虛擬局域網配置表自動生成技術在智能變電站的應用

姬慧

摘 要：智能變電站過程層交換機中通信報文龐大，需要對流量進行管理，當前通常采用劃分虛擬局域網的方式。由工程人員根據信息流進行配置，工作量大，自動化程度低，效率不高。本文提出一種方法，可通過解析全站系統配置文件（SCD）和光纖物理回路文件（SPCD），建立交換機的端口拓撲關系，分析各智能電子設備（IED）在交換機中的信息流，從而自動完成交換機中虛擬局域網的劃分。

關鍵詞：智能變電站；過程層；虛擬局域網；自動生成

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0146-03

過程層交換機在智能變電站中的主要作用傳輸站內設備的GOOSE（面向通用對象的變電站事件）和SV（采樣值）報文，當不通過虛擬局域網進行流量管理時，龐大的信息容易影響裝置的正常通訊。目前應用最多的就是劃分虛擬局域網的方式[1]。

在新的規范提出了光纖物理回路模型文件（SPCD文件） 的概念后，通過對SPCD文件解析能夠獲取各個交換機端口和對應連接設備的拓撲關系。關于設計方面的《智能變電站二次回路設計規范》也提出了在設計時完成SPCD和SCD文件的要求。這為虛擬局域網配置表的自動生成提供了數據源，促進了該技術在工程上的推廣和實際應用[2-3]。

本文將基于光纖物理回路文件（SPCD）分析交換機的端口拓撲關系，根據全站系統配置文件（SCD）中虛回路的連接分析各IED設備在交換機中的信息流，從而實現交換機中虛擬局域網配置表的自動生成。

1 SPCD文件介紹

SPCD文件即光纖物理回路模型文件，SPCD文件由兩個部分組成，一部分是現場的物理裝置和其間關系，像小室、屏柜、裝置、交換機等；另外的部分是是設備的光纖連接關系，如光纜、尾纜及跳纖等，通過SPCD文件中檢索物理回路和SCD文件中檢索邏輯回路，即可獲取物理回路與邏輯回路的虛實映射關系。

2 虛擬局域網配置表自動生成原理

2.1 虛擬局域網基本原理

虛擬局域網出現的初衷是為解決以太網的廣播問題和和提高安全性，虛擬局域網通過將局域網內的設備以邏輯形式劃分成不同網段工作。

2.2 虛擬局域網配置表生成原理

解析SCD文件和SPCD文件分析IED邏輯關系和交換機端口拓撲關系，接而自動分配虛擬局域網ID，分配輸出端口。跨交換機傳輸的報文，需要增加交換機之間的級聯端口，其整體思路見圖1。

（1）SCD虛端子解析：通過讀入SCD文件解析虛端子分析IED的信息流，SCD文件信息流的分析及可視化已有大量成熟的研究[4-5]。SCD文件要根據建模規范在接收連線中配置有接收端口信息，通過接收端口可以實現和交換機端口的對應，完成信息流的篩選[6]。

（2）SPCD交換機解析：在SPCD文件中分析交換機及交換機端口的數據結構，包括每個端口對側設備類型、編號、描述，根據各個端口進行搜尋。

對于單個端口，根據端口連接關系逐步查找到IED設備或交換機設備。端口的查找邏輯見圖2。

進一步分析獲取級聯交換機。圖3展示了交換機級聯關系的查找邏輯，對交換機的某端口對側設備進行判斷，如果是交換機，記錄編號s，然后遍歷所有交換機，如某交換機編號f，看是否f與s相同，當相同時則認為這兩個交換機有級聯，如果沒有就向下繼續，直到篩查出所有的交換機的級聯。

（3）PVID分配模塊對交換機的IED設備端口分配PVID值，這里設置A網取值從101開始，B往的從201開始，以1等差增加，級連口默認為1，PVID只存儲于各個端口中。端口和PVID一一對應，當端口的組播報文進入交換機時，會打上所經過端口的PVID標簽。

（4）在交換機信息過濾模塊中，輸入IED邏輯關系拓撲和交換機端口拓撲，生成交換機中的IED信息流。根據交換機端口拓撲結構，遍歷交換機的所有端口的IED設備。將端口標記為n，將IED設備標記為a，根據IED的信息流，搜索a和接收端口m的訂閱信息。如果M和N是相同的，則信息流通過。如果M和N是不同的，則指示此信息不通過開關。通過上述方法，可以過濾出交換機上的訂閱信息流。

（5）在虛擬局域網配置表生成模塊中，在交換機中輸入IED信息流和PVID信息，生成虛擬局域網配置表。如果發送設備和a在相同的交換機，則只需要在交換機的虛擬局域網配置表中添加n端口；如果發送設備和a不在同一交換機中，除了向虛擬局域網中添加n端口之外，交換機還需要添加從發生點到虛擬局域網的級聯端口轉發到所有路徑交換機。

生成軟件對于級聯端口使用標記端口，對于非級聯端口使用去除標記端口。

2.3 VLAN配置文件的格式

目前交換機的配置文件沒有標準化規范，各廠家配置文件各異。本文的測試用例使用南瑞繼保裝置進行，其文件格式為XML。

3 測試用例說明

以一個線路間隔作為例，中心交換機和線路交換機級聯，交換機連接了母線保護，母線測控，線路保護，線路測控，合并單元，智能終端等設備。網絡結構如圖4所示。

通過交換機的信息流如圖5所示，交換機的信息流主要包括：

（1）線路保護給母線發啟動失靈信息。

（2）線路測控從合并單元收采樣值和裝置相關的告警信息，向智能終端傳輸遙控指令和采集智能終端的開入狀態和告警，線路合并單元從線路智能終端接收位置信息。

（3）母線測控從母線合并單元收采樣值和裝置相關的告警信息，采集智能終端的開入狀態和告警，母線合并單元從母線智能終端接收位置信息。

通過設計軟件搭建環境并生成SPCD文件和SCD文件。根據SPCD文件自動分配PVID，見表1和表2。

如母線測控對1M智能終端，2M智能終端存在遙控信息流，因此中心交換機母線測控（01-0C-CD-01-00-02）的輸出端口為4和5。

如母線保護對線路保護存在遠跳信息流，因此中心交換機的母線保護（01-0C-CD-01-00-01）輸出端口為6，線路交換機的母線保護輸出端口為1。

根據圖4流程能夠生成虛擬局域網配置文件，表3和表4以表格的形式舉例說明。

母線測控向1M智能終端，2M智能終端傳輸遙控信息，中心交換機母線測控（VID=102）的輸出端口為4和5。

母線保護向線路保護傳輸遠跳信息，中心交換機的母線保護（VID=101）輸出端口為6，線路交換機的母線保護輸出端口為1。

根據上述虛擬局域網配置表的對交換機進行設置，交換機可按預期控制端口進行轉發，可證明虛擬局域網配置表的自動生成技術在現行規范下是完全可行的。

4 結語

智能站交換機的虛擬局域網目前采用人工配置，工作效率低，精度不可靠。本文結合光纖物理電路模型文件和變電站全站配置文件進行分析研究，提出了一種智能變電站虛擬局域網配置表的生成方法，并用實例進行了驗證。該方法實現簡單方便，具有很強的應用價值。它可以提高工作效率，對標準化交換機的配置具有參考意義。

參考文獻

[1]丁騰波，林亞南，趙萌，等.智能變電站虛擬局域網邏輯結構劃分方案的研究[J].電力系統保護與控制，2012，40（1）：115-119.

[2]高磊，楊毅，蘇麟，等.智能變電站二次系統物理回路建模方法及設計實現[J].電力系統保護與控制，2016，44（24）：131-139.

[3]國家電網公司.智能變電站二次光纖回路及虛回路設計軟件技術規范[S].2017.

[4]鄧潔清，車勇，單強，等.基于標準中間過程文件的SCD版本比對的優化研究[J].電力系統保護與控制，2016，44（14）：95-99.

[5]國家電網公司.Q/GDW 1396-2012 IEC61850繼電保護工程應用模型[S].2012.

[6]胡紹謙，李力，朱曉彤.提高智能變電站自動化系統工程實施效率的思路與實踐[J].電力系統自動化.2017，41（11）：173-180.