虚拟局域网配置表自动生成技术在智能变电站的应用

摘 要：智能变电站过程层交换机中通信报文庞大，需要对流量进行管理，当前通常采用划分虚拟局域网的方式。由工程人员根据信息流进行配置，工作量大，自动化程度低，效率不高。本文提出一种方法，可通过解析全站系统配置文件（SCD）和光纤物理回路文件（SPCD），建立交换机的端口拓扑关系，分析各智能电子设备（IED）在交换机中的信息流，从而自动完成交换机中虚拟局域网的划分。

关键词：智能变电站；过程层；虚拟局域网；自动生成

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0146-03

过程层交换机在智能变电站中的主要作用传输站内设备的GOOSE（面向通用对象的变电站事件）和SV（采样值）报文，当不通过虚拟局域网进行流量管理时，庞大的信息容易影响装置的正常通讯。目前应用最多的就是划分虚拟局域网的方式[1]。

在新的规范提出了光纤物理回路模型文件（SPCD文件） 的概念后，通过对SPCD文件解析能够获取各个交换机端口和对应连接设备的拓扑关系。关于设计方面的《智能变电站二次回路设计规范》也提出了在设计时完成SPCD和SCD文件的要求。这为虚拟局域网配置表的自动生成提供了数据源，促进了该技术在工程上的推广和实际应用[2-3]。

本文将基于光纤物理回路文件（SPCD）分析交换机的端口拓扑关系，根据全站系统配置文件（SCD）中虚回路的连接分析各IED设备在交换机中的信息流，从而实现交换机中虚拟局域网配置表的自动生成。

1 SPCD文件介绍

SPCD文件即光纤物理回路模型文件，SPCD文件由两个部分组成，一部分是现场的物理装置和其间关系，像小室、屏柜、装置、交换机等；另外的部分是是设备的光纤连接关系，如光缆、尾缆及跳纤等，通过SPCD文件中检索物理回路和SCD文件中检索逻辑回路，即可获取物理回路与逻辑回路的虚实映射关系。

2 虚拟局域网配置表自动生成原理

2.1 虚拟局域网基本原理

虚拟局域网出现的初衷是为解决以太网的广播问题和和提高安全性，虚拟局域网通过将局域网内的设备以逻辑形式划分成不同网段工作。

2.2 虚拟局域网配置表生成原理

解析SCD文件和SPCD文件分析IED逻辑关系和交换机端口拓扑关系，接而自动分配虚拟局域网ID，分配输出端口。跨交换机传输的报文，需要增加交换机之间的级联端口，其整体思路见图1。

（1）SCD虚端子解析：通过读入SCD文件解析虚端子分析IED的信息流，SCD文件信息流的分析及可视化已有大量成熟的研究[4-5]。SCD文件要根据建模规范在接收连线中配置有接收端口信息，通过接收端口可以实现和交换机端口的对应，完成信息流的筛选[6]。

（2）SPCD交换机解析：在SPCD文件中分析交换机及交换机端口的数据结构，包括每个端口对侧设备类型、编号、描述，根据各个端口进行搜寻。

对于单个端口，根据端口连接关系逐步查找到IED设备或交换机设备。端口的查找逻辑见图2。

进一步分析获取级联交换机。图3展示了交换机级联关系的查找逻辑，对交换机的某端口对侧设备进行判断，如果是交换机，记录编号s，然后遍历所有交换机，如某交换机编号f，看是否f与s相同，当相同时则认为这两个交换机有级联，如果没有就向下继续，直到筛查出所有的交换机的级联。

（3）PVID分配模块对交换机的IED设备端口分配PVID值，这里设置A网取值从101开始，B往的从201开始，以1等差增加，级连口默认为1，PVID只存储于各个端口中。端口和PVID一一对应，当端口的组播报文进入交换机时，会打上所经过端口的PVID标签。

（4）在交换机信息过滤模块中，输入IED逻辑关系拓扑和交换机端口拓扑，生成交换机中的IED信息流。根据交换机端口拓扑结构，遍历交换机的所有端口的IED设备。将端口标记为n，将IED设备标记为a，根据IED的信息流，搜索a和接收端口m的订阅信息。如果M和N是相同的，则信息流通过。如果M和N是不同的，则指示此信息不通过开关。通过上述方法，可以过滤出交换机上的订阅信息流。

（5）在虚拟局域网配置表生成模块中，在交换机中输入IED信息流和PVID信息，生成虚拟局域网配置表。如果发送设备和a在相同的交换机，则只需要在交换机的虚拟局域网配置表中添加n端口；如果发送设备和a不在同一交换机中，除了向虚拟局域网中添加n端口之外，交换机还需要添加从发生点到虚拟局域网的级联端口转发到所有路径交换机。

生成软件对于级联端口使用标记端口，对于非级联端口使用去除标记端口。

2.3 VLAN配置文件的格式

目前交换机的配置文件没有标准化规范，各厂家配置文件各异。本文的测试用例使用南瑞继保装置进行，其文件格式为XML。

3 测试用例说明

以一个线路间隔作为例，中心交换机和线路交换机级联，交换机连接了母线保护，母线测控，线路保护，线路测控，合并单元，智能终端等设备。网络结构如图4所示。

通过交换机的信息流如图5所示，交换机的信息流主要包括：

（1）线路保护给母线发启动失灵信息。

（2）线路测控从合并单元收采样值和装置相关的告警信息，向智能终端传输遥控指令和采集智能终端的开入状态和告警，线路合并单元从线路智能终端接收位置信息。

（3）母线测控从母线合并单元收采样值和装置相关的告警信息，采集智能终端的开入状态和告警，母线合并单元从母线智能终端接收位置信息。

通过设计软件搭建环境并生成SPCD文件和SCD文件。根据SPCD文件自动分配PVID，见表1和表2。

如母线测控对1M智能终端，2M智能终端存在遥控信息流，因此中心交换机母线测控（01-0C-CD-01-00-02）的输出端口为4和5。

如母线保护对线路保护存在远跳信息流，因此中心交换机的母线保护（01-0C-CD-01-00-01）输出端口为6，线路交换机的母线保护输出端口为1。

根据图4流程能够生成虚拟局域网配置文件，表3和表4以表格的形式举例说明。

母线测控向1M智能终端，2M智能终端传输遥控信息，中心交换机母线测控（VID=102）的输出端口为4和5。

母线保护向线路保护传输远跳信息，中心交换机的母线保护（VID=101）输出端口为6，线路交换机的母线保护输出端口为1。

根据上述虚拟局域网配置表的对交换机进行设置，交换机可按预期控制端口进行转发，可证明虚拟局域网配置表的自动生成技术在现行规范下是完全可行的。

4 结语

智能站交换机的虚拟局域网目前采用人工配置，工作效率低，精度不可靠。本文结合光纤物理电路模型文件和变电站全站配置文件进行分析研究，提出了一种智能变电站虚拟局域网配置表的生成方法，并用实例进行了验证。该方法实现简单方便，具有很强的应用价值。它可以提高工作效率，对标准化交换机的配置具有参考意义。

参考文献

[1]丁腾波，林亚南，赵萌，等.智能变电站虚拟局域网逻辑结构划分方案的研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（1）：115-119.

[2]高磊，杨毅，苏麟，等.智能变电站二次系统物理回路建模方法及设计实现[J].電力系统保护与控制，2016，44（24）：131-139.

[3]国家电网公司.智能变电站二次光纤回路及虚回路设计软件技术规范[S].2017.

[4]邓洁清，车勇，单强，等.基于标准中间过程文件的SCD版本比对的优化研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（14）：95-99.

[5]国家电网公司.Q/GDW 1396-2012 IEC61850继电保护工程应用模型[S].2012.

[6]胡绍谦，李力，朱晓彤.提高智能变电站自动化系统工程实施效率的思路与实践[J].电力系统自动化.2017，41（11）：173-180.