VLAN技术在智能化变电站网络中的应用
虚拟局域网vlan（virtual localarea networ）技术充分体现了现代网络技术的重要特征：高速、灵活、管理简便和扩展容易。是否具有vlan功能是衡量局域网交换机的一项重要指标，网络的虚拟化也是未来网络发展的潮流。vlan技术是通过将局域网内的设备逻辑地划分成不同网段，从而实现组建虚拟工作组的技术，达到减少碰撞和广播风暴、增强网络安全性，并为802.1p协议的实现奠定了技术基础，提供了实现手段。
交换机在网络中占据着绝对的位置，所以从某种意义上来说，交换机的性能与成本决定了网络的性能与成本。目前10/100m自适应网络交换机是市场的主流，1000m网络交换机由于成本原因没有得到大面积推广。智能化变电站过程层网络信息数据总量十分可观，但大部份信息数据不需要横向流通，在过程层网络中采用vlan组网技术，为100m以太网交换机在智能化变电站组网中的应用奠定了理论基础，既降低了组网成本，又满足了网络安全、可靠性。
1 数字化变电站的通信要求
iec61850标准把变电站自动化系统从功能逻辑上分配为三层（站层、间隔层、过程层）。这些层及逻辑接口的逻辑关系如图1所示。
根据iec61850-7-1标准，过程层和间隔层采用iec61850-9-1/2协议和goose协议通信，间隔层装置和站控层采用iec61850-8-1（mms）通信。iec61850-9-1采用点对点传送方式，只需考虑传送介质的带宽和接受方cpu处理数据的能力，而不用担心数据流量对于其他间隔设备传输的影响，因为它并没有通过网络与其他间隔共享网络带宽，所以不需要交换机。这种方式简单可靠，但光纤连线繁杂，无法在标准范围内实现跨间隔保护，安装方式不灵活。而iec61850-9-2方式将合并器采样数据信号以光纤方式接入过程层网络，间隔层保护、测控、计量等设备不再与合并器直接相连，通过过程层网络获取信息数据，从而达到采样信号的信息共享。通过在交换网络中采用网络优先级技术、vlan技术、组播技术等网络技术有效的防止采样值传输流量、速度对过程层网络地影响，保证过程层数据在100m以太网上安全、高效、有序传输。
iec61850-3部分定义了变电站自动化系统（sas）站内智能电子设备（ied）之间的通信及相关系统要求，对站内设备监视、配置和控制的通信系统的可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性等性能提出了要求。为了满足这些要求，设备间通讯依靠基于iec61850标准的100-mbit/s光纤以太网实现，过程层设备通过过程级总线互联，间隔层设备通过站级总线互联。
网络交换机要求具备以下管理功能：
可靠性符合iec61850-3标准
交换机支持多环组网方案
高速erstp环网冗余技术，每台交换机的恢复时间《5ms
zero-packet-loss零丢包技术
宽温度范围
超强的抗电磁干扰能力
mtbf长，保证了高可用性
支持802.1qvlans
支持802.1p协议
2 单间隔传输流量计算和vlan解决方案
2.1 传输流量计算
因为不同间隔间需要共享部分信息，而不是全部信息，因此将全站过程层交换机经过主干交换机进行星型模式级联，如图2所示。如果不对间隔层交换机流出数据进行流量控制，主干网交换机很容易流入流量超负荷的情况，使网络产生阻塞甚至瘫痪。我们对单个间隔的smv数据流量及goose数据流量进行理论计算和实际测试，结果基本一致。
iec61850-9-2工程中实际最大报文长度（svld为变长量），单间隔smv理论计算流量：按照每帧1点（12个模拟量通道）计算，一个合并器每秒种的数据流量：
s=159字节×8bit/字节×50周波/s×80点/周波=5.088mbit/s;
单间隔实际测试smv流量和理论计算数据相当。
goose工程中实际最大报文长度：
按照t0=10s计算，一个智能设备每秒种的数据流量：
s=6016字节×8bit/字节×（1s/10）帧=0.048mbit/s;
交换机数据吞吐总量由流入交换机的数据决定，理论上流入数据都可以正确流出，只是数据流量的大小决定了网络（延时）性能。主干网交换机上流入的数据主要是跨间隔保护需要的数据，如失灵保护、母线保护等需要的数据。按照单位间隔估算，如smv数据中的保护电流、goose数据等。由于goose信息流量和smv相比可以忽略不计，所以流入主干网交换机的数据相当于间隔交换机的三分之一，按照理论计算数据为1.6mbit/s。所以主干网交换机除了在交换口数量上要满足工程选型外，对于一般规模的智能化变电站都可以满足容量的要求。
2.2 vlan解决方案
上述已经明确了网络上需要横向传输的数据并不是全部数据，而是跨间隔保护或者其它设备需要的一部分，所以必须采用vlan方案，即802.1p协议使其横向通过需要的数据，不需要共享和跨间隔利用的数据就在本间隔纵向流通即可。其次数据流通需要优先级区分，iec61850规范对变电站内的网络上的数据进行了详细的划分，根据网络信息的不同需求和要求，给予不同的报文不同的优先级。
2.2.1 vlan划分的几种模式
基于端口的vlan
基于mac地址的vlan
基于路由的vlan
基于策略的vlan
基于端口的vlan划分模式是最简单、有效的方法，在智能化变电站网络中得到了充分有效的应用。基于端口的vlan模式是从逻辑上把交换机按照端口划分成不同的虚拟局域网络，使其在所需用的局域网络上流通。
2.2.2 过程层网络vlan划分原则
对于采样值的处理：
电流合并器和其对应的装置应该划分到一个vlan，且全站唯一;电流合并器应和其所在母线上的全部需要电压的装置划分为一个vlan且全站唯一。
goose信息的处理：
采用iec61850-9-2方式，对全站goose信息统一分配一个vlan，且全站唯一。当采用iec61950-9-2方式时，考虑到和采样值相比较，goose的信息量非常少，不对其划分vlan也不会对网络性能造成太大影响。
对时报文处理：
统一分配一个vlan，默认为vlan1。
2.2.3 过程层网络vlan划分方法
按照间隔划分vlan，是过程组网的基本原则，每个间隔划成一个vlan。如110kv线路间隔、110kv分段间隔、110kvpt测控间隔、主变间隔、10kv线路间隔、10kv分段间隔、10kvpt测控间隔、电容器间隔、电抗器间隔、所用变间隔等。如果10kv线路的间隔比较多（例如50多个），而所用交换机支持的最大vlan个数又比较有限（如ruggedcom型号交换机支持64个vlan），可以一段母线或者多条线路间隔划为1个vlan，以满足交换机的本身参数要求。如图3所示，某变电站的vlan示意图。
2.2.4 线路间隔解决方案
3 结论
本文通过对vlan技术的说明以及数字化变电站系统和站内智能电子设备ied通信及相关的系统要求，系统地论述了vlan技术在数字化变电站中的应用情况。经过数字化变电站实际运行，采用iec61850-9-2规约和vlan方案配置，具有光纤连线简洁，便于实现跨间隔保护，安装方式灵活，运行维护简单，其通信可靠性，简单性、安全性、数据完整性以及其他性能要求均完全符合iec61850的要求。
一个世界级智能装备产业集群的雏形
Java反序列化回显方法
mos管旁边为什么要并以二极管？有何作用呢？
电容式触摸感应按键设计方案
aigo国民好物双十一战报：固态硬盘产品销售额同比翻400倍
VLAN技术在智能化变电站网络中的应用
一文看懂配电变压器的分类安装与供配方式
小米米家推出智能晾衣机
单反相机
综合气象传感器技术参数有哪些?
控制结构、顺序结构和公式节点
大圆柱电池或是电动车最佳选择
还在为3.8节礼物发愁 下面性价比高的蓝牙耳机解决你的烦恼
类I2C介绍及应用注意事项
基于SA-1110微处理器实现网络实时监控系统的设计方案
GAT模型如何来编码依存关系
传统的石化巨头投资新能源汽车 加油站＋充电桩并非想象中那样简单
Arphic加入MIPS联盟计划，为MIPS全球授权客户提供
基于紫光同创FPGA的EtherCAT方案可实现满足大面积口罩需求
dfrobotDF9GMS 360度微型舵机简介
交换机在网络中占据着绝对的位置，所以从某种意义上来说，交换机的性能与成本决定了网络的性能与成本。目前10/100m自适应网络交换机是市场的主流，1000m网络交换机由于成本原因没有得到大面积推广。智能化变电站过程层网络信息数据总量十分可观，但大部份信息数据不需要横向流通，在过程层网络中采用vlan组网技术，为100m以太网交换机在智能化变电站组网中的应用奠定了理论基础，既降低了组网成本，又满足了网络安全、可靠性。
1 数字化变电站的通信要求
iec61850标准把变电站自动化系统从功能逻辑上分配为三层（站层、间隔层、过程层）。这些层及逻辑接口的逻辑关系如图1所示。
根据iec61850-7-1标准，过程层和间隔层采用iec61850-9-1/2协议和goose协议通信，间隔层装置和站控层采用iec61850-8-1（mms）通信。iec61850-9-1采用点对点传送方式，只需考虑传送介质的带宽和接受方cpu处理数据的能力，而不用担心数据流量对于其他间隔设备传输的影响，因为它并没有通过网络与其他间隔共享网络带宽，所以不需要交换机。这种方式简单可靠，但光纤连线繁杂，无法在标准范围内实现跨间隔保护，安装方式不灵活。而iec61850-9-2方式将合并器采样数据信号以光纤方式接入过程层网络，间隔层保护、测控、计量等设备不再与合并器直接相连，通过过程层网络获取信息数据，从而达到采样信号的信息共享。通过在交换网络中采用网络优先级技术、vlan技术、组播技术等网络技术有效的防止采样值传输流量、速度对过程层网络地影响，保证过程层数据在100m以太网上安全、高效、有序传输。
iec61850-3部分定义了变电站自动化系统（sas）站内智能电子设备（ied）之间的通信及相关系统要求，对站内设备监视、配置和控制的通信系统的可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性等性能提出了要求。为了满足这些要求，设备间通讯依靠基于iec61850标准的100-mbit/s光纤以太网实现，过程层设备通过过程级总线互联，间隔层设备通过站级总线互联。
网络交换机要求具备以下管理功能：
可靠性符合iec61850-3标准
交换机支持多环组网方案
高速erstp环网冗余技术，每台交换机的恢复时间《5ms
zero-packet-loss零丢包技术
宽温度范围
超强的抗电磁干扰能力
mtbf长，保证了高可用性
支持802.1qvlans
支持802.1p协议
2 单间隔传输流量计算和vlan解决方案
2.1 传输流量计算
因为不同间隔间需要共享部分信息，而不是全部信息，因此将全站过程层交换机经过主干交换机进行星型模式级联，如图2所示。如果不对间隔层交换机流出数据进行流量控制，主干网交换机很容易流入流量超负荷的情况，使网络产生阻塞甚至瘫痪。我们对单个间隔的smv数据流量及goose数据流量进行理论计算和实际测试，结果基本一致。
iec61850-9-2工程中实际最大报文长度（svld为变长量），单间隔smv理论计算流量：按照每帧1点（12个模拟量通道）计算，一个合并器每秒种的数据流量：
s=159字节×8bit/字节×50周波/s×80点/周波=5.088mbit/s;
单间隔实际测试smv流量和理论计算数据相当。
goose工程中实际最大报文长度：
按照t0=10s计算，一个智能设备每秒种的数据流量：
s=6016字节×8bit/字节×（1s/10）帧=0.048mbit/s;
交换机数据吞吐总量由流入交换机的数据决定，理论上流入数据都可以正确流出，只是数据流量的大小决定了网络（延时）性能。主干网交换机上流入的数据主要是跨间隔保护需要的数据，如失灵保护、母线保护等需要的数据。按照单位间隔估算，如smv数据中的保护电流、goose数据等。由于goose信息流量和smv相比可以忽略不计，所以流入主干网交换机的数据相当于间隔交换机的三分之一，按照理论计算数据为1.6mbit/s。所以主干网交换机除了在交换口数量上要满足工程选型外，对于一般规模的智能化变电站都可以满足容量的要求。
2.2 vlan解决方案
上述已经明确了网络上需要横向传输的数据并不是全部数据，而是跨间隔保护或者其它设备需要的一部分，所以必须采用vlan方案，即802.1p协议使其横向通过需要的数据，不需要共享和跨间隔利用的数据就在本间隔纵向流通即可。其次数据流通需要优先级区分，iec61850规范对变电站内的网络上的数据进行了详细的划分，根据网络信息的不同需求和要求，给予不同的报文不同的优先级。
2.2.1 vlan划分的几种模式
基于端口的vlan
基于mac地址的vlan
基于路由的vlan
基于策略的vlan
基于端口的vlan划分模式是最简单、有效的方法，在智能化变电站网络中得到了充分有效的应用。基于端口的vlan模式是从逻辑上把交换机按照端口划分成不同的虚拟局域网络，使其在所需用的局域网络上流通。
2.2.2 过程层网络vlan划分原则
对于采样值的处理：
电流合并器和其对应的装置应该划分到一个vlan，且全站唯一;电流合并器应和其所在母线上的全部需要电压的装置划分为一个vlan且全站唯一。
goose信息的处理：
采用iec61850-9-2方式，对全站goose信息统一分配一个vlan，且全站唯一。当采用iec61950-9-2方式时，考虑到和采样值相比较，goose的信息量非常少，不对其划分vlan也不会对网络性能造成太大影响。
对时报文处理：
统一分配一个vlan，默认为vlan1。
2.2.3 过程层网络vlan划分方法
按照间隔划分vlan，是过程组网的基本原则，每个间隔划成一个vlan。如110kv线路间隔、110kv分段间隔、110kvpt测控间隔、主变间隔、10kv线路间隔、10kv分段间隔、10kvpt测控间隔、电容器间隔、电抗器间隔、所用变间隔等。如果10kv线路的间隔比较多（例如50多个），而所用交换机支持的最大vlan个数又比较有限（如ruggedcom型号交换机支持64个vlan），可以一段母线或者多条线路间隔划为1个vlan，以满足交换机的本身参数要求。如图3所示，某变电站的vlan示意图。
2.2.4 线路间隔解决方案
3 结论
本文通过对vlan技术的说明以及数字化变电站系统和站内智能电子设备ied通信及相关的系统要求，系统地论述了vlan技术在数字化变电站中的应用情况。经过数字化变电站实际运行，采用iec61850-9-2规约和vlan方案配置，具有光纤连线简洁，便于实现跨间隔保护，安装方式灵活，运行维护简单，其通信可靠性，简单性、安全性、数据完整性以及其他性能要求均完全符合iec61850的要求。
一个世界级智能装备产业集群的雏形
Java反序列化回显方法
mos管旁边为什么要并以二极管？有何作用呢？
电容式触摸感应按键设计方案
aigo国民好物双十一战报：固态硬盘产品销售额同比翻400倍
VLAN技术在智能化变电站网络中的应用
一文看懂配电变压器的分类安装与供配方式
小米米家推出智能晾衣机
单反相机
综合气象传感器技术参数有哪些?
控制结构、顺序结构和公式节点
大圆柱电池或是电动车最佳选择
还在为3.8节礼物发愁 下面性价比高的蓝牙耳机解决你的烦恼
类I2C介绍及应用注意事项
基于SA-1110微处理器实现网络实时监控系统的设计方案
GAT模型如何来编码依存关系
传统的石化巨头投资新能源汽车 加油站＋充电桩并非想象中那样简单
Arphic加入MIPS联盟计划，为MIPS全球授权客户提供
基于紫光同创FPGA的EtherCAT方案可实现满足大面积口罩需求
dfrobotDF9GMS 360度微型舵机简介