虛擬局域網(wǎng)配置表自動生成技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用

姬慧

摘 要：智能變電站過程層交換機(jī)中通信報文龐大，需要對流量進(jìn)行管理，當(dāng)前通常采用劃分虛擬局域網(wǎng)的方式。由工程人員根據(jù)信息流進(jìn)行配置，工作量大，自動化程度低，效率不高。本文提出一種方法，可通過解析全站系統(tǒng)配置文件（SCD）和光纖物理回路文件（SPCD），建立交換機(jī)的端口拓?fù)潢P(guān)系，分析各智能電子設(shè)備（IED）在交換機(jī)中的信息流，從而自動完成交換機(jī)中虛擬局域網(wǎng)的劃分。

關(guān)鍵詞：智能變電站；過程層；虛擬局域網(wǎng)；自動生成

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0146-03

過程層交換機(jī)在智能變電站中的主要作用傳輸站內(nèi)設(shè)備的GOOSE（面向通用對象的變電站事件）和SV（采樣值）報文，當(dāng)不通過虛擬局域網(wǎng)進(jìn)行流量管理時，龐大的信息容易影響裝置的正常通訊。目前應(yīng)用最多的就是劃分虛擬局域網(wǎng)的方式[1]。

在新的規(guī)范提出了光纖物理回路模型文件（SPCD文件） 的概念后，通過對SPCD文件解析能夠獲取各個交換機(jī)端口和對應(yīng)連接設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。關(guān)于設(shè)計方面的《智能變電站二次回路設(shè)計規(guī)范》也提出了在設(shè)計時完成SPCD和SCD文件的要求。這為虛擬局域網(wǎng)配置表的自動生成提供了數(shù)據(jù)源，促進(jìn)了該技術(shù)在工程上的推廣和實(shí)際應(yīng)用[2-3]。

本文將基于光纖物理回路文件（SPCD）分析交換機(jī)的端口拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)全站系統(tǒng)配置文件（SCD）中虛回路的連接分析各IED設(shè)備在交換機(jī)中的信息流，從而實(shí)現(xiàn)交換機(jī)中虛擬局域網(wǎng)配置表的自動生成。

1 SPCD文件介紹

SPCD文件即光纖物理回路模型文件，SPCD文件由兩個部分組成，一部分是現(xiàn)場的物理裝置和其間關(guān)系，像小室、屏柜、裝置、交換機(jī)等；另外的部分是是設(shè)備的光纖連接關(guān)系，如光纜、尾纜及跳纖等，通過SPCD文件中檢索物理回路和SCD文件中檢索邏輯回路，即可獲取物理回路與邏輯回路的虛實(shí)映射關(guān)系。

2 虛擬局域網(wǎng)配置表自動生成原理

2.1 虛擬局域網(wǎng)基本原理

虛擬局域網(wǎng)出現(xiàn)的初衷是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和和提高安全性，虛擬局域網(wǎng)通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備以邏輯形式劃分成不同網(wǎng)段工作。

2.2 虛擬局域網(wǎng)配置表生成原理

解析SCD文件和SPCD文件分析IED邏輯關(guān)系和交換機(jī)端口拓?fù)潢P(guān)系，接而自動分配虛擬局域網(wǎng)ID，分配輸出端口?？缃粨Q機(jī)傳輸?shù)膱笪?，需要增加交換機(jī)之間的級聯(lián)端口，其整體思路見圖1。

（1）SCD虛端子解析：通過讀入SCD文件解析虛端子分析IED的信息流，SCD文件信息流的分析及可視化已有大量成熟的研究[4-5]。SCD文件要根據(jù)建模規(guī)范在接收連線中配置有接收端口信息，通過接收端口可以實(shí)現(xiàn)和交換機(jī)端口的對應(yīng)，完成信息流的篩選[6]。

（2）SPCD交換機(jī)解析：在SPCD文件中分析交換機(jī)及交換機(jī)端口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括每個端口對側(cè)設(shè)備類型、編號、描述，根據(jù)各個端口進(jìn)行搜尋。

對于單個端口，根據(jù)端口連接關(guān)系逐步查找到IED設(shè)備或交換機(jī)設(shè)備。端口的查找邏輯見圖2。

進(jìn)一步分析獲取級聯(lián)交換機(jī)。圖3展示了交換機(jī)級聯(lián)關(guān)系的查找邏輯，對交換機(jī)的某端口對側(cè)設(shè)備進(jìn)行判斷，如果是交換機(jī)，記錄編號s，然后遍歷所有交換機(jī)，如某交換機(jī)編號f，看是否f與s相同，當(dāng)相同時則認(rèn)為這兩個交換機(jī)有級聯(lián)，如果沒有就向下繼續(xù)，直到篩查出所有的交換機(jī)的級聯(lián)。

（3）PVID分配模塊對交換機(jī)的IED設(shè)備端口分配PVID值，這里設(shè)置A網(wǎng)取值從101開始，B往的從201開始，以1等差增加，級連口默認(rèn)為1，PVID只存儲于各個端口中。端口和PVID一一對應(yīng)，當(dāng)端口的組播報文進(jìn)入交換機(jī)時，會打上所經(jīng)過端口的PVID標(biāo)簽。

（4）在交換機(jī)信息過濾模塊中，輸入IED邏輯關(guān)系拓?fù)浜徒粨Q機(jī)端口拓?fù)?，生成交換機(jī)中的IED信息流。根據(jù)交換機(jī)端口拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，遍歷交換機(jī)的所有端口的IED設(shè)備。將端口標(biāo)記為n，將IED設(shè)備標(biāo)記為a，根據(jù)IED的信息流，搜索a和接收端口m的訂閱信息。如果M和N是相同的，則信息流通過。如果M和N是不同的，則指示此信息不通過開關(guān)。通過上述方法，可以過濾出交換機(jī)上的訂閱信息流。

（5）在虛擬局域網(wǎng)配置表生成模塊中，在交換機(jī)中輸入IED信息流和PVID信息，生成虛擬局域網(wǎng)配置表。如果發(fā)送設(shè)備和a在相同的交換機(jī)，則只需要在交換機(jī)的虛擬局域網(wǎng)配置表中添加n端口；如果發(fā)送設(shè)備和a不在同一交換機(jī)中，除了向虛擬局域網(wǎng)中添加n端口之外，交換機(jī)還需要添加從發(fā)生點(diǎn)到虛擬局域網(wǎng)的級聯(lián)端口轉(zhuǎn)發(fā)到所有路徑交換機(jī)。

生成軟件對于級聯(lián)端口使用標(biāo)記端口，對于非級聯(lián)端口使用去除標(biāo)記端口。

2.3 VLAN配置文件的格式

目前交換機(jī)的配置文件沒有標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，各廠家配置文件各異。本文的測試用例使用南瑞繼保裝置進(jìn)行，其文件格式為XML。

3 測試用例說明

以一個線路間隔作為例，中心交換機(jī)和線路交換機(jī)級聯(lián)，交換機(jī)連接了母線保護(hù)，母線測控，線路保護(hù)，線路測控，合并單元，智能終端等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

通過交換機(jī)的信息流如圖5所示，交換機(jī)的信息流主要包括：

（1）線路保護(hù)給母線發(fā)啟動失靈信息。

（2）線路測控從合并單元收采樣值和裝置相關(guān)的告警信息，向智能終端傳輸遙控指令和采集智能終端的開入狀態(tài)和告警，線路合并單元從線路智能終端接收位置信息。

（3）母線測控從母線合并單元收采樣值和裝置相關(guān)的告警信息，采集智能終端的開入狀態(tài)和告警，母線合并單元從母線智能終端接收位置信息。

通過設(shè)計軟件搭建環(huán)境并生成SPCD文件和SCD文件。根據(jù)SPCD文件自動分配PVID，見表1和表2。

如母線測控對1M智能終端，2M智能終端存在遙控信息流，因此中心交換機(jī)母線測控（01-0C-CD-01-00-02）的輸出端口為4和5。

如母線保護(hù)對線路保護(hù)存在遠(yuǎn)跳信息流，因此中心交換機(jī)的母線保護(hù)（01-0C-CD-01-00-01）輸出端口為6，線路交換機(jī)的母線保護(hù)輸出端口為1。

根據(jù)圖4流程能夠生成虛擬局域網(wǎng)配置文件，表3和表4以表格的形式舉例說明。

母線測控向1M智能終端，2M智能終端傳輸遙控信息，中心交換機(jī)母線測控（VID=102）的輸出端口為4和5。

母線保護(hù)向線路保護(hù)傳輸遠(yuǎn)跳信息，中心交換機(jī)的母線保護(hù)（VID=101）輸出端口為6，線路交換機(jī)的母線保護(hù)輸出端口為1。

根據(jù)上述虛擬局域網(wǎng)配置表的對交換機(jī)進(jìn)行設(shè)置，交換機(jī)可按預(yù)期控制端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，可證明虛擬局域網(wǎng)配置表的自動生成技術(shù)在現(xiàn)行規(guī)范下是完全可行的。

4 結(jié)語

智能站交換機(jī)的虛擬局域網(wǎng)目前采用人工配置，工作效率低，精度不可靠。本文結(jié)合光纖物理電路模型文件和變電站全站配置文件進(jìn)行分析研究，提出了一種智能變電站虛擬局域網(wǎng)配置表的生成方法，并用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。該方法實(shí)現(xiàn)簡單方便，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。它可以提高工作效率，對標(biāo)準(zhǔn)化交換機(jī)的配置具有參考意義。

參考文獻(xiàn)

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