工业级交换机在智能变电站中的应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇工业级交换机在智能变电站中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要： 论述了智能变电站对通信网络新的技术要求，分析了业务数据的采集、传输和交换的性能要求，以及IEC 61850标准下的各种智能电子设备信息集成和数据共享的基本需求，研究了工业级交换机的功能需求，说明了各层网络需求，对比了不同的组网方式及其优缺点。
Abstract： The new technical requirements of intelligent substation to communication network were discussed， and performance requirements of the collection， transmission and exchange of business data， as well as the functional requirements of a variety of intelligent electronic devices information integration and data sharing in the IEC 61850 standard were analyzed， functional needs to the industrial—grade switches， were studied， the network requirements of layers were illustrated， and different networking as well as advantages and disadvantages were compared.
Key words： intelligent substation；industrial—grade switch；IEC 61850
中图分类号：TN915.5 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0096—02
0 引言
智能变电站普遍采用合并单元进行过程层数字化采样值数据传输、依靠GOOSE报文传输一次设备状态和控制命令，工业以太网交换机除承载常规的站级通信业务外，已经成为维系一、二次设备关联的中枢设备。这样对工业以太网交换机的功能、性能和可靠性都提出了非常高的要求。
1 智能变电站对通信网络的要求
智能变电站的通信网络一般采用变电站层、间隔层和过程层的三层结构[1]，其根本任务是实现变电站运行数据采集、综合自动化系统内部数据传输、以及与其他系统之间的实时数据信息交换。
在智能变电站中，保护、测控、计量、监控、远动和VQC等系统均采用同一个通信网络接收电流、电压和状态信息，以及发送控制指令。从业务数据传输的角度来看，智能变电站内的通信网络同时存在MMS、GOOSE和SMV这3个网络，以太网通过GOOSE协议来实现一次设备和二次设备之间的信息传输，各种数据流在相应的运行方式下具有不同的传输响应速度和优先级的要求，真正实现信息集成、网络通信和数据共享[2，3]，必须符合IEC 61850系列标准，支持变电站内各种智能电子设备的通信接口，必须随着变电站自动化系统传输信息量的不断增加而有足够的空间和速度，用以满足各类报文数据的存储和传输需求。
2 电力工业级交换机的功能需求
根据国家电网《智能变电站技术导则》的定义，智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化等基本要求，而这些要求则对承载通信网络的工业以太网交换机提出了以下基本需求：
①高性能的信息传输，最好支持IEEE802.3x全双工以太网协议，保证两个方向的数据发送和接收；保证高优先级的用户数据优先传送，根据IEEE 802.1P标准，可通过设置QOS服务质量标识，由交换机按照流量分配原则或权重设置进行优先转发；
②良好的网络流量控制，虚拟局域网（VLAN）技术和多播过滤技术可进行通信区域的划分，有效防止广播风暴并实现安全隔离。VLAN技术分别基于端口、基于MAC地址和基于协议等，主流标准为IEEE802.1Q；
③有冗余网络，主要是IEEE 802.1D生成树STP协议和IEEE 802.1W快速生成树RSTP协议前者的生成树收敛时间约为60s，而后者的收敛时间约为l—10s，随着技术发展，收敛时间已经接近毫秒级；
④网络工况监视和故障诊断，基于SNMP协议监控交换机端口、划分VLAN和设置Trunk端口等管理功能；
⑤高精度网络对时协议，IEEE 1588使用硬件和软件配合的方式，能达到亚微秒级的时间同步精度[4]，工业以太网交换机需特别支持E2E（End—to—End）和P2P（Peer—to—Peer）透明时钟技术。
当然，电力工业交换机，除了具备相应的网络传输性能要求外，还必须具备苛刻的环境条件、绝缘条件、低气压条件、机械性能、外壳防护、电源管理、散热设计和电磁兼容条件。
3 工业级交换机的主要组网方式
智能变电站一般分为站控层、间隔层和过程层。其组成和功能情况见表1。
3.1 组网分析 全站网络采用高速以太网，通信规约采用DL/T 860和IEC61850[5]。
站控层网络，通过网络设备与站控层其他设备通信，与间隔设备通信，传输MMS和GOOSE报文，220kV及以上变电站宜采用冗余网络，双星型或单环型，110kV及以下变电站宜采用单星型网络拓扑结构。
过程层网络，通过网络设备与本间隔其他设备通信，与其他间隔设备通信，与过程层设备通信，与站控层设备通信，传输SV和GOOSE报文，智能终端设备IED装置双重化配置时，过程层网络也应双重化配置。图1为智能变电站的分层和网络业务数据流类型。
3.2 组网方式与优缺点比较 根据各层网络的具体功能需求和业务特点，可选用灵活的网络配置方式，主要的组网方式有以下四种，一般采用时会混合使用，具体优缺点比较可见表2。
3.3 过程层组网原则 过程层网络是连接间隔层设备和过程层设备的桥式中枢网络，在智能变电站自动化系统中的地位尤为重要，过程层网络上传输的数据包括传输采样值SMV、面向对象的变电站通用事件GOOSE和IEEE1588精密时钟协议同步报文，因此，有以下几个组网原则需要特别注意：
①1GOOSE网络和SV网络按照电压等级分别组网；
②过程层SV数据以点对点直采方式接入保护设备；
③保护装置与本间隔智能终端之间采用GOOSE点对点直跳通信；
④保护装置之间的联闭锁信息、失灵启动等信息采用GOOSE组网方式通信；
⑤测控装置采用组网方式通信；
⑥为保证足够小的时延，任意两台IED之间的通信路径不应超过4台交换机。
4 结论
从生产实际来看，电力工业级交换机的应用正在智能电网建设的热潮中急速推广，产品性能也有所增强，特别是加拿大罗杰康、德国赫斯曼等欧美品牌的加入，使得电力工业以太网交换网络的工程应用技术得到了迅猛发展。而我国的自主品牌则相对落后，在电力应用中也仅有东土科技一家独大，因此加大对工业级交换机在智能电网中的应用需求研究和工程实施研究尤为重要。
参考文献：
[1]苏麟，孙纯军，禇农.智能变电站过程层网络构建方案研究[J].电力系统通信，2010，（07）.
[2]易永辉，王雷涛，陶永健.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，（21）.
[3]张清枝，左群业，何刚，张保善.智能变电站网络对时测试研究[J].电力系统保护与控制，2010，（21）.
[4]杜振华，王建勇，罗奕飞，王彦辉，郑磊.基于MMS与GOOSE网合一的数字化网络保护设计[J].电力系统保护与控制，2010，（24）.
[5]陈德辉，袁京.IEC 61850在智能变电站应用时采用网络结构分析[J].电力系统通信，2010，（07）.