在MPLS中，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在標(biāo)簽交換路徑（LSP）上。LSP是每一個(gè)沿著從源端到終端的路徑上的結(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽序列?，F(xiàn)今使用著一些標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議，如標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）、RSVP或者建于路由協(xié)議之上的一些協(xié)議，如邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）及OSPF。因?yàn)楣潭ㄩL度標(biāo)簽被插入每一個(gè)包或信元的開始處，并且可被硬件用來在兩個(gè)鏈接間快速交換包，所以使數(shù)據(jù)的快速交換成為可能。

具體報(bào)文識(shí)別如下：

（1）識(shí)別快速GOOSE流（跳/合閘、閉鎖），并賦予1類標(biāo)簽；

（2）識(shí)別快速SV報(bào)文流，并賦予2類標(biāo)簽；

（3）識(shí)別常規(guī)GOOSE流，并賦予3類標(biāo)簽；

（4）識(shí)別常規(guī)SV報(bào)文流，并賦予4類標(biāo)簽；

（5）識(shí)別MMS報(bào)文，并賦予5類標(biāo)簽；

（6）識(shí)別1588報(bào)文，并賦予6類標(biāo)簽。

2.2 業(yè)務(wù)流到邏輯子網(wǎng)的映射

智能變電站內(nèi)各類業(yè)務(wù)映射到6個(gè)邏輯交換網(wǎng)絡(luò)，分別是快速GOOSE交換網(wǎng)絡(luò)，快速SV交換網(wǎng)絡(luò)，常規(guī)GOOSE交換網(wǎng)絡(luò)，常規(guī)SV交換網(wǎng)絡(luò)，MMS邏輯交換網(wǎng)絡(luò)，IEEE 1588邏輯交換網(wǎng)絡(luò)。接入層設(shè)備解析變電站SCD文件，獲取交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、端口配置、業(yè)務(wù)流對(duì)應(yīng)的報(bào)文訂閱關(guān)系，將報(bào)文標(biāo)簽號(hào)與邏輯子網(wǎng)標(biāo)簽號(hào)進(jìn)行映射。

2.3 邏輯隔離

智能交換機(jī)為IEC61860變電站各類通信業(yè)務(wù)預(yù)分配了不同的交換資源和傳輸帶寬，將單一物理網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)相互隔離的邏輯交換網(wǎng)絡(luò)，既滿足了各類業(yè)務(wù)本身對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性要求，也保證了共網(wǎng)傳輸時(shí)各邏輯交換網(wǎng)絡(luò)的安全隔離，同時(shí)還具備全網(wǎng)精確時(shí)間同步、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

智能交換機(jī)通過MPLS和邏輯交換網(wǎng)的映射，實(shí)現(xiàn)邏輯子網(wǎng)的相互隔離，一種類型報(bào)文的流量驟增不影響其它類型報(bào)文的正常傳輸。邏輯子網(wǎng)隔離功能為“多網(wǎng)合一，共網(wǎng)傳輸”提供了可靠的技術(shù)保證。

3 過程層網(wǎng)絡(luò)即插即用的實(shí)現(xiàn)

智能交換機(jī)通過解析SCD文件，智能識(shí)別接入平臺(tái)的IED設(shè)備，設(shè)備遷移時(shí)（如改變接入或接口）能自動(dòng)識(shí)別及切換鏈路，無需人工配置，另一方面由于業(yè)務(wù)流的識(shí)別和邏輯子網(wǎng)的映射是自動(dòng)完成，不需人工介入，因此也就不再需要進(jìn)行交換機(jī)的VLAN配置，即通過智能交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)過程層網(wǎng)絡(luò)的智能化，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

4 結(jié)束語

智能交換機(jī)將SCD文件中報(bào)文的訂閱關(guān)系轉(zhuǎn)化為報(bào)文的傳輸路由，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自由接入網(wǎng)絡(luò)、免VLAN配置的報(bào)文邏輯隔離的目的。采用智能交換機(jī)構(gòu)建過程層網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)過程層網(wǎng)絡(luò)的即插即用，在智能變電站中有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊貴，王文龍，熊慕文，等.千兆交換機(jī)在智能變電站的應(yīng)用探討[J].電氣技術(shù)，2010（8）：129-132.

[2]周志勇，孫中尉，張凡，等.智能變電站交換機(jī)選型[J].中國電力，2011（7）：40-43.

作者簡(jiǎn)介：馬斌（1985-），男，漢族，碩士，工程師，從事變電站電氣設(shè)計(jì)工作。