一種數(shù)字化變電站分組化通信解決方案的研究

汪彥

【摘要】 當(dāng)前基于IEC61850技術(shù)的數(shù)字化變電站大面積投入使用，現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)交換技術(shù)在該類(lèi)變電站三層兩網(wǎng)數(shù)據(jù)交換方面無(wú)法做到全面兼顧，通信性能存在固有缺陷與不足。通本次引入了獨(dú)特的MPLS-TP分組交換與LSP隧道傳輸技術(shù)，在同一張物理網(wǎng)絡(luò)上內(nèi)劃分多個(gè)相互隔離的邏輯交換與傳輸網(wǎng)絡(luò)，支持各種組網(wǎng)模型和網(wǎng)絡(luò)自愈。實(shí)現(xiàn)三層網(wǎng)絡(luò)合一的同時(shí)各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)文的安全隔離需求，全網(wǎng)精確同步，時(shí)延固定，維護(hù)便捷。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字變電站 分組通信 邏輯交換 可靠性 安全性 穩(wěn)定性 可維護(hù)性

本次分組化通信方案基于IEC61850數(shù)字化變電站通信業(yè)務(wù)模型，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)變電站數(shù)字化智能化而開(kāi)發(fā)的解決方案（簡(jiǎn)稱(chēng)iPN solution），旨在大幅提高數(shù)字化變電站通信的可靠性、安全性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性，并大幅度降低數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和維護(hù)成本。

這種方案解決了當(dāng)前數(shù)字化變電站通信系統(tǒng)存在的通信實(shí)時(shí)性低下，可靠性不足，造價(jià)昂貴和缺乏面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)管理支持的缺陷。

一、方案介紹

典型iPN解決方案組網(wǎng)如圖1 。

本方案為MPLS-TP分組環(huán)形傳輸網(wǎng)絡(luò)，帶寬為1.25G或2.5G速率，適用于變電站內(nèi)站控間隔層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)全業(yè)務(wù)通信。

上述示例由四臺(tái)MPLS-TP交換機(jī)組成，通過(guò)MPLS-TP隧道傳送技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上建立彼此隔離的網(wǎng)絡(luò)通道，可支持上百個(gè)相互隔離的邏輯交換網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足變電站各層通信網(wǎng)絡(luò)的隔離要求，同層內(nèi)不同子網(wǎng)（如不同間隔層）的隔離要求，同層內(nèi)不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)（例如Goose、SV、MMS、Sync.等）的隔離要求。每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬可按需求固定配置，不同業(yè)務(wù)的帶寬通道獨(dú)立，不存在帶寬共享和相互干擾問(wèn)題。不同邏輯網(wǎng)絡(luò)的交換資源獨(dú)立配置，不同邏輯網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換彼此獨(dú)立，相互隔離。iPN解決方案支持各種堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如環(huán)形、Mesh形、雙星形，支持可靠的網(wǎng)絡(luò)自愈功能，保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms。支持全網(wǎng)精確時(shí)間同步，符合IEEE1588v2標(biāo)準(zhǔn)。支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)100M/1000M以太網(wǎng)接入和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)PON接入方式。

二、方案特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1邏輯交換技術(shù)

圖2為一臺(tái)開(kāi)發(fā)的工業(yè)級(jí)MPLS-TP交換機(jī)，采用資源分配技術(shù)可劃分為若干個(gè)邏輯交換機(jī)，滿(mǎn)足邏輯交換機(jī)之間的安全隔離性能。

A網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)將打上TA標(biāo)記，所有TA標(biāo)記報(bào)文在邏輯交換機(jī)VFI-A交換，其他業(yè)務(wù)同理。VFI-A與VFI-B的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)獨(dú)立配置，業(yè)務(wù)占用的緩存獨(dú)立配置，從而保證A、B網(wǎng)業(yè)務(wù)的完全隔離，相互沒(méi)有干擾，也沒(méi)有任何手段能互相攻擊。

2.2 MPLS-PON接入技術(shù)

MPLS-TP交換機(jī)上直接出千兆PON端口，通過(guò)PON技術(shù)，可支持上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)接入。（圖3）

對(duì)MPLS-PON接口進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使之滿(mǎn)足接入業(yè)務(wù)的帶寬固定分配和安全隔離性能，并支持IEEE1588v2精確時(shí)間同步協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間同步。支持業(yè)務(wù)報(bào)文在兩個(gè)接入端口之間的端到端時(shí)延小于1.5ms.本方案的PON接口也可支持GEPON標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與不同廠商O(píng)NU的正常互通。未來(lái)ONU的功能可植入變電站相關(guān)繼保設(shè)備內(nèi)部。

2.3 QoS技術(shù)及抗干擾能力

本數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)解決方案，采用了MPLS-TP技術(shù)，支持強(qiáng)大的TM流量管理工程技術(shù)，可提供高質(zhì)量的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。通過(guò)獨(dú)特的邏輯交換技術(shù)，滿(mǎn)足變電站對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)、不同業(yè)務(wù)的安全隔離要求，徹底消除了不同業(yè)務(wù)之間的相互干擾問(wèn)題。iPN解決方案通過(guò)劃分多個(gè)邏輯上分離的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，即使一種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)過(guò)載擁塞，也不會(huì)對(duì)其他正常運(yùn)行的邏輯業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何干擾。

2.4可靠性及可維護(hù)性

電力通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)之一，是要求當(dāng)電力業(yè)務(wù)出現(xiàn)異常時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)必須能足夠堅(jiān)強(qiáng)并提供正常通信。采用了面向連接的傳輸機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。采用MPLS-TP交換技術(shù)，通過(guò)交換資源分配技術(shù)，確保了數(shù)據(jù)交換的可靠性。iPN解決方案的雙PON口保護(hù)，并支持環(huán)形自愈網(wǎng)絡(luò)，支持獨(dú)特的雙歸或雙星保護(hù)機(jī)制，這些特點(diǎn)都使得該方案可以有效防止單點(diǎn)故障和接入節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效。確保了網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力。

同時(shí)，iPN解決方案通過(guò)多種簡(jiǎn)單適用的、針對(duì)用戶(hù)操作維護(hù)需求的業(yè)務(wù)模型設(shè)計(jì)技術(shù)，提供功能完善、管理界面圖形化、操作簡(jiǎn)單、直觀的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。提供端到端的業(yè)務(wù)性能在線監(jiān)測(cè)，性能劣化預(yù)警，故障自動(dòng)定位等維護(hù)管理功能。該數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)方案，從產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制和交換機(jī)制、數(shù)據(jù)管理模型、網(wǎng)絡(luò)自愈能力等多方位提供技術(shù)保障，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)基本免維護(hù)的要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

本次探討的數(shù)字化變電站的這種通信方案，具有靈活的邏輯網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與隔離能力，堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)自愈能力，各種規(guī)模組網(wǎng)能力，豐富的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)管理能力等特點(diǎn)，滿(mǎn)足數(shù)字變電站對(duì)通信業(yè)務(wù)在可靠性、抗干擾和免維護(hù)等方面的實(shí)際要求。但是該方案也在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)管理，設(shè)備安全評(píng)價(jià)，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等方面與當(dāng)前習(xí)慣有沖突，如何通過(guò)安全驗(yàn)證與性能測(cè)試使之驗(yàn)證可以達(dá)到現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)更加艱巨和長(zhǎng)期的工作。但是不可以否認(rèn)的是分組化通信方案是一種可以繼續(xù)深入研究的建設(shè)數(shù)字化變電站堅(jiān)強(qiáng)和智能通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀技術(shù)備選方案之一。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張家柱 張振良 ，智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠性研究，《電力信息化》 2010年07期

[2] 木樹(shù)娟 黃銘 余江胡勁松 楊晶晶，智能電網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)分析及關(guān)鍵技術(shù)探討，《電力系統(tǒng)通信》 2011年07期

[3]國(guó)際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)/全國(guó)電力系統(tǒng)控制及通信技術(shù)委員會(huì)DL/T860標(biāo)準(zhǔn)

[4] 趙軍，適用于智能電網(wǎng)的EPON，《郵電設(shè)計(jì)技》 2011年09期