交换机在变电站的应用11月南自.pptx

交换机在变电站的应用 2 Confidential Agenda n 变电站网络结构 n 对交换机的要求 基本要求 精准校时1588 n 交换机的具体应用 3 Confidential 变电站的网络结构 4 Confidential IEC-61850构建的变电站模型 三层两网结构 变电站过程层数据流 Confidential 5 6 lEMC 4级以上 l宽温 l时延 对交换机的要求对交换机的要求 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/RSTP l端口安全设定 l流量控制 lVLAN l多端口镜像 lGMRP/IGMP Snooping 7 高稳定性高稳定性 EMCEMC标准标准 操作标准操作标准 浪涌、静电、工频磁场浪涌、静电、工频磁场 、电快速瞬变、电快速瞬变 温度、湿度温度、湿度 振动、跌落振动、跌落 8 一般工业环境 智能变电站 过程层要求 EMC挑战 9 智能变电站报文传输时延要求（ IEC61850） 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。 实时性 n 采样值 计算相同采样点的采样值 传输延时要求很小 n GOOSE报文 直采直跳 网采网跳 小于3ms Confidential 10 11 Goose報文 i.e. 1KM Fiber TWL=5us 总网络延时 Transmit Latency i.e. 100MBit, 64Byte TTL=5.12 us 网络负载率TQL 交换机内时延TSF 12 范例 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： = =5s *2+ 15%* 121.76s 20.48 s * +0.5km1 00000km / s*2 = 89.988 s 13 GMRP GMRP 组播注册协议组播注册协议 标准定义： n IEEE 802.1D-1998 n IEEE 802.1D-2004 功能： n 管理数据组,隔离组播流量 14 Group 3 Group 2 Group 1 GMRP GMRP join join & & GMRP leave GMRP leave GMRP join GMRP leave MU3 MU2 MU1 保护装置 保护装置 保护装置 15 220KV 220KV 间隔交换机间隔交换机GMRPGMRP规划规划 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 GMRP设置 17 VLAN简介 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 Vlan的不同模式区别 n Access 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 n Trunk 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 220KV 220KV 间隔交换机间隔交换机VLANVLAN规划规划 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 VLAN设置 交换机端口端口业务TypePVIDFixed VlanForbidden Vlan 1线2电能表Trunk1025，6，7，81，2，3，4，9，10，11，12 2线3电能表Trunk1039，10，11，121，2，3，4，5，6，7，8 3线1电能表Trunk1011，2，3，45，6，7，8，9，10，11，12 4线3合单2Trunk1039，10，11，121，2，3，4，5，6，7，8 5线3智单2Trunk1039，10，11，121，2，3，4，5，6，7，8 6线3测保2Trunk1039，10，11，121，2，3，4，5，6，7，8 7线2合单2Trunk1025，6，7，81，2，3，4，9，10，11，12 8线2测保2Trunk1025，6，7，81，2，3，4，9，10，11，12 9线2智单2Trunk1025，6，7，81，2，3，4，9，10，11，12 10线1合单2Trunk1011，2，3，45，6，7，8，9，10，11，12 11线1智单2Trunk1011，2，3，45，6，7，8，9，10，11，12 12线1测保2Trunk1011，2，3，45，6，7，8，9，10，11，12 13PMUTrunk1041，5，92，3，4，6，7，8，10，11，12 14级联口Trunk1001 21 GMRP & VLAN比较 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 GMRP VS VLAN 工程施工对比 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 单端口镜像监测过程 网络报文分析仪 TX ABC LAN 合并单元 H A口数据 TX TX 保护测控单元 RX 24 网络报文分析仪 TX ABC LAN 合并单元 H AH口数据 TX TX 保护测控单元 RX 多端口镜像监测过程 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 多端口镜像监测技术 网络报文分析仪/故障录波 最佳应用! 26 Confidential 交换机流量控制和安全设置 27 广播风暴抑制 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 28 广播风暴抑制配置 Confidential 29 端口限速 Confidential 30 过滤未知单播 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 自动告警 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 32 邮件报警 Confidential 33 Confidential 34 MAC地址列表 n MAC地址，网卡的物理地址 n MAC地址列表可显示端口下连接的装置 Confidential 35 日志查看 n Moxa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 36 Confidential 37 通过GOOSE验证 - Z丟包 变电站严重的电磁干扰环境 SV，Goose网络流量 38 MOXA交换机中国电力科学研究院检测报告 39 中国电力科学研究院检测结论 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 A A级：该设备可用于智能变电站过程层级：该设备可用于智能变电站过程层 40 同步挑战同步挑战同步挑战 41 同步要求 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(TlT5)，其中用于计量的T5等级精度达到ls。 时间性能类精度用途 T11 ms事件时标 T20.1 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 T325 s用于配电线路间隔 T44 s用于输电线路间隔 T51 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 SNTP Goose网采用PTP对时 精度等级ns MMS网采用SNTP对时 精度等级ms 智能变电站以太网对时系统智能变电站以太网对时系统 SNTP+PTPSNTP+PTP 43 n IEEE 1588 v2 发布于2008年 n V2版 对时精度ns n 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 IEEE 1588 V2IEEE 1588 V2 44 Confidential 算法原理 Clock A=12:00 从Room A走到Room B用时2分钟 Room A Room B Offset=(12:00-11:52)+2=10分钟 Clock B=12:02Clock B=11:52 45 Confidential 算法原理 PT P MAC/PHY Master Port MAC/PH Y PT P Slave Port 预估发出时间 (te) Sync (te) Follow_Up (t1) Delay_Req Delay_Resp (t4) t 1 t 2 精确接收时间 (t2) 精确发出时间 (t1) 偏移计算（Offset) Offset = t2-t1-D t 3 精确发出时间 (t3) t 4 精确接收时间 (t4) 传输延迟计算 D = (t2-t1)+ (t4-t3)/2 46 IEEE 1588 V2 BC VS TC 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 clocks Transparent clocks master master slave slave 47 IEEE 1588 V2 TC 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