VLAN技术在智能变电站管理中的应用

【摘要】文章根据智能变电站的特点，提出智能变电站层网络结构中采用VLAN技术的划分方案。利用VLAN （虚拟局域网） 技术将变电站设备划分为几个虚拟局域网，通过以太网交换机使其在同一网络上实现不同网段的通信，有效地解决智能变电站中网络通信问题，最大限度提高系统数据传输效率和资源利用率。同时给出了基于工业以太网交换机进行VLAN的实际管理配置例子。

【关键词】智能变电站；VLAN；数据流

一、智能变电站网络结构

智能化变电站是构建智能电网的重要组成部分之一。随着电网的不断发展，变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，接受的信息量和实现的控制功能越来越多，对于数字化、信息化的要求越来越迫切，智能化变电站成为未来变电站发展的方向。

依据国家电网公司颁布的《110（66）kV～220kV智能变电站设计规范》，智能变电站网络可从逻辑上分为“两网”，即站控层网络和过程层网络。其中，站控层网络连接了站控层设备与间隔层设备，主要是传输站控层内部、间隔层内部、以及站控层与间隔层之间的数据信息，内容以MMS报文为主。过程层网络连接过程层设备与间隔层设备，主要是传输过程层内部、间隔层内部以及过程层与间隔层之间的数据信息，内容以GOOSE和SV报文为主。由此三层两网结构数据流如下：

而且近年来基于IEC61850标准的智能变电站建设越来越多，多数的智能变电站配置站控层、间隔层和过程层3层结构。随着对IEC61850标准研究和应用的深入以及国内各厂商基于IEC61850标准产品的丰富，特别是智能一次设备中更多的整合二次设备的功能，而且越来月来的变电站利用先进的以太网交换机信息传播技术，使智能变电站配置上采用VLAN组网技术技术上提供了可行性。

二、虚拟局域网

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。

2.1虚拟局域网VLAN（Virtual Local Area Networ）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802.1D协议的实现奠定了技术基础，提供了实现手段。

2.2VLAN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。

2.3支持IEEE802.1qVLAN协议。根据变电站自动化系统中的设备对实时性要求的高低不同，将其分组到不同的虚拟局域网（VLAN），可进一步改善系统安全性和带宽利用效率，从而进一步保证系统的实时性。

三、智能变电站过程层网络VLAN划分

3.1智能变电站VLAN网络划分方案

根据智能变电站的网络特点，为了限制过程层网络流量、增加系统灵活性、提高系统的可靠性，智能变电站的过程层网络进行VLAN划分很有必要。但目前并没有成熟的VLAN划分方案应用于智能变电站，因此本文设计根据数据流的逻辑关系划分VLAN划分方案，具体如下所述。

1、根据合并单元、智能终端、保护和测控的逻辑关系。

2、线路间隔之间的逻辑关系（联闭锁、失灵启动）

3、线路间隔与母线和主变的的逻辑关系

4、VLAN划分应满足远期扩容的需求

3.2划分实例

先将智能变电站网络按照电压等级划分成500、330，220、110、35kV等若干个区域。各个电压等级的测控，电压合并单元，故障录波，断路器测控，断路器合并单元和主变各个电压等级合并单元，网络分析仪，测控，主变录波都分别划成一个VLAN。另外需要1个实现跨间隔通信和跨层通信的VLAN；最后需要1个进行变电站层内部通信的VLAN，由于通信网络系统默认的VLAN是VLAN_1，它包含整个网络的所有设备，另外根据交换机端口要求，Trunk 端口加入的VLAN 不能是VLAN_1。所以划分VLAN从VLAN_1以后开始。

四、基于工业以太网交换机实现

4.1设置VLAN组

如图3所示。交换机有几个VLAN就有几条VLAN设置，其中VID 为VLAN标识。

4.2TXtag

考虑到由于跨交换机通信时，会有多个VLAN的报文经过交换机的同一端口进行发送和接收，必须使交换机具有判断所接受的数据属于哪个VLAN的能力，所以需要将与中央交换机端口相连接的间隔交换机端口类型设置为Trunk（发送）tagged，传送时保存VLAN信息，中央交换机相应的Trunk（接收）tagged端口判断接收到的数据属于哪个VLAN，然后再根据相应设置转发到相应的端口上。

五、结论

VLAN 技术是建立在通信技术和计算机网络技术基础之上的，只有具备完善的网络通信并有足够的带宽才能充分发挥应有的作用，智能变电站的网络通信能力需要继续建设。本文探讨了智能化变电站的VLAN划分方式， 给出了一个方案， 同时给出了基于工业以太网交换机实现的案例， 可供今后在智能化变电站建设的借鉴。

参考文献

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[2]任雁铭，秦立军，杨奇逊.IEC61850通信协议体系介绍和分析[J].电力系统自动化，2000，24（8）62-64.

[3]周莉.网络结构及交换机配置优化方案在智能变电站的应用.重庆市电机工程学会2010 年学术会议论文.

作者简介

郭宁辉，男，26岁，华北电力大学硕士研究生，研究方向为变电站自动化 继电保护。