摘要：在智能变电站的通信网络中，工业级交换机有重要应用，且需满足智能变电站的数据传输和信息集成要求。本文将对工业级交换机在智能变电站中的应用进行分析，首先分析了智能变电站的通信网络需求，并对电力工业级交换机进行简单介绍，在此基础上，探讨工业级交换机的具体应用，包括功能需求分析、组网方式和过程层组网原则。
关键字：工业级交换机；智能变电站；应用策略
前言：目前智能变电站多采用合并单元为过程层的数字化采集和数据传输提供支持，基于GOOSE报文传输的以此设备状态以及控制命令，完成数据采集与传输。工业级交换机的应用除了要承担智能变电站的一般通信业务，还要作为联系一次设备和二次设备的中枢设备，这对其使用功能和性能，以及运行可靠性都提出了较高要求。有必要对工业级交换机在智能变电站的具体应用进行分析，为其通信系统组网建设提供参考。
一、电力工业级交换机概述
在智能变电站通信网络中，普遍采用三层结构，即变电站层、间隔层、过程层的结构模式。通信网络的基本任务是为变电站运行过程中的数据从埃及、内部数据传输、系统间实时数据交换提供支持。从智能变电站运行过程来看，其保护系统、计量系统、测控和监控系统、远动系统等均在同一个通信网络下进行数据信号的接收，并发送控制指令，包括电压信号、电流信号和状态信号等。从通信角度来看，在数据传输过程中，由于智能变电站通信网络中包含MMS、SMV和GOOSE三种网络，且采用GOOSE以实现一次和二次设备在以太网中的信息数据传输。数据流在具体运行方式下，传输相应速度、优先级等都具有不同要求[1]。
要实现智能变电站通信系统的数据共享和信息集成，必须满足IEC61850系列标准，同时为各种智能电子设备通信接口提供支持。在变电站自动化系统的传输信息量不断增加情况下，通信网络要有足够的空间和运行速度，满足各种报文数据的存储传输需求。因此，工业级电力交换机在智能变电站中的应用，需要做好功能和性能需求分析，并采取合理的组网方式。工业级交换机及其组网方式如图1所示。
图1 工业级交换机及其组网方式示意图
二、工业级交换机在智能变电站中的具体应用
（一）功能需求分析
根据《智能变电站技术导则》的相关要求，在智能变电站建设过程中，承载通信网络的工业级交换机需要满足以下几点功能需求：
（1）信息传输的高性能需求，支持IEEE802.3x以太网协议，确保双向数据收发，满足高优先级用户的数据优先传输需求，根据该协议标准，可设置QOS服务质量标识，采取流量分配原则，设置权重，进行数据优先转发；
（2）网络流量控制性能料号，在虚拟局域网和多播过滤技术的支持下，对通信区域进行划分，防止广播风暴，实现安全隔离。其中虚拟局域网技术基于端口、MAC地址和协议实现，主流标准为IEEE802.1Q；
（3）冗余网络需求，根据IEEE802.1D的生成树STP协议，以及IEEE802.1W的快速生成树RSTP协议，亲着生成树收敛时间为60s左右，后者收敛时间为1~10s，且随技术发展，逐渐向毫秒级进军；
（4）网络监听和故障诊断需求，主要采用SNMP协议对交换机端口进行监控，并具备划分WLAN、设置Trunk端口等功能；
（5）高精度网络对时协议的要求，在IEEE1588协议下，采用软硬件配合方式，时间同步精度达到亚微秒级，支持E2E和P2P透明时钟技术。
此外，工业级交换机还要满足绝缘条件、机械性能、低气压条件、散热设计、电源管理、外壳防护、电磁兼容条件以及苛刻环境下的稳定运行要求[2]。
（二）组网方式
智能变电站的三层组网结构分别具有不同的功能，其中站级控制层通过人机交互界面，对间隔层与过程层的设备进行管理控制，是全站的监控中心，与远方监控调度中心进行通信。间隔层主要由若干个二次子系统构成，能够在站控层失效的情况下，继续对间隔层的设备进行就地监控，主要由计量装置、测控装置、保护装置和集中处理装置等组成。过程层是底层数据采集层，负责采集实时运行电气量，对设备运行状态进行检测，同时执行控制命令。过程层主要有智能终端、数字互感器和合并单元等部分组成。
基于上述工业交换机功能性能需求分析结果，在组网过程中，采用高速以太网进行通信，主要采用IEC61850和DL/T860系列协议。站控层的网络设备通过通信网络与其他设备和间隔设备进行通信，主要采用MMS报文和GOOSE报文进行数据传输，110kV及以下的智能变电站可以采用单星型的网络拓扑结构。220kV及以上的变电站则采用冗余网络，可设置为单环型或双星型网络结构。过程层网络主要通过网络设备与本间隔的其他设备进行通信，也需要与工程层和站控层的设备进行通信传输。主要采用SV报文和GOOSE报文。在智能终端IED设备为双重化配置下，过程层网络也要进行双重化配置。根据各组网方式的优缺点比较和各层网络的功能需求，灵活配置网络形成，一般可采用混合使用方式。
（三）过程层组网原则
过程层组网对于整个智能变电站通信系统的运行以及自动化系统的功能发挥有重要影响，是连接间隔层、过程层设备的桥式中枢网络。过程层网络传输数据主要包括采样值SMV、IEEE1588精密时钟协议下的同步报文，面向对象变电站通用事件GOOSE报文等。在组网过程中要注意以下问题：（1）GOOSE和SV网络要按电压等级进行分别组网；（2）SV数据应采用点对点方式接入保护设备；（3）保护装置与智能终端采用GOOSE点对点通信；（4）保护装置之间采用GOOSE组网方式通信；（5）任意两台IED之间通信路径不能超过4台交换机，从而保证较小的时延。
结束语：综上所述，工业级以太网交换机在智能变电站通信系统中有重要应用，通过对智能变电站通信系统的组网特点和实际需求进行分析，可以明确工业级交换机应满足的功能性能需求。在此基础上，通过采用合理的组网方式，明确各层网络的组网原则和通信方式，可以为整个智能变电站的通信效率提供保障。
参考文献：
[1]刘莉莉.浅析工业级以太网交换机发展现状及应用[J].计算机光盘软件与应用,2014,17(04):288-289.
[2]刘奎民.工业级交换机在智能变电站中的应用[J].价值工程,2012,31(27):96-97.
论文作者:王悦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/12
标签：变电站论文; 交换机论文; 智能论文; 工业论文; 报文论文; 需求论文; 通信论文; 《电力设备》2018年第4期论文;