智能变电站交换机及组网方案v3.pptx

1、www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information1胡胡 俊俊&周佳周佳华加拿大加拿大罗杰康公司杰康公司2011-12智能变电站交换智能变电站交换机及机及组网方案组网方案www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information2智能智能变电站站与以太网交与以太网交换机机智能智能变电站自站自动化系化系统网网络设计工程工程实例例Q&A主题主题www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Propri

2、etary&Confidential Information3智能变电站与数字化变电站智能变电站与数字化变电站q智能化智能化变电站与数字化站与数字化变电站是智能站是智能电网的网的关关键节点；点；q数字化数字化变电站的特征是一次站的特征是一次设备数字化、二数字化、二次次设备网网络化、通信化、通信规约标准化；准化；q智能智能变电站是采用先站是采用先进、可靠、集成、低碳、可靠、集成、低碳、环保的智能保的智能设备，以全站信息数字化、通信，以全站信息数字化、通信平台网平台网络化、信息共享化、信息共享标准化准化为基本要求，基本要求，自自动完成信息采集、完成信息采集、测量、控制、保量、控制、保护、计量和量和

3、监测等基本功能，并可根据需要支持等基本功能，并可根据需要支持电网网实时自自动控制、智能控制、智能调节、在、在线分析决策、分析决策、协同互同互动等高等高级功能的功能的变电站。站。q基于基于IEC61850标准的准的变电站网站网络通信是最大通信是最大的共同点。的共同点。www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information4智能化变电站二次系统智能化变电站二次系统站控层网络站控层网络IEC 61850-8-1过程层网络过程层网络 IEC 61850-9-2www.RuggedCCopyright RuggedC

4、om Inc.Proprietary&Confidential Information5智能化变电站交换机的作用智能化变电站交换机的作用交换CT 和VT 的采样测量值；保护和控制 I/O 数据的快速交换；控制和跳闸信号；工程和配置；监控和管理；控制中心之间通信；时间同步，依同步精度要求不同分别采用NTP和PTP时钟同步协议；计量；故障记录和网络分析；其他功能，如资产管理等。以太网交换机所带来的高速的数据共享和数据交换使得IEC61850变电站中的智能电子设备(IED)可以集成更多更高级的功能，从而使得变电站的二次系统成为一个智能化分布式控制系统。www.RuggedCCopyright Rug

5、gedCom Inc.Proprietary&Confidential Information6智能变智能变电站对以太电站对以太网交换机的网交换机的要求要求高可靠性（MTBF 106 hours）高可用性 99.999%快速网络自愈（eRSTP、MSTP、HSR）GOOSE报文要求小于3ms的网络延时（包括IED的处理时间）精确时钟同步PTP（1000帧/s传输各种帧长数据时交换机固有时延应 10s交换机在全线速转发条件下丢包（帧）率为零支持虚拟局域网VLAN，IEEE 802.1p 流量优先级控制标准，快速生成树协议RSTP或多生成树协议MSTP，网络风暴抑制，GMRP组播协议，简单网络管理

6、协议SNMP，通信安全等 交换机主要网络性交换机主要网络性能要求能要求www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information16过程层网络：过程层网络：GOOSE与与SMVwww.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information17IEC61850建议的建议的MAC地址取值范围地址取值范围IEC61850建议的取值范围建议的取值范围服务开始地址（16进制）结束地址（16进制）GOOSE01-0C-CD-01-00-0001

7、-0C-CD-01-01-FFSMV01-0C-CD-04-00-0001-0C-CD-04-01-FFIEC61850标准中各种服务类型的报文均使用组播MAC地址。交换机在缺省情况下会将组播报文全网广播，这虽然能保证报文传输的实时性，但是这也造成装置收到大量与自身无关的报文，特别是网络中有SMV报文时，往往会造成装置过载。www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information18以每周波80点采样为例，按照IEC61850-9-1传输方式，将采样值（SV）信号和开入开出信号并为一帧发送，其占用的网络带宽为

8、：SR TL nMU其中SR为采样速率（Hz）TL为最大报文长度，即26个字节以太网报头+4个字节优先级标签+8个字节以太网型PDU+2个字节ASN.1标记/长度+2个字节块的数目+46个字节通用数据集+23个字节状态量=111个字节，111字节8位=888位，888位+96位帧间隔=984位nMU为所连接的合并单元（MU）的数目所以SRTLnMU=(8050Hz)984BitnMU=3.936 nMU Mbps对于一个100M的以太网络，一台MU做占用网带宽以达到4左右，而通常母差和变压器等保护装置需要多个MU，所占用的带宽往往需要会成倍增加。过程层网络负荷过程层网络负荷www.Rugged

9、CCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information19组播与组播与MAC地址地址报文的目的地址分为：单播：一对一广播：一对全部组播：一对多MAC地址第一个字节的最后一位如果是“1”，即表示组播交换机缺省情况下会将组播报文广播到同一局域网的所有端口www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information20VLAN 1VLAN 2TTRR什么可以限制组播什么可以限制组播?VLAN可以限制组播，但装置可能还会收到无用的组播静态组播过滤GMRP

10、 或 IGMP 组播过滤IEDIEDIEDIEDIEDMUGOOSESMVwww.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information21VLAN标签标签DataVariable Length46-1500 BytesType2 BytesSource MAC6 BytesDest.MAC6 BytesPreamble8 ByesFCS4 BytesType4 BytesTPIDTCIUserPriority3bitTag Protocol ID0 x810016bitCFI1bitVLANID12bitTPID

11、=Tag Protocol IdentifierTCI=Tag Control InformationCFI=Canonical Format Indicator带优先级的以太网帧最大帧长度-1522 字节（增加了4 个字节）www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information22为报文指定VLAN ID的方式有两种：1.设置交换机端口的PVID，使装置发出的VLAN ID=0的报文关联上PVID2.在装置中设置报文的VLAN ID，即装置发出的报文中已经包含了一个非零的VLAN ID，而交换机所有端口的

12、PVID一般保留缺省值1；随后通过在交换机中设置静态VLAN的FORBIDDEN规则，实现组播报文的隔离。以上两种方法通常可以达到相同的组播报文隔离效果。第一种方法实施简单，因为无需对装置做VLAN配置。但在实际应用中，第二种方法是适应性更好。因为智能变电站中越来越多地使用IEC61588对时技术，而根据标准，要求对时装置间发出的PTP报文应在一个同一个VLAN中。如果采用上述方案二，即端口的PVID不同，会使PTP报文不能正常交互。另外在实际应用中也发现，方法一会增加交换机的CPU负载，对PTP对时精度稍有影响。VLAN IDwww.RuggedCCopyright RuggedCom In

13、c.Proprietary&Confidential Information23什么是VLAN？Virtual LAN:一个独立的以太网，它与其它网络共用相同的硬件允许不同位置的多个设备同时工作，就象在不同的局域网上一样每个VLAN作为一个独立的广播域IEEE 802.1Q 标准定义了 tagged 帧格式，允许多个VLAN在一个主干上传输VLAN之间的数据通信需要采用路由器为什么需要为什么需要VLAN？大量的广播数据浪费了大量带宽VLAN减少了广播流量隔离带有关键实时数据的IEDs这些设备不需要处理无关的数据包隔离产生大量数据输出的设备61850-9-2过程总线和视频监控设备可能产生大量的数

14、据流VLAN将他们隔离安全VLANs将数据流限制在需要它的工作站上 不能被监听一般来讲，每个VLAN有自己的IP子网VLAN(802.1Q)www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information24VLAN 举例举例12345131415161234513141516VLAN 1VLAN 2VLAN 3VLAN 2VLAN 3VLAN 1VLAN TRUNKVLAN TRUNKwww.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Inform

15、ation25静静态组态组播过滤播过滤System Name Static Multicast Groups 10 ALARMS!MAC Address VID CoS Ports 01-0C-CD-04-00-05 1 Normal 14 01-0C-CD-04-00-06 1 Normal 14 01-0C-CD-04-00-07 1 Normal 11 01-0C-CD-04-00-09 1 Normal 11 01-0C-CD-04-00-0A 1 Normal 11 01-0C-CD-04-00-0B 1 Normal 11,15 01-0C-CD-04-00-0C 1 Normal

16、 11,15 Z-Help S-Shell D-PgDn U-PgUp I-Insert L-Delete静态地址表是通用性最好的隔离组播的方法，但填写MAC地址是很繁琐事情，一般只在智能装置不支持VLAN时使用。www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information26动态组播过滤动态组播过滤GMRPGMRP是GARP Multicast Registration Protocol（GARP组播注册协议）的缩写，是一种数据链路层的组播过滤协议，非常适合变电站过程层GOOSE和SV等组播报文的过滤在支持GMRP的交换机和装置间传输组播注册信息，动态维护组播地址表GMRP可以大大简化智能变电站内交换机配置www.RuggedCCopyright RuggedCom Inc.Proprietary&Confidential Information27动态组播过滤动态组播过滤GMRP为了适应智能变电站故障录波、报文记录仪等设备，需要对GMRP协议做以下的优化：交换机的全局GMRP=off-组播被广播到交换