智能交換機在智能變電站的應用

摘 要：結合智能變電站對交換機的要求，文章重點分析了智能交換機多協議標簽交換等功能特點，提出了過程層網絡即插即用的實現方法。

關鍵詞：智能交換機；多協議標簽交換；即插即用

引言

目前，智能變電站已進入了全面建設階段。在智能變電站中，以交換機為核心的通信網絡起著關鍵的作用。[1]智能變電站內所有監視、控制、采樣值、跳閘等信息的傳輸均通過以太網完成交換，以太網交換機成為智能變電站二次系統的關鍵設備。智能變電站交換機的選型應綜合考慮可靠性、實時性和適合智能變電站使用的高級應用功能，如時鐘同步性能、組播管理性能、安全性等。[2]目前，智能變電站過程層網絡最常用的是VLAN技術，過程層網絡需經過VLAN劃分、配置后正常運行。但是，當交換機端口故障設備遷移到備用端口或交換機需擴充時，需要重新劃分配置VLAN，增加了現場施工和維護的復雜性。文章通過分析智能交換機的特點，提出了智能變電站過程層網絡即插即用的實現方法。

1 智能交換機

智能交換機是根據IEC61850智能變電站通信業務模型的要求，借鑒IP路由，多協議標簽交換等現代通信技術來實現。該技術采用由互聯網工程任務組（IETF）的提出的TRILL協議，不但兼容IEEE 802.1標準的2層交換功能，而且能夠支持各種組網模型，支持多業務共網傳輸。

2 智能交換機功能

2.1 業務自動識別

智能變電站中的4類報文（GOOSE，SV，MMS和IEEE 1588）中GOOSE和SV報文為2層以太網報文，MMS采用3層IP報文傳輸，IEEE 1588報文既可以采用2層以太網報文也可以采用3層的IP報文傳輸。GOOSE報文根據用途還可以分為快速GOOSE報文和常規GOOSE報文。快速GOOSE報文多用于斷路器的跳/合閘控制和閉鎖，常規GOOSE報文多用于傳輸刀閘節點位置或保護動作信息；SV報文同樣可以分為2類，用于保護控制的快速SV報文和用于測控裝置的常規SV報文。

采用多協議標簽交換（MPLS）是業務流識別的技術核心。多協議標簽交換（MPLS）是一種用于快速數據包交換和路由的體系，它為網絡數據流量提供了目標、路由、轉發和交換等能力。更特殊的是，它具有管理各種不同形式通信流的機制。它提供了一種方式，將IP地址映射為簡單的具有固定長度的標簽，用于不同的包轉發和包交換技術。它是現有路由和交換協議的接口，如IP、ATM、幀中繼、資源預留協議（RSVP）、開放最短路徑優先（OSPF）等等。在MPLS中，數據傳輸發生在標簽交換路徑（LSP）上。LSP是每一個沿著從源端到終端的路徑上的結點的標簽序列。現今使用著一些標簽分發協議，如標簽分發協議（LDP）、RSVP或者建于路由協議之上的一些協議，如邊界網關協議（BGP）及OSPF。因為固定長度標簽被插入每一個包或信元的開始處，并且可被硬件用來在兩個鏈接間快速交換包，所以使數據的快速交換成為可能。

具體報文識別如下：

（1）識別快速GOOSE流（跳/合閘、閉鎖），并賦予1類標簽；

（2）識別快速SV報文流，并賦予2類標簽；

（3）識別常規GOOSE流，并賦予3類標簽；

（4）識別常規SV報文流，并賦予4類標簽；

（5）識別MMS報文，并賦予5類標簽；

（6）識別1588報文，并賦予6類標簽。

2.2 業務流到邏輯子網的映射

智能變電站內各類業務映射到6個邏輯交換網絡，分別是快速GOOSE交換網絡，快速SV交換網絡，常規GOOSE交換網絡，常規SV交換網絡，MMS邏輯交換網絡，IEEE 1588邏輯交換網絡。接入層設備解析變電站SCD文件，獲取交換機網絡拓撲結構、端口配置、業務流對應的報文訂閱關系，將報文標簽號與邏輯子網標簽號進行映射。

2.3 邏輯隔離

智能交換機為IEC61860變電站各類通信業務預分配了不同的交換資源和傳輸帶寬，將單一物理網絡劃分為若干個相互隔離的邏輯交換網絡，既滿足了各類業務本身對傳輸網絡的性能和可靠性要求，也保證了共網傳輸時各邏輯交換網絡的安全隔離，同時還具備全網精確時間同步、維護簡單等優勢。

智能交換機通過MPLS和邏輯交換網的映射，實現邏輯子網的相互隔離，一種類型報文的流量驟增不影響其它類型報文的正常傳輸。邏輯子網隔離功能為“多網合一，共網傳輸”提供了可靠的技術保證。

3 過程層網絡即插即用的實現

智能交換機通過解析SCD文件，智能識別接入平臺的IED設備，設備遷移時（如改變接入或接口）能自動識別及切換鏈路，無需人工配置，另一方面由于業務流的識別和邏輯子網的映射是自動完成，不需人工介入，因此也就不再需要進行交換機的VLAN配置，即通過智能交換機可實現過程層網絡的智能化，其實現流程如圖2所示。

4 結束語

智能交換機將SCD文件中報文的訂閱關系轉化為報文的傳輸路由，實現設備自由接入網絡、免VLAN配置的報文邏輯隔離的目的。采用智能交換機構建過程層網絡，可以實現過程層網絡的即插即用，在智能變電站中有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]楊貴，王文龍，熊慕文，等.千兆交換機在智能變電站的應用探討[J].電氣技術，2010（8）：129-132.

[2]周志勇，孫中尉，張凡，等.智能變電站交換機選型[J].中國電力，2011（7）：40-43.

作者簡介：馬斌（1985-），男，漢族，碩士，工程師，從事變電站電氣設計工作。