VLAN技术在智能变电站中应用.doc

VLAN技术在智能变电站中应用 　　【摘 要】以湖北柏泉500kV智能变电站工程为例，介绍VLAN技术在智能变电站过程层网络中的应用，重点阐述智能变电站过程层网络典型组网方案、交换机配置以及交换机VLAN划分。本文可为老站智能化改造或新建智能站网络规划设计提供参考。 【关键词】智能变电站；VLAN；过程层网络；SV；GOOSE 0 引言 IEC61850标准中，智能变电站过程层SV、GOOSE报文均使用多播地址传送。默认情况下，交换机将收到的多播报文全网广播，这将造成装置收到大量与自身无关的报文，尤其是网络中有采样值报文时，往往容易造成装置CPU过载、链路中断等现象。因此，需要对多播报文进行过滤，从大量的网络报文中筛选出装置需要的报文。 目前，过程层网络常用的多播报文过滤技术有静态多播地址表、GMRP（GARP多播注册协议）和VLAN。本文将重点阐述VLAN技术在过程层网络中的工程应用。 1 VLAN技术概述 VLAN（Virtual Local Area Network）又称虚拟局域网，是一种将局域网（LAN）内的设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的技术，即在不改变物理连接的条件下，对网络做逻辑分组[1]。它是根据IEEE 802.1Q标准，把一个物理上的局域网划分为多个逻辑上的局域网，每个虚拟局域网就是一个独立的广播域。同一个VLAN内的装置采用传统的以太网通信方式进行报文的交互，而不同VLAN内的装置之间在逻辑上相互隔离。 VLAN的工作原理是在以太网帧内增加VLAN头信息，用VLAN ID将网络划分为更小的工作组，限制不同工作组之间的二层访问，网络中的信息通过报文中的VLAN标识符来决定在哪个VLAN内传播。二层交换机收到带有VID标签的报文后，只将该报文转发到属于该VLAN的端口，并不是所有的交换机端口，从而有效的限制报文的广播范围。IEEE 802.1Q协议规定，具有优先级标记的以太网帧在目的MAC地址和源MAC地址之后定义4个字节的VLAN标签，用于标识VLAN的有关信息，前两个字节固定为0x8100，后两个字节的前3位用于标记0～7共8种不同的优先级，最后的12位是VID标识符，标识以太网帧属于哪个VLAN[2]，其格式如图1所示。 图1 IEEE 802.1Q定义的VLAN标签格式 VLAN的划分方式有基于端口、基于IP地址、基于MAC地址等多种方式。采用VLAN技术后，可将交换机的某些端口划分到一个VLAN中，同一个VLAN内的成员可以互相通信，且一个VLAN的广播风暴不会影响其它VLAN的性能，从而有效控制网络的广播风暴。 2 工程应用 2.1 工程概况 湖北柏泉500kV智能变电站一期工程包括1200MVA变压器2组，500kV出线2回，220kV出线7回，66kV电容器、电抗器各4组。变电站采用常规电磁式电流、电压互感器，通过智能控制柜内的合并单元与智能终端实现就地数字化。保护装置直接采样，直接跳闸，保护之间的联闭锁信息、失灵启动等信息采用网络传输方式[3]。 2.2 网络结构 柏泉智能变电站分为三层：站控层、间隔层、过程层。连接站控层与间隔层的网络称为站控层网络，通过MMS报文实现站控层设备和间隔层设备之间的通信；连接过程层与间隔层的网络称为过程层网络，过程层智能装置通过GOOS、SV报文与间隔层设备通信，是典型的“三层两网”结构。根据继电保护对网络的要求，站控层网络和过程层网络均采用星形拓扑结构，网络结构简单清晰，任意两个智能装置之间最多不超过4台交换机，延时较小，有效避免网络风暴的发生，即能满足站控层可靠性的要求，还可以满足过程层跨间隔信号的实时性[4]。 2.3 过程层网络流量计算 SV报文流量计算： 以9-2格式的SV报文为例，某个线路间隔合并单元发送的ASDU数据集共有20个模拟量通道，发送频率为4000Hz，每帧一个采样点，典型的报文长度为224个字节，其流量=224*8*4000=7.168 （Mbit/s）。 GOOSE报文流量计算： GOOSE采用心跳报文和变位报文快速重发相结合的发送机制，在GOOSE数据集中的数据无变位的情况下，心跳报文发送间隔时间一般设为5秒（T0=5S）。假设单个智能设备GOOSE报文的长度为250字节，其流量=250*8/5=400（bit/s），可见GOOSE报文流量远远小于SV报文流量。 2.4 VLAN划分思路 智能变电站过程层网络SV报文数据量巨大、流量固定；而GOOSE报文实时性要求高，对网络带宽占用少。根据SV/GOOSE报文流量的特点，将全站过程层网络划分为：500kV GOOSE A网、B网、500kV