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摘 要 当前配网自动化技术出现了较差的开放性、缺乏通信能力等问题，利用工业以太网交换机的方式，可以有效节省操作所需成本，提升稳定性，在配网中工业以太网交换机具备了极大的优势。主要分析工业以太网交换机特点，配电网自动化概念，配网中工业以太网交换机的性能分析。
关键词 配网自动化；工业以太网；交换机
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）17-0038-01
1 工业以太网交换机特点
1.1 工业以太网的确定性
工业以太网应用的是全双工交换式，也就是交换机按照接收到的数据帧地址确定数据帧应当发向哪个交换机端口，由于端口之间互相屏蔽，因此在发送帧的过程不会出现冲突，检测冲突的侦听载波多路访问机制无法产生限制，同时对全双工通信积极进行了支持，对数据实施接收与发送，进一步提升了通信的速率，达到网络的确定性要求。以太网具有的通信速率能够有效缩减在传输介质中通信号所占用的时间，进一步避免了冲突碰撞。
1.2 工业以太网的可靠性
工业应用现场具有十分恶劣的条件如电气、环境以及设备振动等，因此工业以太网设备的可靠性的要求明显高于商用以太网设备。有关工业以太网设计的可靠性具体表现为两个方面：一是以太网技术的冗余技术，二是工业级设备的工业设计。以太网技术的可靠性能够利用冗余设计进行实现，当主端口出现问题时可以自行更换备份端口，同时交换机能够通过检测故障与恢复性能，在网络中拓扑冗余进而自行选择适合的路由，有效确保不会中断通信。
除了树状以太网冗余协议，还制定了EAPS保护以太环网技术标准。由于实现方式简便灵活，很多制造设备商都实现了EAPS保护技术，同时延伸出了很多私有技术包含多环的相交或者是相切结构等。在目前以太网标准下，EAPS技术提供了一种成本较低的工业级保护技术，其最大优势就是在目前的以太网上升级软件，因此消耗的成本也是最低，与传统以太网形成最好的兼容。
1.3 工业以太网的兼容性
网络通信系统具有的完整性需要高层协议对以太网进行支持，因此在以太网上TCP协议已经被作为了广泛应用的高层协议。为了能够对以太网与工业现场设备出现的互相操作问题有效解决，在TCP协议的基础上，编制了与工程现场控制应用层技术相统一的规范，将用户层录入到应用层中，标准化处理工业控制所需的功能模块，通过对它们自身的录入、算法、参数、输出等进行规定，在某现场设备的执行过程中促使它们互相组合应用，有利于各种厂商设备实施调用与混合。
2 配电网自动化概念
配电网自动化系统是通过现代计算机通信技术，利用配电网的运作、电网构成、用户、机器以及所在地信息等相关数据，共同组成自动化的完整系统，形成了配电网监控、运作、管理的自动信息化。主要功能就是形成开关自主采集、配变等运行配电网所需的实时数据，对运行配网终端设备情况动态监测；有效整合配电网运作图、用户资料与所在地数据信息；对开关实现远程操作控制；形成记录故障报警功能的网络体系。由此可以将配电自动化功能划分为两个层次：对配电网进行动态监控、自动隔离故障、恢复供电运转以及自动读表等，总称为运行配电网的自动化；对离线状态或者较弱实时性的设备在停用电时进行管理，总称为管理配电网的自动化。统一二者可以称为营配一体化系统。
3 配网中工业以太网交换机的性能分析
3.1 有关骨干环网性能分析
将三层工业以太网交换机构成的具有千兆冗余的交换三层网络作为骨干环网层设备，访问骨干设备业务使用开放且成熟的OSPF协议以及由设备公司自行研发的冗余快速环协议。当某台汇聚交换机或者任何一截光纤链路出现问题时，可以确保系统产生大于50 ms的倒换时间。
3.1.1 骨干网络占用的宽带
假设某配电自动化系统根据10000个节点进行计算，每一个节点需要发出的数据是64、128、256B。每次间隔50 ms主站就会实行一次轮巡，报文不同的字节所占用的宽带率也有所不同。
3.1.2 传输网络数据的实时性
工业交换机拥有的宽带是100M，字节不同的报文在骨干网络中凭借交换30级骨干网络出现的时延分别是0.075 ms、0.09 ms、0.12 ms。通过分析可知，网络出现的级联数量以及报文的大小决定了骨干网络的实时性。骨干网络的延时在需求ms级业务数据方面可以忽略不计，基本上可以达到数据提出的实时性要求。这样更加有利于网络产生可靠性，与配网自动化具体要求相适应。
3.2 有关次级网络性能分析
二层工业以太网交换机作为了次环网层设备。次环网层设备及其管辖内的骨干网络共同构成了光纤冗余环网。当某台汇聚交换机或者任何一截光纤链路出现问题时，可以根据冗余快速环协议，对上联路径自行修复，实现迅速自愈，倒换工作所需时间控制在50 ms之内，可以产生备份链路效果，符合配网提出的可靠性要求。
3.2.1 网络占用宽带
每一个变电站划分的数量不同的环行网络主要依据所在地的开闭站、柱上的开关、箱变具体数量等。通过100个节点计算每一个单环行网络，每个节点所发出的数据时64、128、256B。每次间隔50 ms主站就会进行一次轮巡。
3.2.2 传输网络数据的实时性
工业交换机拥有的宽带是100M。字节不同的报文在次环层网络中利用100级交换出现的时延分别是0.7 ms、1.2 ms、2.2 ms。通过分析可知，网络的级联数量与报文的大小决定了网络的实时性。因此，提议大小最好选择128B的数据报文，其设备数量在每一个单环型网络中尽量不要超出50个，这样有效确保了传输数据的时延低于1 ms，能够达到电力系统提出的从出现故障到隔离系统需要20 ms的要求。
4 结束语
伴随着社会的迅速发展，电力供应市场逐步从卖方转换为买方，电力用户针对可靠性的供电以及电能的质量提出了更加严格的要求。随着城市逐渐改革电网致使配网的自动化水平也出现了重要的发展机会，在未来的时间内城市电网势必推动配网自动化结构的建设，积极提高供电的质量与可靠性，最终达到对供电产生的全部需求。以太网作为控制网络的新生力量还需要进一步对其技术进行完善。
参考文献
[1]高强.工业以太网交换机在配网中的性能分析与应用[J].电力系统通信，2009（203）.
[2]阴俊生.智能配网终端通信系统的研究[D].济南：山东大学，2010.
作者简介
冯卫（1975-），男，江西广丰人，工程师，本科，研究方向：信息管理，信息工程。
关键词 配网自动化；工业以太网；交换机
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）17-0038-01
1 工业以太网交换机特点
1.1 工业以太网的确定性
工业以太网应用的是全双工交换式，也就是交换机按照接收到的数据帧地址确定数据帧应当发向哪个交换机端口，由于端口之间互相屏蔽，因此在发送帧的过程不会出现冲突，检测冲突的侦听载波多路访问机制无法产生限制，同时对全双工通信积极进行了支持，对数据实施接收与发送，进一步提升了通信的速率，达到网络的确定性要求。以太网具有的通信速率能够有效缩减在传输介质中通信号所占用的时间，进一步避免了冲突碰撞。
1.2 工业以太网的可靠性
工业应用现场具有十分恶劣的条件如电气、环境以及设备振动等，因此工业以太网设备的可靠性的要求明显高于商用以太网设备。有关工业以太网设计的可靠性具体表现为两个方面：一是以太网技术的冗余技术，二是工业级设备的工业设计。以太网技术的可靠性能够利用冗余设计进行实现，当主端口出现问题时可以自行更换备份端口，同时交换机能够通过检测故障与恢复性能，在网络中拓扑冗余进而自行选择适合的路由，有效确保不会中断通信。
除了树状以太网冗余协议，还制定了EAPS保护以太环网技术标准。由于实现方式简便灵活，很多制造设备商都实现了EAPS保护技术，同时延伸出了很多私有技术包含多环的相交或者是相切结构等。在目前以太网标准下，EAPS技术提供了一种成本较低的工业级保护技术，其最大优势就是在目前的以太网上升级软件，因此消耗的成本也是最低，与传统以太网形成最好的兼容。
1.3 工业以太网的兼容性
网络通信系统具有的完整性需要高层协议对以太网进行支持，因此在以太网上TCP协议已经被作为了广泛应用的高层协议。为了能够对以太网与工业现场设备出现的互相操作问题有效解决，在TCP协议的基础上，编制了与工程现场控制应用层技术相统一的规范，将用户层录入到应用层中，标准化处理工业控制所需的功能模块，通过对它们自身的录入、算法、参数、输出等进行规定，在某现场设备的执行过程中促使它们互相组合应用，有利于各种厂商设备实施调用与混合。
2 配电网自动化概念
配电网自动化系统是通过现代计算机通信技术，利用配电网的运作、电网构成、用户、机器以及所在地信息等相关数据，共同组成自动化的完整系统，形成了配电网监控、运作、管理的自动信息化。主要功能就是形成开关自主采集、配变等运行配电网所需的实时数据，对运行配网终端设备情况动态监测；有效整合配电网运作图、用户资料与所在地数据信息；对开关实现远程操作控制；形成记录故障报警功能的网络体系。由此可以将配电自动化功能划分为两个层次：对配电网进行动态监控、自动隔离故障、恢复供电运转以及自动读表等，总称为运行配电网的自动化；对离线状态或者较弱实时性的设备在停用电时进行管理，总称为管理配电网的自动化。统一二者可以称为营配一体化系统。
3 配网中工业以太网交换机的性能分析
3.1 有关骨干环网性能分析
将三层工业以太网交换机构成的具有千兆冗余的交换三层网络作为骨干环网层设备，访问骨干设备业务使用开放且成熟的OSPF协议以及由设备公司自行研发的冗余快速环协议。当某台汇聚交换机或者任何一截光纤链路出现问题时，可以确保系统产生大于50 ms的倒换时间。
3.1.1 骨干网络占用的宽带
假设某配电自动化系统根据10000个节点进行计算，每一个节点需要发出的数据是64、128、256B。每次间隔50 ms主站就会实行一次轮巡，报文不同的字节所占用的宽带率也有所不同。
3.1.2 传输网络数据的实时性
工业交换机拥有的宽带是100M，字节不同的报文在骨干网络中凭借交换30级骨干网络出现的时延分别是0.075 ms、0.09 ms、0.12 ms。通过分析可知，网络出现的级联数量以及报文的大小决定了骨干网络的实时性。骨干网络的延时在需求ms级业务数据方面可以忽略不计，基本上可以达到数据提出的实时性要求。这样更加有利于网络产生可靠性，与配网自动化具体要求相适应。
3.2 有关次级网络性能分析
二层工业以太网交换机作为了次环网层设备。次环网层设备及其管辖内的骨干网络共同构成了光纤冗余环网。当某台汇聚交换机或者任何一截光纤链路出现问题时，可以根据冗余快速环协议，对上联路径自行修复，实现迅速自愈，倒换工作所需时间控制在50 ms之内，可以产生备份链路效果，符合配网提出的可靠性要求。
3.2.1 网络占用宽带
每一个变电站划分的数量不同的环行网络主要依据所在地的开闭站、柱上的开关、箱变具体数量等。通过100个节点计算每一个单环行网络，每个节点所发出的数据时64、128、256B。每次间隔50 ms主站就会进行一次轮巡。
3.2.2 传输网络数据的实时性
工业交换机拥有的宽带是100M。字节不同的报文在次环层网络中利用100级交换出现的时延分别是0.7 ms、1.2 ms、2.2 ms。通过分析可知，网络的级联数量与报文的大小决定了网络的实时性。因此，提议大小最好选择128B的数据报文，其设备数量在每一个单环型网络中尽量不要超出50个，这样有效确保了传输数据的时延低于1 ms，能够达到电力系统提出的从出现故障到隔离系统需要20 ms的要求。
4 结束语
伴随着社会的迅速发展，电力供应市场逐步从卖方转换为买方，电力用户针对可靠性的供电以及电能的质量提出了更加严格的要求。随着城市逐渐改革电网致使配网的自动化水平也出现了重要的发展机会，在未来的时间内城市电网势必推动配网自动化结构的建设，积极提高供电的质量与可靠性，最终达到对供电产生的全部需求。以太网作为控制网络的新生力量还需要进一步对其技术进行完善。
参考文献
[1]高强.工业以太网交换机在配网中的性能分析与应用[J].电力系统通信，2009（203）.
[2]阴俊生.智能配网终端通信系统的研究[D].济南：山东大学，2010.
作者简介
冯卫（1975-），男，江西广丰人，工程师，本科，研究方向：信息管理，信息工程。