VLAN技術在智能化變電站網絡中的應用探討

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

    網絡交換機要求具備以下管理功能：

    可靠性符合IEC61850-3標準

    交換機支持多環組網方案

    高速eRSTP環網冗余技術，每臺交換機的恢復時間<5ms

    Zero-Packet-Loss零丟包技術

    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過主干交換機進行星型模式級聯，如圖2所示。如果不對間隔層交換機流出數據進行流量控制，主干網交換機很容易流入流量超負荷的情況，使網絡產生阻塞甚至癱瘓。我們對單個間隔的SMV數據流量及GOOSE數據流量進行理論計算和實際測試，結果基本一致。

    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據流量：

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

    單間隔實際測試SMV流量和理論計算數據相當。

    GOOSE工程中實際最大報文長度：

    按照T0=10s計算，一個智能設備每秒種的數據流量：

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

    交換機數據吞吐總量由流入交換機的數據決定，理論上流入數據都可以正確流出，只是數據流量的大小決定了網絡(延時)性能。主干網交換機上流入的數據主要是跨間隔保護需要的數據，如失靈保護、母線保護等需要的數據。按照單位間隔估算，如SMV數據中的保護電流、GOOSE數據等。由于GOOSE信息流量和SMV相比可以忽略不計，所以流入主干網交換機的數據相當于間隔交換機的三分之一，按照理論計算數據為1.6Mbit/s。所以主干網交換機除了在交換口數量上要滿足工程選型外，對于一般規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

    上述已經明確了網絡上需要橫向傳輸的數據并不是全部數據，而是跨間隔保護或者其它設備需要的一部分，所以必須采用VLAN方案，即802.1p協議使其橫向通過需要的數據，不需要共享和跨間隔利用的數據就在本間隔縱向流通即可。其次數據流通需要優先級區分，IEC61850規范對變電站內的網絡上的數據進行了詳細的劃分，根據網絡信息的不同需求和要求，給予不同的報文不同的優先級。