智能变电站过程层交换机的应用分析

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1、智能变电站过程层交换机的应用分析（南瑞继保电气有限公司江苏南京211106）智能变电站过程层GOOSE和SV技术的可靠性，通过大量的工程实践已得到验证，具备推广的可行性，但在新一代智能变电站三网合一方案的探索中，过程层交换机依然是GOOSE和SV技术可靠应用的一个瓶颈，如何解决过程层交换机数据交换的可靠性，成为一个现实问题，因此木文将结合工程实施经验，从工程实施的角度针对过程层交换机中的静态组播、VLan,GMRP技术特点，论证几种技术的工程实施优缺点，为工程实施提供参考依据。关键词：智能变电站

2、；过程层交换机；静态组播；VLAN；GMRP引言随着建设坚强智能电网战略方针的推进，作为智能电网关键环节的智能变电站，获得了极大的发展机遇，大量的智能变电站建设己由试点阶段进入规模建设阶段。智能变电站典型的网络系统结构图为三层两网结构，三层分别指的是监控、远动等客户端系统所在的站控层、具备MMS通讯功能的各IED所在的间隔层,以及只备GOOSE、SV功能的采集、执行单元所在过程层；两网分别指的是站控层与间隔层之间的站控层网络、间隔层与过程层之间的过程层网络，其典型系统结构如图1所示：图1三层两网

3、在三层两网结构中，为实现组网采样数据的可靠传输，针对过程层交换机，合理规划交换机端口流量，提高各组网IED之间的通信稳定性，木文将针对交换机的几种流量控制方案进行对比，并分析静态组播、VLAN和GMRP的工程实施优缺点。1、过程层交换机概述智能变电站过程层通讯的可靠性，将直接关系到一次设备运行的可靠性，因此为消除变电站内高压电气设备运行过程中的扰动电磁波对通讯冋路的影响，过程层交换机的选择，通常会选择光纤交换机，通过光通讯，来消除电信号的不可靠性。过程层GOOSE、SV通讯是基于OSI链路层的通

4、讯，i实吋性要求高，因此过程层交换机应具备二层交换机的功能要求，同吋实现可基于MAC地址和TCP/IP的快速数据交换。由于GOOSE、SV、MMS报文共网通讯吋，根据接入交换机的IED数量的多少，总数据流量存在超出交换机最大带宽的可能性，从而造成数据丢失，因此如何通过流量控制来实现交换机带宽的有效使用，就成为工程首要解决的问题。2、交换机流量计算在计算交换机流量吋，应确保交换机的总流量不超过交换机的最大带宽。2.1GOOSE流量计算GOOSE通讯通过T0-T1-T1-T2-T3-T0的重传机制实

5、现数据的可靠传输,因此当产生一个GOOSE信号变位时，将会产生较大突发流量，例如北京220kV某新一代智能变电站，其中某220kV线路间隔的一台分相智能终端，GOOSE数据集报警信号的FCDA个数为125个，经实吋监测该数据集在交换机上的报文,获得整帧GOOSE报文长度为949Byte,则其稳态输出流量为949×8=9.04(Kbit),当模拟该数据集中的“GPS异常”信号变位吋，GOOSE报文产生突发俾输，此吋所产生的突发流量激增到949×8×5=45.2(

6、Kbit)：可见当产生一个变位信号时，瞬间突发流量将远大于稳态流量，当产生更多变位吋，流量激增将更加突出，因此对于GOOSE报文，在配置交换机时，必须考虑突发报文流量对交换机带宽所带来的影响。2.1SV流量计算SV(IEC61850-9-2)通讯采用的是非面向连接的非可靠性实吋数据传输，iL为等间隔传输，因此SV的传输流量是稳定的，不存在突发流量，根据《Q/GDW_441-2010智能变电站继电保护技术规范》6.4.6部分规定，SV输出的采样率应为4000,即每秒传输4000帧采样值。例如北京2

7、20kV某新一代智能变电站，其中某主变间隙的一台合并单元，SV输出32个采样输出通道，经实吋监测该数据集在交换机上的报文，获取该合并单元的单帧SV采样的输入报文长度为334Byte,则理论上该合并单元的SV输入流量为334×4000×8=10.19(Mbps),经10分钟吋间的监视，在采样值任意变化吋，都未产生任何突发流量，因此进一步验证了SV流量传输的稳定性。3、交换机拓扑过程层交换机在进行系统组网吋，根据《Q/GDW_441-2010智能变电站继电保护技术规范》6.2

8、.5.b)部分规定，“任两台智能电子设备之间的数据传输路由不应超过4个交换机”，因此交换机间级联吋，级联层数不应超过三层，通过工程实践，探索出的间隔交换机级联中心交换机方案，可既满足数据传输的吋延指标，也可满足传输的可靠性及相关行业标准规定。典型的过程层网络系统拓扑结构如图4所示：图4过程层网络系统拓扑4、交换机流量控制为了合理利用交换机的带宽，保证数据的可靠传输，可通过以下几种流量控制方法，来实现交换机流量的管控。4.1静态组播采用基于组播MAC地址和端UI的静态组播，是通过静态配置的方法来控