交换机在变电站的应用11月南自

交 换 机 在 变 电 站 的 应 用 2 Confidential n变 电 站 网 络 结 构n对 交 换 机 的 要 求 基 本 要 求 精 准 校 时 1588n交 换 机 的 具 体 应 用 3 Confidential 4 Confidential 三 层 两 网 结 构 Confidential5 6 lEMC 4级 以 上l宽 温l时 延u可 靠 性u网 络 管 理 u高 稳 定 性u网 络 安 全 l无 风 扇 设 计l两 路 电 源 输 入lSTP/RSTPl端 口 安 全 设 定l流 量 控 制lVLANl多 端 口 镜 像lGMRP/IGMP Snooping 7 8 一 般 工 业 环 境 智 能 变 电 站过 程 层 要 求 9 n 跳 闸 是 变 电 站 中 最 重 要 的 快 速 报 文 。 a） 对 性 能 类 P1， 总 传 输 时 间 应 在 半 个 周 期 内 ， 即 定 义 10ms； b） 对 性 能 类 P2/3， 总 传 输 时 间 应 小 于 1/4 周 期 ， 定 义 3ms。 性 能 类 P1 典 型 应 用 于 配 电 线 间 隔 或 其 它 要 求 较 低 的 间 隔 。 性 能 类 P2 典 型 应 用 于 输 电 线 间 隔 或 用 户 未 另 外 规 定 的 地 方 。 性 能 类 P3 典 型 用 于 输 电 线 间 隔 ， 具 备 满 足 同 步 和 断 路 器 分 合 时 间 差 的 最 好 性 能 。 n 采 样 值 计 算 相 同 采 样 点 的 采 样 值 传 输 延 时 要 求 很 小nGOOSE报 文 直 采 直 跳 网 采 网 跳 小 于 3ms Confidential10 11 Goose報 文i.e. 1KM FiberTWL=5us 总 网 络 延 时Transmit Latency i.e. 100MBit, 64ByteTTL=5.12 us TTOTAL Nswitches WLTLQLSF TTTT 网 络 负 载 率 TQL交 换 机 内 时 延 TSF 12 n 某 通 信 系 统 有 2个 交 换 机 节 点 ， 采 用 100M光 纤 连 接 ， 光 纤 线 路总 长 500米 ， 网 络 流 量 15%,计 算 256byte的 数 据 帧 从 源 节 点 传 送至 目 的 节 点 所 需 的 时 间 ： TTOTAL Nswitches WLTLQLSF TTTT = =5s *2+ 15%* 121.76s 20.48 s *+0.5km 1 00000km / s*2 = 89.988 s 13 标 准 定 义 ：n IEEE 802.1D-1998n IEEE 802.1D-2004 功 能 ：n 管 理 数 据 组 ,隔 离 组 播 流 量 14Group 3 Group 2 Group 1GMRP join GMRP leaveMU3 MU2MU1保 护 装 置 保 护 装 置 保 护 装 置 15通 过 设 置 交 换 机 GMRP功 能 实 现 ：线 路 1的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。线 路 2的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。线 路 3的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。各 线 路 之 间 流 量 不 通PMU只 接 收 各 线 路 的 合 并 单 元 流 量 16 17 标 准 定 义 ：n IEEE 802.1Q 功 能n 将 局 域 网 （ LAN） 设 备 从 逻 辑 上 划 分 成 一 个 个 网 段 ， 从而 实 现 虚 拟 工 作 组 （ 单 元 ） 的 数 据 交 换 。 18 nAccess 模 式 将 不 带 Vlan标 签 的 数 据 ， 由 交 换 机 来 写 上 Vlan号 带 有 Vlan的 数 据 如 果 和 端 口 设 置 一 样 ， 交 换 机 会 去 掉 Vlan号 带 Vlan的 数 据 如 果 和 端 口 设 置 不 同 ， Moxa阻 止 数 据 通 过 Access 模 式 下 ， 端 口 只 能 设 置 一 个 Vlan号nTrunk 模 式 数 据 不 带 Vlan， 则 由 会 被 交 换 机 写 上 Vlan号 数 据 带 有 Vlan， 并 且 与 PVID一 样 ， 则 交 换 机 去 掉 Vlan号 数 据 带 有 Vlan， 与 端 口 一 样 ， 交 换 机 放 通 数 据 数 据 带 有 Vlan， 与 端 口 设 置 不 同 ， 交 换 机 阻 止 通 过 Trunk模 式 下 端 口 可 以 设 置 多 个 Vlan Confidential 19通 过 设 置 交 换 机 VLAN功 能 实 现 ：线 路 1的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。线 路 2的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。线 路 3的 合 并 单 元 ， 智 能 单 元 ， 测 保 装 置 ， 电 能 表 互 通 。各 线 路 之 间 流 量 不 通PMU只 接 收 各 线 路 的 合 并 单 元 流 量 20 交 换 机 端 口 端 口 业 务 Type PVID Fixed Vlan Forbidden Vlan1 线 2电 能 表 Trunk 102 5， 6， 7， 8 1， 2， 3， 4， 9， 10， 11， 122 线 3电 能 表 Trunk 103 9， 10， 11， 12 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 83 线 1电 能 表 Trunk 101 1， 2， 3， 4 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 124 线 3合 单 2 Trunk 103 9， 10， 11， 12 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 85 线 3智 单 2 Trunk 103 9， 10， 11， 12 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 86 线 3测 保 2 Trunk 103 9， 10， 11， 12 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 87 线 2合 单 2 Trunk 102 5， 6， 7， 8 1， 2， 3， 4， 9， 10， 11， 128 线 2测 保 2 Trunk 102 5， 6， 7， 8 1， 2， 3， 4， 9， 10， 11， 129 线 2智 单 2 Trunk 102 5， 6， 7， 8 1， 2， 3， 4， 9， 10， 11， 1210 线 1合 单 2 Trunk 101 1， 2， 3， 4 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 12 11 线 1智 单 2 Trunk 101 1， 2， 3， 4 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 1212 线 1测 保 2 Trunk 101 1， 2， 3， 4 5， 6， 7， 8， 9， 10， 11， 1213 PMU Trunk 104 1， 5， 9 2， 3， 4， 6， 7， 8， 10， 11， 1214 级 联 口 Trunk 1001 21 GMRP对 网 络 进 行 动 态 划 分 ， VLAN对 网 络 进 行 静 态 划 分 。 GMRP使 用 的 是 报 文 MAC目 的 地 址 ， VLAN使 用 的 是 报 文VID。 GMRP相 关 配 置 仅 在 装 置 中 ， VLAN配 置 在 装 置 和 交 换 机 中均 有 。 GMRP在 正 常 运 行 时 需 要 发 送 查 询 报 文 ， VLAN在 正 常 运 行时 无 额 外 报 文 。 在 交 换 机 配 置 了 VLAN的 条 件 下 ， GMRP 报 文 在 其 对 应 的VLAN内 传 播 。 22 优 点 缺 点GMRP 设 置 简 单新 增 设 备 即 插 即 用 设 备 需 支 持 GMRP协 议VLAN 规 划 设 置 复 杂新 增 设 备 需 重 新 设 置 交 换 机 对 设 备 无 要 求 23网 络 报 文 分 析 仪 TXA B CLAN 合 并 单 元 HA口 数 据 TX TX 保 护 测 控 单 元 RX 24网 络 报 文 分 析 仪 TXA B CLAN 合 并 单 元 HAH口 数 据 TX TX 保 护 测 控 单 元 RX 25 n功 能 端 口 镜 像 把 交 换 机 某 一 个 或 多 个 端 口 接 收 (Rx)及 发 送 (Tx)的 数 据 帧 完 全 复 制 给 另 一 个 端 口n用 途 1.故 障 排 查 2.实 时 监 控 3.数 据 备 份 网 络 报 文 分 析 仪 /故 障 录 波 最 佳 应 用 ! 26 Confidential 27 n 广 播 风 暴 通 常 由 于 设 备 网 卡 故 障 、 网 络 拓 扑 、 病 毒引 起n 全 消 耗 掉 交 换 机 资 源 ， 使 数 据 传 输 出 现 中 断n 严 重 时 会 使 整 个 变 电 站 瘫 痪n 交 换 机 需 要 具 备 广 播 风 暴 抑 制 功 能 Confidential 28Confidential 29Confidential 30 n 协 议 类 型 未 知 ， 可 能 存 在 安 全 隐 患n 可 能 需 要 交 换 机 解 析 数 据 报 文 ， 消 耗 交 换 机 资 源 Confidential 31 n 将 交 换 机 检 测 的 异 常 告 警 表 达n 告 警 类 型 可 定 义n 邮 件 告 警 和 继 电 器 告 警n 告 警 同 时 反 映 在 LED灯 Confidential 32Confidential 33Confidential 34 nMAC地 址 ， 网 卡 的 物 理 地 址nMAC地 址 列 表 可 显 示 端 口 下 连 接 的 装 置 Confidential 35 nMoxa交 换 机 支 持 日 志 在 线 查 看n 同 样 支 持 将 日 志 主 动 发 送 到 服 务 器 上 的 Syslog方 式 Confidential 36Confidential 37 变 电 站 严 重 的 电 磁 干 扰 环 境 SV， Goose网 络 流 量 38 39 测 试 项 目 测 试 结 论电 磁 兼 容 合 格机 械 性 能 合 格管 理 性 能 合 格绝 缘 性 能 合 格 40 41 IEC 61850标 准 对 智 能 电 子 设 备 的 时 钟 精 度 功 能 要 求 划 分 为 5个等 级 (Tl T5)， 其 中 用 于 计 量 的 T5等 级 精 度 达 到 ls。时 间 性 能 类 精 度 用 途T1 1 ms 事 件 时 标T2 0.1 ms 用 于 分 布 同 期 的 过 零 和 数 据 时 标 ， 支 持 波 形 定 点分 和 时 标T3 25 s 用 于 配 电 线 路 间 隔T4 4 s 用 于 输 电 线 路 间 隔T5 1 s 用 于 输 电 线 间 隔 ， 具 备 满 足 同 步 和 断 路 器 分 合 时间 差 的 最 好 性 能 ； 用 于 电 能 质 量 计 量 42 SNTPGoose网 采 用 PTP对 时精 度 等 级 nsMMS网 采 用 SNTP对 时精 度 等 级 ms 43 n IEEE 1588 v2 发 布 于 2008年 n V2版 对 时 精 度 nsn 定 义 了 Grandmaster Clock,Boundary Clock, Transparent clock， Ordinary Clock在 多 层 级 联 时 ,TC的 应 用 提 高 了 对 时 精 度n 报 文 类 型 ： End to End : announce,sync, follow up, delay request ,delay response Peer to Peer:sync, follow up, Pdelay request ,Pdelay response,Pdelay response follow up 44ConfidentialClock A=12:00 从 Room A走 到 Room B用 时 2分 钟 Room A Room BOffset=(12:00-11:52)+2=10分 钟 Clock B=12:021 5 45ConfidentialPTP MAC/PHY Master Port MAC/PHY PTP Slave Port预 估 发 出 时 间 (te) Sync (te)Follow_Up (t1)Delay_ReqDelay_Resp (t 4) t1 t2 精 确 接 收 时 间 (t2)精 确 发 出 时 间 (t1) 偏 移 计 算 （ Offset) Offset = t2-t1-Dt3 精 确 发 出 时 间 (t 3)t4精 确 接 收 时 间 (t4) 传 输 延 迟 计 算 D = (t2-t1)+ (t4-t3)/2 46 BC: 每 个 slave port和 上 层master port对 时 。 每 个master port和 其 下 层slave port 对 时 。 TC: 从 钟 和 主 钟 对 时 ,交 换 机负 责 修 正 follow up包 中 的correction field.Boundary clocksTransparent clocksmaster master slaveslave 47 Peer to Peer: 交 换 机 需 要 发 出 Pdelay request,Pdelay response,Pdelay response follow up包 ， 计 算 各 节 点 与 上一 节 点 之 间 的 线 路 延 迟 和 数 据包 在 本 机 中 的 延 迟 ， 累 加 到follow up包 的 correction field中 ， 从 钟 将 根 据 该 correction filed来 做 校 时 。End to End : 交 换 机 只 转 发 1588报 文 ,同 时 将数 据 包 在 本 机 中 的 延 迟 累 加 到follow up 包 的 correction field.End to EndPeer to Peermaster master slaveslave 48 n V2 Transparent Clock End-to-End支 持 一 步 法 和 二 步 法n V2 Transparent Clock Peer-to-Peern V2 Boundary Clockn 对 时 精 度 100ns PT-7728 49 ConfidentialQ & A