工业以太网交换机对配电网拓扑结构的影响
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摘 要：目前电力配网自动化技术存在配网自动化终端空间分布分散、彼此间距离较远、通信能力不足、网路结构分层分布方面的问题，而文章提出的采用工业以太网的通信组网方式，实现了扁平化组网，节省了成本，提高了稳定性。可以得出工业以太网交换机在配网自动化的应用具有很大的前景。
关键词：工业以太网交换机；配网自动化；通信网络
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0003-01
实现中低压配电网自动化已成为电力系统发展的趋势，在配电自动化系统中，配网设备种类繁多，数量庞大，紧密联系着EMS、SCADA系统。骨干网络收集各种电网运行数据发给配电主站，通过实时分析，帮助配网生产管理系统（PMS）决策，最后再通过通信网络下达控制指令，可见通信是实现数据和命令及时、快速传递的基础通信方式，是配网自动化的建设中非常重要的一个环节，因此实施配网自动化必须解决好通信通道问题。而现今技术日益成熟的工业以太网交换机的各项高性能指标及独有的环网特性，非常适合于配网自动化的通信系统建设，能够满足配网自动化系统的各项数据传输要求。
1 工业以太网交换机的特点
工业以太网交换机具有以下特点：
①组网方便。支持冗余环网，配置功能允许用户配置生成树协议的类型为STP、RSTP或MSTP，以及相关的参数（Bridge Priority、Forward Delay、Max Age等），可以由此组建冗余环网的拓扑，能够大大缩短保护倒换时间。
②工业以太网交换机为工业级设计，满足IEC61850-3变电站自动化电磁兼容标准，采用工业级芯片，能够支持-40～85℃下工作，可以抵抗工业现场各种恶劣环境。
③支持远距离传输。多模光纤配合多模光模块在无中继的情况下传输距离可达50 km，能够满足配网自动化终端空间分布分散，彼此间距离较远的特点。
④支持VLAN。VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将物理上的局域网从逻辑上划分成多个独立分离的虚拟网络，便于网络管理。数据包能在不同的VLAN间传递，以控制广播域和网段流量，可以提高网络性能，安全性和可管理性。工业以太网交换机支持基于端口的VLAN和基于IEEE802.1q的Tag VLAN，用户可以通过WEB界面进行VLAN划分。
⑤具有优越的网络管理能力，支持SNMPV1/V2/V3不同级别的网络管理协议，实现设备接口集中管理和配置。若发生故障则提供实时告警。远程网络监视，为系统提供全面的网络预知能力、规划、性能分析以及错误诊断。
⑥数据传输的确定性。采用高性能的千兆光纤以太网，借助IEEE802.lp优先级在以太网帧中设置网络封包的优先级，从而保证不同业务的QoS。通过IEEE802.IQVLAN、IGMpSnooping和GMRP（GARP多播注册协议）等协议，进行流量控制，使数据只传送至相对应的群组用户，具有更高的确定性，并且减少了广播报文的流量，从而减轻了网络负载。
可靠的组网方式应符合以下两个条件：单点或多点链路故障不应该对整体网络产生影响，单点或多点设备故障不应该对整体网络产生影响。
2.1 单链式组网
链式组网是最简单的组网拓扑之一，通信节点的头尾依次相连组成。常见的树形和星形组网属于链型组网的特殊组成形式。应用于配网通讯环境的单链式组网如图1所示。
单链式组网不可避免的缺点是如果图1中紧邻变电站的链路断开将导致右端所有设备失去连接。使用工业以太网交换机后，当设备正常供电时，光路信息通过流入交换机再流向下一节点。当设备掉电时，为避免了节点掉电引起的全网故障，光路直接通往下一节点。
具有节点保护特性的交换机单链拓扑如图2所示。
2.2 环形组网
前述的单链式组网也容易造成单点链路中断从而引起的全网中断，将链的两端同时上联到同一设备可解决此问题。将配电房交换机设备组成的链首尾均上联至同一变电站设备时就构成了环状链路，如图3所示。
从图3看出，环状网络在任一链路断开或任一环内节点故障时均不会影响网络整体的稳定运行。工业以太网环网既节省光缆资源又可以实现较好的链路保护特性，环网快速冗余切换的功能通过交换机软件STP或RSTP来实现。
2.3 “手拉手”型组网的链路保护
环形组网虽然能够实现单个设备的故障不影响整体网络也可以实现链路的冗余，但上联设备的故障仍可导致环网通讯的整体失效。解决的办法之一是采用双上联网络‘手拉手’型。如图4所示。
该拓扑将下联的设备从两端连接至两个上联设备中。上联设备充当主备用网关使用，可以放置于同一地点或分开放置到不同地点。该网络链路冗余的实现仍需链路冗余协议的支持，如果把它看作一个环状结构，可以选择STP或RSTP协议来实现。这种双上联手拉手的拓扑可最终实现任一链路或任一节点的故障都不会对网络整体造成太大影响。
3 结 语
随着通信技术的发展，配网自动化远方终端数据非常庞大，工业以太网交换机在满足可靠性的基础上降低了造价，容易形成最合理拓扑配置，能够满足配网自动化系统中通信数据传输的要求，在智能电网建设中将会有良好的发展前景。
参考文献：
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