李 鵬，單 強(qiáng)，楊世江，王 罡，范 偉，杜東華，徐 淦

（1.南京五采智電電力科技有限公司，南京 211106；2.國網(wǎng)新疆電力有限公司，烏魯木齊 830002；3.國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，天津 300450；4.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

0 引言

智能變電站過程層交換機(jī)主要傳輸GOOSE（面向通用對象的變電站事件）和SV（采樣值）的組播報文，若不對組播報文進(jìn)行流量管理，組播的處理方式等同于廣播，即從交換機(jī)一個端口進(jìn)入后對除該端口外的所有端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，為了保證各個端口的帶寬余量，必須考慮組播報文的流量管理。

目前，交換機(jī)流量管理主要有VLAN（虛擬局域網(wǎng)）、GMRP（通用屬性注冊協(xié)議的組播注冊協(xié)議）、靜態(tài)組播3種方式。其中，GMRP方式因?yàn)椴皇穷A(yù)配置，需要交換機(jī)動態(tài)學(xué)習(xí)，可靠性不高，現(xiàn)場應(yīng)用較少；VLAN方式應(yīng)用最多，但是理解和配置較為復(fù)雜；靜態(tài)組播方式，理解相對簡單，僅需要考慮組播的轉(zhuǎn)發(fā)端口，且能夠精確控制每個組播，更適合智能變電站交換機(jī)的純組播報文管理。另外，考慮到過程層交換機(jī)主要傳輸組播報文，更適合靜態(tài)組播方式，因此以下將靜態(tài)組播表的自動生成作為主要研發(fā)方向[1-5]。

過去靜態(tài)組播表無法自動生成主要是因?yàn)槿鄙俟饫w回路模型，隨著《智能變電站光纖回路模型及編碼技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《光纖回路模型》）標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，使得靜態(tài)組播表的自動生成成為可能。《光纖回路模型》首次提出了SPCD（變電站物理配置描述）文件，該文件包含兩部分，一部分是物理對象及層級關(guān)系（如小室、屏柜、裝置、交換機(jī)、ODF（光纖配線架）等），另一部分是光纖連接關(guān)系（如光纜、尾纜及跳纖等的連接關(guān)系），通過解析以上兩部分能夠獲取各個交換機(jī)各個端口的連接設(shè)備，即交換機(jī)的端口拓?fù)潢P(guān)系[6]。

此外，面向設(shè)計(jì)院所用設(shè)計(jì)軟件的《智能變電站二次光纖回路及虛回路設(shè)計(jì)軟件技術(shù)規(guī)范》正在積極起草，規(guī)范要求SPCD文件和SCD（變電站配置描述）文件作為設(shè)計(jì)成品必須能夠自動輸出，當(dāng)前已有設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)了上述功能。設(shè)計(jì)軟件能夠自動輸出SPCD文件和SCD文件，將為靜態(tài)組播表的自動生成提供數(shù)據(jù)源，極大方便了該技術(shù)在工程中的推廣應(yīng)用。

以下將基于SPCD文件建立交換機(jī)的端口拓?fù)潢P(guān)系，基于SCD文件分析各IED（智能電子設(shè)備）的信息流，根據(jù)SCD文件中虛回路接收端口篩選IED在交換機(jī)中的信息流，從而自動完成交換機(jī)中靜態(tài)組播表的生成。

1 SPCD文件介紹

選取SPCD文件部分內(nèi)容示例如下：

SPCD文件中的元素及屬性定義見表1。

2 靜態(tài)組播表自動生成原理

2.1 靜態(tài)組播配置流程

當(dāng)前，靜態(tài)組播主要采取人工配置，其流程如下：

（1）根據(jù)圖紙整理交換機(jī)端口的拓?fù)潢P(guān)系圖。

（2）人工分析各個IED在交換機(jī)中的信息流。

（3）根據(jù)組播MAC（媒體訪問控制）地址人工分配其輸出端口。

（4）對于跨交換機(jī)傳輸?shù)慕M播報文，需要增加從信息源輸入端口到輸出端口所經(jīng)級聯(lián)端口。

2.2 靜態(tài)組播自動生成過程

靜態(tài)組播的自動生成過程也將參考人工方式，其整體思路見圖1。

（1）SCD虛端子解析模塊：輸入SCD文件生成IED邏輯關(guān)系拓?fù)?，即IED的信息流，已有大量文獻(xiàn)針對SCD文件進(jìn)行了信息流的分析及可視化，此處不再贅述[7-8]，需要說明的是這里的SCD文件要求Inputs元素遵循繼電保護(hù)建模規(guī)范，在接收連線中含有接收端口信息，如在包含接收端口1-A，通過接收端可以完成交換機(jī)內(nèi)信息流的篩選[9]。

（2）SPCD交換機(jī)解析模塊：輸入SPCD文件生成交換機(jī)端口拓?fù)洹＞唧w方法為：在SPCD文件中識別交換機(jī)設(shè)備，并根據(jù)交換機(jī)的各個端口進(jìn)行遍歷，對于某個端口，根據(jù)端口連接關(guān)系不斷查找，直至查找到IED或交換機(jī)設(shè)備為止，某個端口的查找邏輯見圖2。所有端口查找完畢，即可完成交換機(jī)的端口拓?fù)潢P(guān)系。

交換機(jī)端口結(jié)構(gòu)至少應(yīng)該包括每個端口對側(cè)設(shè)備類型、編號、描述；交換機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括所有端口的列表、本交換機(jī)的編號、描述，其數(shù)據(jù)完全可以通過解析SPCD文件進(jìn)行填充，但是級聯(lián)SWITCH信息需要進(jìn)一步分析獲取。

交換機(jī)及其端口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：struct Port{

int no；//交換機(jī)端口號

表1 SPCD元素及屬性定義

圖1 靜態(tài)組播表自動生成整體思路

圖2 SPCD交換機(jī)解析模塊中某端口查找邏輯

int type；//對側(cè)設(shè)備類型0表示IED，1表示SWITCH

QString name；//對側(cè)IED或SWITCH的編號

QString desc；//對側(cè)IED或SWITCH的描述}struct Switch{

QListlstPort；//所有端口的列表

QString name；//本 SWITCH 的編號

QString desc；//本 SWITCH 的描述

QListlstSwitch；//級聯(lián) SWITCH 信息}

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2個交換機(jī)有級聯(lián)，并將級聯(lián)交換機(jī)信息填充到Switch和Port的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，如果沒有則繼續(xù)查詢，直到所有的交換機(jī)級聯(lián)關(guān)系查詢完畢為止。

（3）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)洌山粨Q機(jī)中的IED信息流，具體流程見圖4虛線以上部分。根據(jù)交換機(jī)端口拓?fù)浔闅v交換機(jī)所有端口的IED，端口標(biāo)記為n，IED標(biāo)記為a，根據(jù)IED的信息流查找a的訂閱信息及接收端口m，如果m與n相同，則說明這個信息流經(jīng)過交換機(jī)；如果m與n不同，則說明這個信息不經(jīng)過交換機(jī)。通過上述方法能夠篩選出a在交換機(jī)的訂閱信息流。

圖3 級聯(lián)交換機(jī)查找邏輯

（4）靜態(tài)組播表生成模塊中，輸入交換機(jī)中的IED信息流，生成靜態(tài)組播表，具體流程見圖4虛線以下部分。對于篩選出的a在交換機(jī)的信息流，如果發(fā)送設(shè)備和a在同一個交換機(jī)，則只需要在本交換機(jī)靜態(tài)組播表中向該組播地址增加n端口；如果發(fā)送設(shè)備和a不在同一個交換機(jī)，則除了在本交換機(jī)對該組播地址增加n端口外，還需要對從源發(fā)生點(diǎn)到所有途徑交換機(jī)向該組播增加級聯(lián)端口轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)中維護(hù)的每個靜態(tài)組播數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

struct STATICMULTICAST{

int ID[6]；//組播 ID

QListlstOutPort；//輸出的端口}

需要說明的，對于故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備，由于廠商不提供ICD文件，SCD文件中并未包含這些設(shè)備，其訂閱信息一般不體現(xiàn)在SCD中，因此這些端口必須依靠人工在靜態(tài)組播表中針對故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)分析儀訂閱的MAC地址進(jìn)行補(bǔ)充添加。

此外，對于改擴(kuò)建工程靜態(tài)組播表可能發(fā)生變化，采用本方法僅需要重新導(dǎo)入SCD文件和SPCD文件，即可完成改擴(kuò)建后的靜態(tài)組播表的自動生成。

圖4 交換機(jī)信息流過濾及靜態(tài)組播表生成模塊

3 靜態(tài)組播配置文件格式

目前交換機(jī)并沒有針對配置文件做標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，各廠家均采用私有配置文件，如表2給出了配置文件元素及屬性定義。以下測試用例是在南瑞繼保PCS交換機(jī)上進(jìn)行的，其文件格式采用XML方式描述，可以作為標(biāo)準(zhǔn)格式文件的參考，具體如下：

表2 交換機(jī)靜態(tài)組播配置文件元素及屬性定義

4 測試用例說明

以220 kV典型線路間隔為例進(jìn)行說明，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖5。中心交換機(jī)連接設(shè)備包括母線保護(hù)A、母線合并單元A、母線測控、1M智能終端、2M智能終端，線路交換機(jī)連接設(shè)備包括線路保護(hù)A、線路測控、線路合并單元A、線路智能終端A。

圖5 220 kV典型線路間隔網(wǎng)絡(luò)

通過交換機(jī)的信息流如圖6所示，主要包括：

（1）線路保護(hù)和母線保護(hù)之間傳輸遠(yuǎn)跳、啟動失靈信息。

（2）線路測控采集合并單元的采樣和告警信息，遙控智能終端和采集智能終端的開入告警信息，線路智能終端提供位置給線路合并單元。

（3）母線測控采集母線合并單元的采樣和告警信息，遙控智能終端和采集智能終端開入告警信息，母線智能終端提供位置給母線合并單元（限于篇幅不包含母聯(lián)智能終端提供位置給母線合并單元）。

圖6 220 kV典型線路間隔交換機(jī)內(nèi)的信息流

搭建上述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過設(shè)計(jì)軟件生成SPCD文件和SCD文件，依照圖4的流程能夠生成靜態(tài)組播表，見表3和表4。

舉例說明：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。

表3 中心交換機(jī)靜態(tài)組播表

表4 220 kV線路間隔交換機(jī)靜態(tài)組播表

根據(jù)上述靜態(tài)組播表的計(jì)算結(jié)果對交換機(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)，可證明靜態(tài)組播表的自動生成技術(shù)在現(xiàn)行規(guī)范下是完全可行的。

這里僅僅以某線路間隔為例，如果從整站考慮，1座220 kV等級智能變電站靜態(tài)組播的設(shè)計(jì)工作至少需要2天，采用自動化的方式僅僅需要幾分鐘就可以完成，大大提高了設(shè)計(jì)效率。再進(jìn)一步，如果能統(tǒng)一交換機(jī)配置文件，除一鍵生成之外又能實(shí)現(xiàn)一鍵下裝，將會極大縮短人工設(shè)計(jì)和配置時間，工作效率可進(jìn)一步得到提升[10]。

5 結(jié)語

目前，智能變電站交換機(jī)的靜態(tài)組播配置主要依靠人工完成，存在效率較低、經(jīng)驗(yàn)不足的問題，直接影響了配置的準(zhǔn)確性，工程投運(yùn)也缺少相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，屬于智能變電站的管理盲區(qū)。

文中結(jié)合智能變電站光纖回路標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的最新進(jìn)展，前瞻性地開展了靜態(tài)組播表自動生成技術(shù)研究，較為詳細(xì)地分析了智能變電站交換機(jī)靜態(tài)組播配置表的自動生成方法，并通過實(shí)際的測試用例進(jìn)行驗(yàn)證。

靜態(tài)組播配置表的自動生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度不大，但是具有較突出的工程應(yīng)用價值，可有效提高現(xiàn)場交換機(jī)換機(jī)的設(shè)計(jì)效率，對于規(guī)范過程層交換機(jī)的流量管理標(biāo)準(zhǔn)化具有一定的參考意義。此外，研究交換機(jī)靜態(tài)組播表的標(biāo)準(zhǔn)化配置，可有助于自動生成標(biāo)準(zhǔn)化配置后一鍵下裝，進(jìn)一步提高工作效率。