具備IEC61850業(yè)務(wù)感知能力的智能交換機(jī)

1、2022-2-271具備IEC-61850感知能力的智能交換機(jī)2022-2-272現(xiàn)狀 繼電保護(hù)裝置對可靠性的要求和IEC-61850信息共享的本質(zhì)是當(dāng)前的主要矛盾，縱觀交換機(jī)在過程層網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實踐，有三個方面的難題亟待解決1.交換機(jī)的配置問題：靜態(tài)配置（VLAN）/動態(tài)配置（GMRP）靜態(tài)配置：依賴于繁瑣的人工配置，維護(hù)管理異常困難動態(tài)配置：IED需要支持GMRP協(xié)議，虛擬連線的動態(tài)建立導(dǎo)致故障排查比較困難。2.“網(wǎng)采網(wǎng)跳”對外部時鐘的依賴：采樣同步嚴(yán)重依賴外部同步機(jī)制，常見的同步機(jī)制包括IRIG-B，IEEE-1588對時協(xié)議。3.對網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的疑慮：單個GOOSE/SV/MMS鏈路異常可能

2、導(dǎo)致全網(wǎng)不可用2022-2-273IEC-61850的業(yè)務(wù)特點 通過分析基于IEC-61850協(xié)議的智能變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，我們認(rèn)為導(dǎo)致前面提及的3個問題的根源是通用以太網(wǎng)交換機(jī)缺乏對IEC-61850業(yè)務(wù)的感知能力。IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)下網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)特點：虛擬連線僅涉及GOOSE/SV報文,均采用L2組播機(jī)制,對實時性和可靠性要求很高M(jìn)MS通信和虛擬連線無關(guān),僅用于設(shè)備管理,采用TCP/IP協(xié)議，支持重傳機(jī)制ARP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議的補(bǔ)充,使用廣播機(jī)制智能變電站特有的SCD文件描述了該變電站的業(yè)務(wù)要求：vSCD文件描述了每個IED設(shè)備發(fā)出的GOOSE/SV的外特性，DMAC，

3、APPID，RefIDvSCD文件描述了每個IED設(shè)備應(yīng)該接收的GOOSE/SV報文，APPID，RefIDvSCD文件描述變電站IEDs間的虛擬連線,是所有搭建虛擬連線的方法的依據(jù)2022-2-274虛擬連線的搭建過程 1.識別交換機(jī)端口的IED設(shè)備2. 查找SCD文件中該設(shè)備需要的訂閱的鏈路（AppID=100)3. 查找AppID=100的發(fā)布者所在的交換機(jī)和端口4. 發(fā)現(xiàn)交換機(jī)連接拓?fù)?，選擇合適路徑(A-C)5，配置中間交換機(jī)(A,C)的轉(zhuǎn)發(fā)表實現(xiàn)虛擬連線ABCD1IED1IED22345.15.2Appid = 1002022-2-275虛擬連線的自動搭建 1) 通過SCD文件查找需

4、要訂閱的Appid2) 關(guān)聯(lián)該Appid對應(yīng)的VLAN號3) 配置接收端口和級聯(lián)端口在同一個VLAN4) 如果中間交換機(jī)存在，配置中間交換機(jī)5) 配置源頭交換機(jī)的VLAN表6) 確認(rèn)IED是否收到對應(yīng)的GOOSE/SV報文7) 重復(fù)以上過程構(gòu)建全部虛擬連接1) 下載SCD文件到交換機(jī)即可1) 繁瑣的Appid和VID的匹配2) 繁鎖的VLAN配置，復(fù)雜程度和交換機(jī)、IED設(shè)備的數(shù)量成正比3) IED端口變化涉及交換機(jī)的配置更新4) 訂閱關(guān)系變化涉及交換機(jī)的配置更改5) 配置涉及多臺交換機(jī)，維護(hù)非常困難6) 檢修，改擴(kuò)建時無法實現(xiàn)良好的隔離1) 無需配置VLAN2) 構(gòu)建的虛擬連線和SCD文件嚴(yán)

5、格一致3) 虛擬連線中斷告警功能4) 自動跟蹤IED設(shè)備的端口變化5) 自動跟蹤交換機(jī)的拓?fù)渥兓?) 具備端口和IED的鎖定/解鎖功能具備IEC-61850業(yè)務(wù)感知能力的智能交換機(jī)支持IED設(shè)備真正的即插即用即插即用常規(guī)交換機(jī)利用VLAN實現(xiàn)虛擬連線的不足：通用交換機(jī)利用VLAN實現(xiàn)虛擬連線的步驟： 具備61850業(yè)務(wù)感知的智能交換機(jī)配置：具備61850業(yè)務(wù)感知能力的交換機(jī)優(yōu)點：2022-2-276網(wǎng)絡(luò)傳輸對采樣同步的影響 無外部同步，保護(hù)裝置采樣同步的應(yīng)對措施：無外部同步，保護(hù)裝置采樣同步的應(yīng)對措施：1) 利用差值消除不同MU采樣值的固定延時2) 采用“直采直跳”消除傳輸延時的影響無外部同步

6、，網(wǎng)絡(luò)傳輸時對目前措施的影響：無外部同步，網(wǎng)絡(luò)傳輸時對目前措施的影響：1) 不影響MU采樣值的固定延時2) 交換機(jī)的存儲-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制引入了2個新的變量v 交換延時，查表，報文復(fù)制v 排隊延時，端口隊列的數(shù)量和深度2022-2-277不依賴外部時鐘的同步采樣技術(shù) 2022-2-2781G級聯(lián)，25%流量, 256字長時延精度 交換機(jī)標(biāo)記時延(ns)測試儀時延(ns)測量誤差(ns)單機(jī)時延11,73511,80065二臺級聯(lián)時延23,91024,00090三臺級聯(lián)時延35,71735,8401232022-2-279業(yè)務(wù)報文優(yōu)先級保證 通用以太網(wǎng)交換機(jī)：通過報文件自帶的優(yōu)先級標(biāo)志來確定，同一優(yōu)先級

7、報文仍需按先進(jìn)先出原則進(jìn)行排隊。僅識別優(yōu)先級標(biāo)志，不區(qū)分業(yè)務(wù)具備IEC-61850感知能力的交換機(jī)：為重要業(yè)務(wù)類型報文預(yù)留有專屬資源，確保重要業(yè)務(wù)報文的實時、可靠送達(dá)。識別優(yōu)先級標(biāo)志，同時識別業(yè)務(wù)報文（如跳閘報文），區(qū)別對待跳閘報文和其它同優(yōu)先級的快速GOOSE報文進(jìn)同一隊列，仍需排隊等待，當(dāng)隊列過長時將影響跳閘報文的實時性，嚴(yán)重時可能造成報文丟失。為重要業(yè)務(wù)的跳閘報文預(yù)留有專屬資源（隊列）并啟動專屬Q(mào)oS，確保任何情況下重要業(yè)務(wù)報文的實時性可靠性。具備IEC-61850感知能力的智能交換機(jī)能夠更好的保證重要業(yè)務(wù)報文的實時性、可靠性。目的端口快速GOOSE1快速GOOSE2快速GOOSEN快速

8、GOOSE（跳閘）目的端口快速GOOSE1快速GOOSE2快速GOOSEN快速GOOSE（跳閘）2022-2-2710業(yè)務(wù)隔離功能 通用以太網(wǎng)交換機(jī)：在“多網(wǎng)合一”共網(wǎng)傳輸中，GOOSE、SV等多種類型報文在同一物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸，由于資源競爭而造成的不同類報文的相互影響，如GOOSE報文流量的驟增將占用交換機(jī)多的物理資源，從而影響SV報文的正常傳輸，造成延時增加或丟包。具備IEC-61850感知能力的智能交換機(jī)：通過增強(qiáng)型標(biāo)簽技術(shù)和端口虛擬加權(quán)，對不同報文類型劃分邏輯子網(wǎng)，對不同邏輯子網(wǎng)分配相互獨立的物理資源，實現(xiàn)的邏輯子網(wǎng)的相互隔離，一種類型報文的流量驟增不影響其它類型報文的正常傳輸。2022

9、-2-2711端口邏輯隔離功能 虛擬端口加權(quán)：虛擬端口加權(quán)：1、交換機(jī)交換機(jī)端口端口port，為，為IED物理接口，物理接口，一個端口接一個一個端口接一個IED。2、一層虛擬加權(quán)端口采用、一層虛擬加權(quán)端口采用子隊列映射子隊列映射技術(shù)技術(shù)，可映射為多個子，可映射為多個子端口端口subport，子端口對應(yīng)邏輯子網(wǎng)子端口對應(yīng)邏輯子網(wǎng)劃分。劃分。3、二層虛擬加權(quán)端口為、二層虛擬加權(quán)端口為種類種類class，每，每個子端口映射個子端口映射為為多多個個class，每個，每個class與對應(yīng)優(yōu)先級報文匹配。與對應(yīng)優(yōu)先級報文匹配。邏輯端口隔離功能為“多網(wǎng)合一，共網(wǎng)傳輸”提供了可靠的技術(shù)保證。2022-2-27

10、12多層級流量控制與風(fēng)暴抑制 普通交換機(jī)：僅支持基于物理端口的流量控制。具備IEC-61850感知能力的智能交換機(jī)：1)基于物理端口的流量控制；2) 基于業(yè)務(wù)類型的流量控制，如按GOOSE/SV/MMS進(jìn)行 流量控制；3) 基于虛擬回路的流量控制，對每一條虛擬二次回路的流量進(jìn)行實是時監(jiān)控。更多的流量控制手段能更好的保證全網(wǎng)的安全可靠，同時快速定位故障并將故障隔離在最小范圍。2022-2-2713IED識別與端口綁定 1、支持IED設(shè)備的智能識別，實現(xiàn)IED設(shè)備在任何物端口的“即插即用”，所有設(shè)備可以就近接入全網(wǎng)交換機(jī)的任意端口，方便調(diào)試和工程布線。2、調(diào)試完成后可以將IED設(shè)備與交換機(jī)物理端口

11、進(jìn)行綁定，并在錯接端口時進(jìn)行告警提醒。高度的智能化將讓復(fù)雜的工作變得更簡單。加載SCD文件2022-2-2714延時報告與實時流量監(jiān)測 實時報出每一條虛擬回路的交換延時和流量2022-2-2715可視化的監(jiān)控管理2022-2-2716可視化的監(jiān)控管理2022-2-2717可視化的監(jiān)控管理2022-2-2718客戶利益 設(shè)計階段：v支持交換機(jī)的靈活配置，不再拘擬按間隔配置交換機(jī)，所有設(shè)備可以就近接入任意交換機(jī)的任意端口；v無需提供VLAN及組播信息表，交換機(jī)將根據(jù)SCD文件自動生成配置文件并完成所有配置工作；調(diào)試階段：v支持IED設(shè)備的即插即用，設(shè)備可以根據(jù)工程方便就近接入交換機(jī)；v極大的簡化的交換機(jī)的現(xiàn)場配置，無需再進(jìn)行VLAN、組播地地址等復(fù)雜配置，只需簡單操作即可完成；v支持臨時增加發(fā)布/訂閱關(guān)系，方便現(xiàn)場調(diào)試；運維階段：v貼近電力描述習(xí)慣的圖形化監(jiān)控界面，全透明展示網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，包括：q網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)及通訊狀態(tài)（如流量、時延等）q交換機(jī)端口所連接的設(shè)備名稱及運行狀態(tài)（如流量、時延等）q交換端口所承載的每條虛擬回路及運行狀態(tài)（如流量、時延等）q所有虛擬連線的運行狀態(tài)回路v實時監(jiān)測每條鏈路的運行狀態(tài)并報告異常情況，如鏈路流量突增、時延增大、發(fā)現(xiàn)異常報文等。2022-2-2719廣州思唯奇科技廣州思唯奇科技IEC-61850的業(yè)務(wù)感知 19寸1U 16個千兆