VLAN技術(shù)在智能變電站管理中的應(yīng)用

【摘要】文章根據(jù)智能變電站的特點，提出智能變電站層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用VLAN技術(shù)的劃分方案。利用VLAN （虛擬局域網(wǎng)） 技術(shù)將變電站設(shè)備劃分為幾個虛擬局域網(wǎng)，通過以太網(wǎng)交換機使其在同一網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)不同網(wǎng)段的通信，有效地解決智能變電站中網(wǎng)絡(luò)通信問題，最大限度提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率和資源利用率。同時給出了基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機進行VLAN的實際管理配置例子。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；VLAN；數(shù)據(jù)流

一、智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

智能化變電站是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分之一。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，接受的信息量和實現(xiàn)的控制功能越來越多，對于數(shù)字化、信息化的要求越來越迫切，智能化變電站成為未來變電站發(fā)展的方向。

依據(jù)國家電網(wǎng)公司頒布的《110（66）kV～220kV智能變電站設(shè)計規(guī)范》，智能變電站網(wǎng)絡(luò)可從邏輯上分為“兩網(wǎng)”，即站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。其中，站控層網(wǎng)絡(luò)連接了站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備，主要是傳輸站控層內(nèi)部、間隔層內(nèi)部、以及站控層與間隔層之間的數(shù)據(jù)信息，內(nèi)容以MMS報文為主。過程層網(wǎng)絡(luò)連接過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備，主要是傳輸過程層內(nèi)部、間隔層內(nèi)部以及過程層與間隔層之間的數(shù)據(jù)信息，內(nèi)容以GOOSE和SV報文為主。由此三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流如下：

而且近年來基于IEC61850標準的智能變電站建設(shè)越來越多，多數(shù)的智能變電站配置站控層、間隔層和過程層3層結(jié)構(gòu)。隨著對IEC61850標準研究和應(yīng)用的深入以及國內(nèi)各廠商基于IEC61850標準產(chǎn)品的豐富，特別是智能一次設(shè)備中更多的整合二次設(shè)備的功能，而且越來月來的變電站利用先進的以太網(wǎng)交換機信息傳播技術(shù)，使智能變電站配置上采用VLAN組網(wǎng)技術(shù)技術(shù)上提供了可行性。

二、虛擬局域網(wǎng)

智能化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)總量十分可觀，但大部份信息數(shù)據(jù)不需要橫向流通，在過程層網(wǎng)絡(luò)中采用VLAN組網(wǎng)技術(shù)，為100M以太網(wǎng)交換機在智能化變電站組網(wǎng)中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，既降低了組網(wǎng)成本，又滿足了網(wǎng)絡(luò)安全、可靠性。

2.1虛擬局域網(wǎng)VLAN（Virtual Local Area Networ）技術(shù)是通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地劃分成不同網(wǎng)段，從而實現(xiàn)組建虛擬工作組的技術(shù)，達到減少碰撞和廣播風暴、增強網(wǎng)絡(luò)安全性，并為802.1D協(xié)議的實現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，提供了實現(xiàn)手段。

2.2VLAN劃分的幾種模式基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN、基于路由的VLAN、基于策略的VLAN?；诙丝诘腣LAN劃分模式是最簡單、有效的方法，在智能化變電站網(wǎng)絡(luò)中得到了充分有效的應(yīng)用?；诙丝诘腣LAN模式是從邏輯上把交換機按照端口劃分成不同的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)，使其在所需用的局域網(wǎng)絡(luò)上流通。

2.3支持IEEE802.1qVLAN協(xié)議。根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)中的設(shè)備對實時性要求的高低不同，將其分組到不同的虛擬局域網(wǎng)（VLAN），可進一步改善系統(tǒng)安全性和帶寬利用效率，從而進一步保證系統(tǒng)的實時性。

三、智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)VLAN劃分

3.1智能變電站VLAN網(wǎng)絡(luò)劃分方案

根據(jù)智能變電站的網(wǎng)絡(luò)特點，為了限制過程層網(wǎng)絡(luò)流量、增加系統(tǒng)靈活性、提高系統(tǒng)的可靠性，智能變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)進行VLAN劃分很有必要。但目前并沒有成熟的VLAN劃分方案應(yīng)用于智能變電站，因此本文設(shè)計根據(jù)數(shù)據(jù)流的邏輯關(guān)系劃分VLAN劃分方案，具體如下所述。

1、根據(jù)合并單元、智能終端、保護和測控的邏輯關(guān)系。

2、線路間隔之間的邏輯關(guān)系（聯(lián)閉鎖、失靈啟動）

3、線路間隔與母線和主變的的邏輯關(guān)系

4、VLAN劃分應(yīng)滿足遠期擴容的需求

3.2劃分實例

先將智能變電站網(wǎng)絡(luò)按照電壓等級劃分成500、330，220、110、35kV等若干個區(qū)域。各個電壓等級的測控，電壓合并單元，故障錄波，斷路器測控，斷路器合并單元和主變各個電壓等級合并單元，網(wǎng)絡(luò)分析儀，測控，主變錄波都分別劃成一個VLAN。另外需要1個實現(xiàn)跨間隔通信和跨層通信的VLAN；最后需要1個進行變電站層內(nèi)部通信的VLAN，由于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)默認的VLAN是VLAN_1，它包含整個網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備，另外根據(jù)交換機端口要求，Trunk 端口加入的VLAN 不能是VLAN_1。所以劃分VLAN從VLAN_1以后開始。

四、基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)

4.1設(shè)置VLAN組

如圖3所示。交換機有幾個VLAN就有幾條VLAN設(shè)置，其中VID 為VLAN標識。

4.2TXtag

考慮到由于跨交換機通信時，會有多個VLAN的報文經(jīng)過交換機的同一端口進行發(fā)送和接收，必須使交換機具有判斷所接受的數(shù)據(jù)屬于哪個VLAN的能力，所以需要將與中央交換機端口相連接的間隔交換機端口類型設(shè)置為Trunk（發(fā)送）tagged，傳送時保存VLAN信息，中央交換機相應(yīng)的Trunk（接收）tagged端口判斷接收到的數(shù)據(jù)屬于哪個VLAN，然后再根據(jù)相應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口上。

五、結(jié)論

VLAN 技術(shù)是建立在通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，只有具備完善的網(wǎng)絡(luò)通信并有足夠的帶寬才能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用，智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信能力需要繼續(xù)建設(shè)。本文探討了智能化變電站的VLAN劃分方式， 給出了一個方案， 同時給出了基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)的案例， 可供今后在智能化變電站建設(shè)的借鑒。

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作者簡介

郭寧輝，男，26歲，華北電力大學碩士研究生，研究方向為變電站自動化 繼電保護。