一种数字化变电站分组化通信解决方案的研究

汪彦

【摘要】 当前基于IEC61850技术的数字化变电站大面积投入使用，现有工业以太网交换技术在该类变电站三层两网数据交换方面无法做到全面兼顾，通信性能存在固有缺陷与不足。通本次引入了独特的MPLS-TP分组交换与LSP隧道传输技术，在同一张物理网络上内划分多个相互隔离的逻辑交换与传输网络，支持各种组网模型和网络自愈。实现三层网络合一的同时各类数据报文的安全隔离需求，全网精确同步，时延固定，维护便捷。

【关键词】 数字变电站 分组通信 逻辑交换 可靠性 安全性 稳定性 可维护性

本次分组化通信方案基于IEC61850数字化变电站通信业务模型，是专门针对变电站数字化智能化而开发的解决方案（简称iPN solution），旨在大幅提高数字化变电站通信的可靠性、安全性、稳定性和可维护性，并大幅度降低数字化变电站通信网络的建设成本和维护成本。

这种方案解决了当前数字化变电站通信系统存在的通信实时性低下，可靠性不足，造价昂贵和缺乏面向应用的网络管理支持的缺陷。

一、方案介绍

典型iPN解决方案组网如图1 。

本方案为MPLS-TP分组环形传输网络，带宽为1.25G或2.5G速率，适用于变电站内站控间隔层网络和过程层网络全业务通信。

上述示例由四台MPLS-TP交换机组成，通过MPLS-TP隧道传送技术在网络上建立彼此隔离的网络通道，可支持上百个相互隔离的逻辑交换网络，满足变电站各层通信网络的隔离要求，同层内不同子网（如不同间隔层）的隔离要求，同层内不同业务网络（例如Goose、SV、MMS、Sync.等）的隔离要求。每个逻辑网络的传输带宽可按需求固定配置，不同业务的带宽通道独立，不存在带宽共享和相互干扰问题。不同逻辑网络的交换资源独立配置，不同逻辑网络的数据交换彼此独立，相互隔离。iPN解决方案支持各种坚强的网络拓扑结构，如环形、Mesh形、双星形，支持可靠的网络自愈功能，保护倒换时间小于50ms。支持全网精确时间同步，符合IEEE1588v2标准。支持点对点100M/1000M以太网接入和点对多点PON接入方式。

二、方案特点及关键技术

2.1逻辑交换技术

图2为一台开发的工业级MPLS-TP交换机，采用资源分配技术可划分为若干个逻辑交换机，满足逻辑交换机之间的安全隔离性能。

A网业务进入网络将打上TA标记，所有TA标记报文在逻辑交换机VFI-A交换，其他业务同理。VFI-A与VFI-B的转发表项独立配置，业务占用的缓存独立配置，从而保证A、B网业务的完全隔离，相互没有干扰，也没有任何手段能互相攻击。

2.2 MPLS-PON接入技术

MPLS-TP交换机上直接出千兆PON端口，通过PON技术，可支持上千个节点的业务接入。（图3）

对MPLS-PON接口进行了特殊设计，使之满足接入业务的带宽固定分配和安全隔离性能，并支持IEEE1588v2精确时间同步协议，实现全网时间同步。支持业务报文在两个接入端口之间的端到端时延小于1.5ms.本方案的PON接口也可支持GEPON标准协议，实现与不同厂商ONU的正常互通。未来ONU的功能可植入变电站相关继保设备内部。

2.3 QoS技术及抗干扰能力

本数字化变电站通信网络解决方案，采用了MPLS-TP技术，支持强大的TM流量管理工程技术，可提供高质量的以太网业务。通过独特的逻辑交换技术，满足变电站对不同网络、不同业务的安全隔离要求，彻底消除了不同业务之间的相互干扰问题。iPN解决方案通过划分多个逻辑上分离的业务网络，即使一种业务网络出现过载拥塞，也不会对其他正常运行的逻辑业务网络产生任何干扰。

2.4可靠性及可维护性

电力通信网络的特点之一，是要求当电力业务出现异常时，通信网络必须能足够坚强并提供正常通信。采用了面向连接的传输机制和网络保护机制，确保了数据传输的可靠性。采用MPLS-TP交换技术，通过交换资源分配技术，确保了数据交换的可靠性。iPN解决方案的双PON口保护，并支持环形自愈网络，支持独特的双归或双星保护机制，这些特点都使得该方案可以有效防止单点故障和接入节点单点失效。确保了网络通信业务的可靠性和网络容灾能力。

同时，iPN解决方案通过多种简单适用的、针对用户操作维护需求的业务模型设计技术，提供功能完善、管理界面图形化、操作简单、直观的网络管理系统。提供端到端的业务性能在线监测，性能劣化预警，故障自动定位等维护管理功能。该数字化变电站通信网络方案，从产品硬件设计、数据传输机制和交换机制、数据管理模型、网络自愈能力等多方位提供技术保障，以达到网络基本免维护的要求。

三、结束语

本次探讨的数字化变电站的这种通信方案，具有灵活的逻辑网络规划与隔离能力，坚强的网络自愈能力，各种规模组网能力，丰富的网络运行维护管理能力等特点，满足数字变电站对通信业务在可靠性、抗干扰和免维护等方面的实际要求。但是该方案也在自动化专业管理，设备安全评价，设备运行维护等方面与当前习惯有冲突，如何通过安全验证与性能测试使之验证可以达到现有相关标准是一个更加艰巨和长期的工作。但是不可以否认的是分组化通信方案是一种可以继续深入研究的建设数字化变电站坚强和智能通信网络的优秀技术备选方案之一。

参 考 文 献

[1] 张家柱 张振良 ，智能电网通信系统中网络架构的可靠性研究，《电力信息化》 2010年07期

[2] 木树娟 黄铭 余江胡劲松 杨晶晶，智能电网通信标准分析及关键技术探讨，《电力系统通信》 2011年07期

[3]国际电工委员会第57技术委员会IEC61850标准/全国电力系统控制及通信技术委员会DL/T860标准

[4] 赵军，适用于智能电网的EPON，《邮电设计技》 2011年09期