VLAN技術在智能化變電站網(wǎng)絡中的應用探討

1、 vlan技術在智能化變電站網(wǎng)絡中的應用探討 摘要：變電站作為電網(wǎng)的重要組成部分，在電網(wǎng)智能化進程中，得到越來越多的關注。以常規(guī)站為參考，討論變電站中數(shù)字化技術應用，著重介紹過程層網(wǎng)絡以及過程層vlan和gmrp組網(wǎng)技術的優(yōu)缺點。數(shù)字化變電站過程層的采樣同步依賴于高精度采樣時標，分析了時鐘系統(tǒng)異常時，對站內(nèi)智能ied設備運行狀況和性能的影響以及解決方案。電子式互感器作為智能化變電站重要組成部分，分析了vlan技術在智能化變電站的應用。關鍵詞：vlan；gmrp；時鐘系統(tǒng)；應用虛擬局域網(wǎng)vlan（virtual local area network）技術充分體現(xiàn)了現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的重要特征：高速、靈

2、活、管理簡便和擴展容易。是否具有vlan功能是衡量局域網(wǎng)交換機的一項重要指標，網(wǎng)絡的虛擬化也是未來網(wǎng)絡發(fā)展的潮流。vlan技術是通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設備邏輯地劃分成不同網(wǎng)段，從而實現(xiàn)組建虛擬工作組的技術，達到減少碰撞和廣播風暴、增強網(wǎng)絡安全性。一、概況提高電網(wǎng)運行可靠性是電力企業(yè)研究不變的宗旨，隨著電網(wǎng)技術的發(fā)展和信息交換標準的提高，iec61850標準應運而生，并迅速得到國內(nèi)電力自動化企業(yè)的一致認可及廣泛應用。智能化變電站在實現(xiàn)方式和結構上發(fā)生了很大改變，可以清晰的比較出智能化站和常規(guī)站的不同點和相似之處。智能化站在設備組成上基本和常規(guī)站類似，監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)等以常規(guī)方式接人，站控層雙網(wǎng)配置；

3、不同之處在于模擬量和開關量轉換成數(shù)字信息通過光纖傳輸，采用iec61850通信規(guī)約標準，網(wǎng)絡層獨立運行，互不干擾。隨著光纖通信技術的成熟，保證這種方式可靠運行。監(jiān)控系統(tǒng)主機、工作站、遠動主機、vqc等設備通過以太網(wǎng)連接組成過程層，基于iec一618505通信規(guī)范，建立變電站內(nèi)運行人機對話界面，實現(xiàn)對間隔層設備的監(jiān)視和控制，并可與各級調(diào)度中心、集控中心、保護信息主站通信。就站控層網(wǎng)絡而言，采用iec61850通信標準，其模型描述能力和裝置互操作性都有很大提高。保護裝置、測控裝置、計量裝置及接人的其它智能設備組成間隔層。單間隔設備有線路保護、計量裝置?？玳g隔設備包括母差保護、變壓器保護、備自投保護

4、等。所有設備要求具有按iec61850協(xié)議進行建模與站控層進行通信的功能。數(shù)字化變電站設備之間通信具有靈活的方式，如直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳等。這種方式體現(xiàn)了數(shù)字化變電站設計的靈活性，既保證保護功能可靠實現(xiàn)，又在一定程度上簡化網(wǎng)絡、節(jié)約成本。如圖所示。二、數(shù)字化變電站技術1、vlan和gmrp。在過程層goose和smv網(wǎng)絡中，站內(nèi)ied設備接入過程層交換機網(wǎng)絡，交換機需進行大量數(shù)據(jù)交換，其傳輸延時會受影響，為降低這種影響，如何對交換機設置流量，使交換機每一個數(shù)據(jù)口只傳輸相應的數(shù)據(jù)十分重要?；谶@種考慮，首先對交換機進行vlan劃分，其核心思想是：每個數(shù)據(jù)el接收到的信息都設置一個唯一標簽(稱之為p

5、vid)，然后在數(shù)據(jù)轉發(fā)時進行設置，設置轉發(fā)需要的pvid，稱之為vlan劃分，是對網(wǎng)絡進行靜態(tài)劃分。vlan還有一個優(yōu)點，就是比較靈活，劃分可以簡單也可以繁瑣，只要可以滿足運行的要求和功能就可以，這也是其目前被廣泛使用的原因。常見的交換機羅杰康、赫斯曼和南瑞繼保pcs一9882等都支持vlan功能，從現(xiàn)場運行經(jīng)驗來看，vlan功能滿足當初的設想，提高了交換機工作效率，數(shù)據(jù)傳輸可靠系數(shù)高，在現(xiàn)場使用較多，推薦使用。主要存在的問題如下。首先工作較繁瑣。其次vlan劃分要求集成商對數(shù)字化站的結構比較清楚，了解整個網(wǎng)絡設備之間接收和發(fā)送的關系。各個廠家的交換機vlan劃分方法各不相同，如赫斯曼交換機

6、一般需要設置允許發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以web網(wǎng)頁登陸，而羅杰康交換機則需設置限制發(fā)送的數(shù)據(jù)，一般需要專門的調(diào)試線串口登陸。級聯(lián)151的數(shù)據(jù)轉發(fā)處理方式也不同，國外的交換機說明書是全英文，所以vlan劃分工作要求調(diào)試人員自己去摸索?？傊?，vlan劃分工作要求調(diào)試人員對數(shù)字化技術比較精通，否則會影響到整個站的邏輯關系。vlan劃分的合理性體現(xiàn)了調(diào)試人員對數(shù)字化站的理解。gmrp組網(wǎng)在一些新建智能化變電站工程試點中，對網(wǎng)絡進行動態(tài)劃分，需要使用ied裝置的mac和端口，裝置要求支持gmrp功能，在正常運行狀態(tài)下，向網(wǎng)絡中發(fā)送查詢報文，無需對交換機進行設置。這種方式省去了對交換機劃分vlan的工作，只需在s

7、cd中設置，對裝置提出新要求，目前還在試驗階段。存在的主要問題是數(shù)字化站采用gmrp組網(wǎng)時，需要采用新的開發(fā)程序，之前的程序一般都不支持該功能，增加各個廠家的研發(fā)成本；對集成商調(diào)試人員要求降低，省去了劃分vlan的工作。由于現(xiàn)場使用較少，缺乏長期的運行經(jīng)驗，其可靠性還需進一步觀察。目前，一些廠家或一些試點工程熱衷gmrp組網(wǎng)，成熟變電站的設計思路一般還會選擇vlan劃分。2、過程層。過程層實現(xiàn)智能化站的控制和測量，把每一個智能設備作為一個led，系統(tǒng)集成商根據(jù)各廠家icd文件，分配唯一的iedname、mac地址等，通過scd配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件scd文件，按照設計進行虛端子連線，生成

8、cid文件，不需要二次修改配置，文本標準統(tǒng)一，符合61850標準的精神，并且提高了數(shù)字化站實施的效率和正確率。考慮到電子式互感器和智能開關在現(xiàn)場使用不多，主要介紹基于傳統(tǒng)互感器和開關智能化變電站過程層信息交換的過程。智能終端就地安裝，通過短距離的電纜與一次設備相連，而與二次的保護控制裝置則通過光纖通信。智能終端用軟件邏輯取代傳統(tǒng)操作箱中復雜的繼電器回路，從根本上解決了傳統(tǒng)繼電器回路中大量分立元件的電壓、功率和時延等參數(shù)離散性的影響，具有邏輯清晰、時延確定、調(diào)試維護方便等優(yōu)點。輸出模塊可以提供大量輸出接點，完成對斷路器、隔刀和地刀等一次開關設備的分合及閉鎖操作。輸入模塊提供的大量數(shù)字模擬量輸入接

9、口，就地采集斷路器和刀閘等一次設備的狀態(tài)量，省去一次設備與二次保護控制裝置之間鋪設的大量長距離電纜，降低了二次設備受電磁干擾的可能性，增強了二次設備運行的安全穩(wěn)定性。3、電子式互感器。電流及電壓互感器是為電力系統(tǒng)進行電能計量和繼電保護提供電流、電壓信號的重要設備，其性能指標直接關系到電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行，是電力系統(tǒng)電流電壓測量的基本設備。但隨著電網(wǎng)電壓等級的提高及智能化一次、二次設備的發(fā)展，傳統(tǒng)電磁式互感器的缺點越來越突出，如電氣絕緣薄弱、體積笨重、動態(tài)范圍小、存在鐵心飽和、鐵磁諧振過電壓等。電磁式互感器的輸出信號以模擬量的方式傳送，不同信號需不同電纜傳送，使用電纜較多，還需要考慮二

10、次負載情況。特別是，電流互感器鐵心飽和現(xiàn)象，已出現(xiàn)多次非故障相由飽和引起的線路保護誤動，給電網(wǎng)可靠運行帶來隱患。目前主要存在的問題是：高電壓等級(500kv及以上系統(tǒng))互感器干擾問題還需進一步研究解決，如在投運時，會因干擾導致保護無法正常工作、電子式互感器工作異常等。另外，電子式互感器一般需要通過光纜直接接人保護室，光纖的性能成為影響運行的一個重要因素，若多次出現(xiàn)由于溫度低、光纖斷裂導致數(shù)據(jù)傳輸異常的情況，一般應更換光纜，這在運行站工作量非常大，因此，應尋求一種更好的技術解決干擾問題，特殊地區(qū)需使用專門光纜，并推廣電子式互感器的使用。參考文獻：1蔣躍強，周健電網(wǎng)數(shù)字化、智能化實踐的技術要點分析j華東電力2019，37(6)：122