基于VLAN划分的智能变电站通信网络方案研究
刘景霞 田立猛
摘 要： 目前智能变电站内部整体还采用的是直采直跳的通信方式，存在工作量大、且控制回路量大、复杂等缺陷。在三网合一的通信网络条件下提出一种基于GOOSE网与SV网的通信网络，遵循IEC 62850标准并提出基于ID的Tag虚拟局域网的划分，依照ACL规则过滤报文，对局域网中的网络交换机进行优化配置，实现变电站内部网络消息传输的智能化并提高通信网络的稳定性。
关键词： 智能变电站； 三合一网络； 网络配置； 通信网络； VLAN划分
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0173?05
Abstract： Currently， the communication mode of direct sampling and tripping is still used in smart substation， which has the defects of heavy workload， multiple and complex control loops. A communication network based on GOOSE network and SV network is proposed under the condition of three?in?one communication network. Abiding by the IEC62850 Standard， the ID?based division of Tag virtual local area network （LAN） is proposed. The message is filtered according to the rules of ACL. An optimal allocation is adopted for the network switch in LAN to realize the intelligent message transmission inside the network of substation， and improve the stability of the communication network.
Keywords： intelligent substation； three?in?one network； network configuration； communication network； VLAN partition
0 引 言
变电站是电力传输中的发挥着关键作用，近年来变电站从数字化发展为智能化势头迅猛，其中对智能变电站的通信监控研究愈加紧迫。智能变电站由过程层智能设备和间隔层网络化设备组成，全站遵从IEC 61850标准，其中智能变电站内部的网络通信作为变电站通信的核心对智能变电站的发展具有尤其突出作用[1?2]。
目前在智能变电站的结构设计中主要有三层两网架构、两层一网架构、三网合一架构。其中三网合一架构尚在研究阶段，该架构的优点减少智能变电站的建造成本，提高过程层的网络稳定程度，降低维护难度，但其缺点在于完全依赖于交换机的性能。
现智能变电站提出适用于环网的一套分布式保护系统，利用数据的共享，与合并单元和智能单元间配合保证母线间的可靠性[3]。本文将对三网合一架构在已有的研究成果基础上进行改进优化，实现交换机间报文传输最短距离，文献[4?5]中分析了各报文特性与断面流量计算方法，全面使用IEC 61850通信协议，并将GOOSE网、SV网、IEC 61850网进行共口合并为一个物理网络来传递信息[6]。现在三网合一的隔离策略中，可通过分析网络拓扑、动态协议、静态配置对过载进行检测分析[7]。在变电站通信网络中以交换机、IED等智能设备为基础组网络并优化交换机配置。在以往的智能变电站中，一般的虚拟网络划分方式都是基于端口的，这种方式在划分VLAN单元时比较简单，只需定义端口即可，但在220 kV智能变电站网络比较复杂的组网中因测试等因素比较复杂，需采用基于ID的Tag VLAN来划分不同的VLAN，这种用VID划分VLAN的方法将使主机间的通信不受其他网络影响[8?9]，划分的VLAN单元更加清晰。
1 通信网络的组建
1.1 通信网络结构优化
GOOSE网和SV网的组合主要应用于间隔层、过程层网络，本文将以220 kV智能变电站过程层为基础介绍三网合一组网方案。其中主要分为220 kV高压侧除去主变外的间隔网络、110 kV外侧变压的间隔网络、35 kV GOOSE网和SV网，对与智能变电站继电系统的配置，文献[10]介绍较为详细。
各间隔配置合并单元，通过合并单元完成电信号与开关量的采集，并对电压电流等信号进行同步，将测量数据按IEC 61850输出供二次设备使用。智能终端完成断路器、间隔开关等设备的跳合闸回路、位置信号采集回路等。全站分为：站控层、间隔层、过程层。整体网络又双层双星型组网结构组成，以达到数据传输路径最短、最快和控制简洁。网络结构简图如图1所示。
实际应用中智能变电站一体化系统架构严格按照国家电网科143号（Q/GDW678—2011《智能变电站一体化监控系统 功能规范》、Q/GDW679—2011《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》）。其中220 kV侧采用4台百兆级网络交换机，110 kV侧使用2台百兆级网络交换机，主干线路中1#与2#主变过程层中各采用2台千兆级网络交换机通过GOOSE网传递信息。
1.2 网络描述
站内网络组合GOOSE网、SV网和MMS网，其中GOOSE网络交换机和SV网共口传输，同时传输两种信息数据。保护装置遥测量采用SV点对点传送，测控、计量装置遥测量则通过SV组网传送；继电保护系统采用直采直跳模式，各保护设备间的联闭锁命令及测控功能采用网络方式实现。其中，220 kV继电保护设备双重化配置分别接入GOOSE A网和GOOSE B网，测控单元均接入GOOSE A网中，测控裝置间的联闭锁信息以GOOSE报文的形式通过MMS网传输。其中GOOSE网与SV网与智能设备间的联系如图2所示。
220 kV线路、主变压器保护使用母线电压输入，保护装置电压切换通过合并单元实现，母线设备合并单元SV网连接到各级变压器间隔，同时母线间的隔离开关的开关量通过线缆接入合并单元，经转换后传输到测控和保护单元。采用GOOSE网与SV网共口传输的模式后，就不能简单地由传统的VLAN划分方式来划分端口网络，本文采用的是基于VID的Tag VLAN划分方式将起到隔离两网的作用，此方式将在下文网络配置中做介绍。
2 交换机配置
2.1 交换机流量可行性分析
智能变电站通信网络中交换机起着至关重要的作用，本文提出的组网方案中GOOSE网与SV网共口传输，对交换机的流量承载能力有一定的要求，设每个合并单元有12个模拟通道，那么其流量输出为（单位为Mb/s）：
在基于IEC 61850通信标准的GOOSE网与SV组网的网络通信环境下，1 s内一个智能IED的带宽流量可以为[Sa=0.006 Mb/s]。在整个运行网络中与合并单元数据流量相比影响较小，交换机足以承载其共口传输，所有装置可以通过百兆接口接入网络。在220 kV级变电站中本次拟选取具有输入5个端口、3个输出端口，传输量为100 Mb/s的交换机，其中GOOSE网双向传输、SV网单向传输，数据交换设计如图3所示。
2.2 交换机网络配置
在三网合一通信网络中，在各单元监控主机中拟采用ACL规则来过滤不属于自己单元所需的报文。例如主机只接受GOOSE报文则在传输过程中可过滤SV报文或IEC 61588对时网络报文，以此可以减少交换机负载，简化交换机的配置。本次GOOSE网络中选择三种链路类型中的Access，是因为它与PVID的属性相对应，此端口只能属于一种VLAN，其他两种分别是Trunk和Hybrid。Trunk类型的端口通常连接于交换机间，Hybrid使用较复杂，可属于多个VLAN。本设计中所有的交换机级联端口均设置成trunk模式，即在缺省的情況下是属于本设备的所有VLAN可以转发VLAN内的所有报文信息。其设计规则如下：
（1） 某一装置需要同时接收两种报文时，相对应的交换机端口中设置屏蔽端口，此交换机的端口为trunk模式。
（2） 只进行一种动作的端口的模式为Access模式，例如母线保护等的端口。
（3） 设置交换机级联端口并屏蔽掉单间隔的数据流，以此减少交换机负载。
GOOSE网与SV网中的流量并不是很大，两种网络共口传输，在交换机配置时划分到一个VLAN里，例如直接将IED1、2端口与交换机端口2、3连接，将其划分到了一个VLAN里，报文传输只需经由MU IED_T1即可完成。最后报文信息再通过GOOSE网络上传至主干交换机。如表1中部分端口连接关系所示。
交换机要识别允许与阻止有用与无用信息的进入，旨在划分局域网（VLAN）流量，交换机中的报文传输均带有Tag标签，此为识别报文的重要机制。VLAN端口中PVID（Port VLAN ID）与报文携带的Tag标签相对应，访问（Access）端口时，与Tag中的VLAN ID比较判断是否允许通过。其中PVID可刻录多个VLAN ID，但一个（Access）端口只能有一个PVID。PVID的作用是，当有IP 报文进入交换机端口的时候，若其未带Tag头，但此端口上配置了 PVID，那么，那么将会在报文上自动生成Tag信息。如果进入的 IP报文已经带有Tag头，交换机端不动作。其中Tag VLAN 基于IEEE 802.1Q标准，IEEE 802.1Q标准定义一种新的帧格式，它在标准的以太网帧的源地址后加入了一个tag头，具体见图4。Tag VLAN划分不同的VLAN的原理是当数据帧通过交换机时，交换机根据Tag头的VID信息来识别他们所属的VLAN，从而使得此数据帧在其规则内的逻辑VLAN内传输。
在智能变电站中已经摒弃了信号触发直接上传的信息传输方法，在IEC 61850通信标准中，定义了UML模型，其中采用XML语言编写的SCD文件可以完美表述交换机与智能IED之间的订阅关系，本文不做详细介绍。
3 基于VLAN ID的间隔网络配置
3.1 GOOSE网络配置
由IEC 61850?7?2定义的GOOSE重传机制保证了报文传输的实时性与可靠性，采用了一种通信服务的映射来划分报文的级别。报文传输时，其有一个稳态重传延时和三个故障突变延时，稳态运行时稳态重传延时去3～5 s，故障突变延时则为毫秒级，依次递增。图5为此机制延时示意图。
在进行GOOSE网络设置时通常使用MAC地址过滤GOOSE报文，需要手动填写相对应的MAC地址到交换机上，与智能IED接口之间形成对应的关系 ，通过交换机转发所有支路的GOOSE报文与所有无效报文，每个GOOSE报文链接一个MAC地址，如图6所示。
本文所举220 kV变电站中交换机的工作量比较庞大，线路较复杂，工程实际实施中每个智能IED与相对应的GOOSE网MAC地址在调试中，若出现需要调整的线路，需更改MAC地址，同时需手动在交换机配置中/更改组波表，如此则比较麻烦。鉴于其活动性较差的原因，在规模稍大的变电站中并不适合应用此方式通信。
随着虚拟局域网（VLAN）技术的发展，可实现在本文所述的两层三网合一的交换机中进行广播的VLAN划分，降低网络流量负荷。与交换机类似的，在GOOSE网的工程组网中适用基于VLAN ID的VLAN划分，在虚拟局域网中创建多个虚拟工作单元，由智能IED之间的网络拓扑逻辑关系通过GOOSE网分配到各个对应的VLAN工作单元中去，避免了测试过程中单独对智能IED配置的必要。
在GOOSE网络的组网过程中，本次220 kV智能变电站GOOSE组网交互信息分为两大类，分别为保护间隔内的IED和母线间隔与其他间隔间的IED信息交互。
（1） 在保护间隔GOOSE组网内各设备类型及其接收的主要信息类型有：变压器保护接收失灵联跳主变三侧、线路保护接收线路的闭锁重合闸与线路远跳相对侧、主变测控装置接收起本身的智能终端的开入量和GOOSE事件的转发、间隔智能终端中接收变压器与线路中的操作控断信号等。
（2） 在母线与其他间隔中IED间GOOSE组网的主要信息类型有：母线保护接收自身的启动失灵信号、母联间隔测控接收其间隔内智能终端的开入量及GOOSE事件的转发、母线智能单元负责母线测控遥控操作信号的接收等。
根据上述类型信息的划分和GOOSE报文信息的流向可以对间隔中各电压等级的IED配置GOOSE网络、划分VLAN。220 kV智能变电站中以1#主干交换机为 中心的GOOSE网络的VLAN划分为例，其分配方案如表2所示。
3.2 GOOSE网与SV网的联合传输机制
采用GOOSE網、SV网共口传输后采用的Tag VLAN划分之后，需考虑三种逻辑需求：
（1） 装置不能同时发送两种不同的报文，GOOSE报文在传输时存在一定的延迟；
（2） 交换机端口在传输报文时可能令另一种报文产生延迟；
（3） 在划分不同VLAN时，其报文的优先级不同。
为了分析整个过程中报文时延的“离散程度”，以此来制定报文优先级规则，用报文时延的均方差表示时延抖动，定义如下：
在220 kV级变电站中处于保护信号的紧急度将报文优先级分别设置为一般GOOSE报文、联锁GOOSE报文、跳闸GOOSE报文、SV报文依次优先。为了保证跳闸报文传输的稳定可靠性，GOOSE报文的发送频率采用0/1/2/4 ms的间隔连续发送。设置报文优先级如表3所示。
然而在合并单元与智能终端中的共口传输就是将GOOSE报文和SV报文打包传输。现在的智能设备已经完全能满足GOOSE报文与SV报文的实时性传输所需的流量带宽，但由于SV报文的等间隔传输，所以为保证其实时性也要设置报文优先级，由此会造成GOOSE报文大约[20 μs]的延迟，可以忽略不计。由于SV网流量较大，不适合与GOOSE网划分到一个VLAN中。在SV网采样值传输中严格采用IEC 61850?02协议通信标准，主保护间信息传输较简单可采用直采直跳，而考虑到110 kV侧信息量大的因素采用现在发展势头较好的网采网跳方式。
4 结 语
本文主要以220 kV智能变电站为例分析了其间隔层与过程层间三网合一组网的可行性配置与主要特点，对原有的智能变电站通信网络进行了优化，提出采用基于VID的Tag VLAN技术来划分不同的VLAN，基于该方法的划分可使虚拟局域网中网络报文流量流向清晰、稳定。结合220 kV智能变电站实例以变电站部分网络为例对端口进行设置、划分MAC地址，给出了过程层交换机的VLAN网络报文过滤和GOOSE+SV组网VLAN划分的网络配置。全站采用IEC 61850协议通信标准、网络采用VLAN划分从而提高了变电站内部通信的可靠性、控制网络流量。
参考文献
[1] LI F， XIE J， LAN J B， et al. Prospect and discussion of relay system configuration for intelligent substation [J]. Electric power automation equipment， 2012， 32（2）： 122?126.
[2] HUANG Y Z. Smart substation is the further objective of SAS [J]. Power system protection and control， 2013， 41（2）： 45?48.
[3] 张玮，李玉平，康丰，等.面向智能变电站的环网分布式弧光保护系统[J].华电技术，2016，38（5）：11?14.
[4] 刘玮，王海柱，张延旭.智能变电站过程层网络报文特性分析与通信配置研究[J].电力系统保护与控制，2014，42（6）：110?115.
[5] 何清素，曾令康，欧清海，等.配电通信网业务断面流量分析方法[J].电力系统自动化，2014（23）：91?95.
[6] 蔡骥然，郑永康，周振宇，等.智能变电站二次设备状态检测研究综述[J].电力系统保护与控制，2016，44（6）：148?153.
[7] 张宪军，刘颖，余华武.智能变电站MMS，GOOSE，SV三网合一通信过载隔离抑制策略[J].电力系统保护与控制，2015，43（22）：120?126.
[8] 黄智宇，段雄英，邹圆，等.基于VLAN技术的电子式互感器数字接口[J].电工技术学报，2008，23（3）：36?40.
[9] 韩笑，朱武增.TD?LTE网络IP地址与VLAN ID规划方法的研究[J].移动通信，2014（6）：39?43.
[10] ZHAN Rongrong， LI Yanjun， ZHANG Xiaoli， et al. Research on testing technology of relay protection for intelligent substations [J]. Electricity， 2014， 29（5）： 38?43.
摘 要： 目前智能变电站内部整体还采用的是直采直跳的通信方式，存在工作量大、且控制回路量大、复杂等缺陷。在三网合一的通信网络条件下提出一种基于GOOSE网与SV网的通信网络，遵循IEC 62850标准并提出基于ID的Tag虚拟局域网的划分，依照ACL规则过滤报文，对局域网中的网络交换机进行优化配置，实现变电站内部网络消息传输的智能化并提高通信网络的稳定性。
关键词： 智能变电站； 三合一网络； 网络配置； 通信网络； VLAN划分
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0173?05
Abstract： Currently， the communication mode of direct sampling and tripping is still used in smart substation， which has the defects of heavy workload， multiple and complex control loops. A communication network based on GOOSE network and SV network is proposed under the condition of three?in?one communication network. Abiding by the IEC62850 Standard， the ID?based division of Tag virtual local area network （LAN） is proposed. The message is filtered according to the rules of ACL. An optimal allocation is adopted for the network switch in LAN to realize the intelligent message transmission inside the network of substation， and improve the stability of the communication network.
Keywords： intelligent substation； three?in?one network； network configuration； communication network； VLAN partition
0 引 言
变电站是电力传输中的发挥着关键作用，近年来变电站从数字化发展为智能化势头迅猛，其中对智能变电站的通信监控研究愈加紧迫。智能变电站由过程层智能设备和间隔层网络化设备组成，全站遵从IEC 61850标准，其中智能变电站内部的网络通信作为变电站通信的核心对智能变电站的发展具有尤其突出作用[1?2]。
目前在智能变电站的结构设计中主要有三层两网架构、两层一网架构、三网合一架构。其中三网合一架构尚在研究阶段，该架构的优点减少智能变电站的建造成本，提高过程层的网络稳定程度，降低维护难度，但其缺点在于完全依赖于交换机的性能。
现智能变电站提出适用于环网的一套分布式保护系统，利用数据的共享，与合并单元和智能单元间配合保证母线间的可靠性[3]。本文将对三网合一架构在已有的研究成果基础上进行改进优化，实现交换机间报文传输最短距离，文献[4?5]中分析了各报文特性与断面流量计算方法，全面使用IEC 61850通信协议，并将GOOSE网、SV网、IEC 61850网进行共口合并为一个物理网络来传递信息[6]。现在三网合一的隔离策略中，可通过分析网络拓扑、动态协议、静态配置对过载进行检测分析[7]。在变电站通信网络中以交换机、IED等智能设备为基础组网络并优化交换机配置。在以往的智能变电站中，一般的虚拟网络划分方式都是基于端口的，这种方式在划分VLAN单元时比较简单，只需定义端口即可，但在220 kV智能变电站网络比较复杂的组网中因测试等因素比较复杂，需采用基于ID的Tag VLAN来划分不同的VLAN，这种用VID划分VLAN的方法将使主机间的通信不受其他网络影响[8?9]，划分的VLAN单元更加清晰。
1 通信网络的组建
1.1 通信网络结构优化
GOOSE网和SV网的组合主要应用于间隔层、过程层网络，本文将以220 kV智能变电站过程层为基础介绍三网合一组网方案。其中主要分为220 kV高压侧除去主变外的间隔网络、110 kV外侧变压的间隔网络、35 kV GOOSE网和SV网，对与智能变电站继电系统的配置，文献[10]介绍较为详细。
各间隔配置合并单元，通过合并单元完成电信号与开关量的采集，并对电压电流等信号进行同步，将测量数据按IEC 61850输出供二次设备使用。智能终端完成断路器、间隔开关等设备的跳合闸回路、位置信号采集回路等。全站分为：站控层、间隔层、过程层。整体网络又双层双星型组网结构组成，以达到数据传输路径最短、最快和控制简洁。网络结构简图如图1所示。
实际应用中智能变电站一体化系统架构严格按照国家电网科143号（Q/GDW678—2011《智能变电站一体化监控系统 功能规范》、Q/GDW679—2011《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》）。其中220 kV侧采用4台百兆级网络交换机，110 kV侧使用2台百兆级网络交换机，主干线路中1#与2#主变过程层中各采用2台千兆级网络交换机通过GOOSE网传递信息。
1.2 网络描述
站内网络组合GOOSE网、SV网和MMS网，其中GOOSE网络交换机和SV网共口传输，同时传输两种信息数据。保护装置遥测量采用SV点对点传送，测控、计量装置遥测量则通过SV组网传送；继电保护系统采用直采直跳模式，各保护设备间的联闭锁命令及测控功能采用网络方式实现。其中，220 kV继电保护设备双重化配置分别接入GOOSE A网和GOOSE B网，测控单元均接入GOOSE A网中，测控裝置间的联闭锁信息以GOOSE报文的形式通过MMS网传输。其中GOOSE网与SV网与智能设备间的联系如图2所示。
220 kV线路、主变压器保护使用母线电压输入，保护装置电压切换通过合并单元实现，母线设备合并单元SV网连接到各级变压器间隔，同时母线间的隔离开关的开关量通过线缆接入合并单元，经转换后传输到测控和保护单元。采用GOOSE网与SV网共口传输的模式后，就不能简单地由传统的VLAN划分方式来划分端口网络，本文采用的是基于VID的Tag VLAN划分方式将起到隔离两网的作用，此方式将在下文网络配置中做介绍。
2 交换机配置
2.1 交换机流量可行性分析
智能变电站通信网络中交换机起着至关重要的作用，本文提出的组网方案中GOOSE网与SV网共口传输，对交换机的流量承载能力有一定的要求，设每个合并单元有12个模拟通道，那么其流量输出为（单位为Mb/s）：
在基于IEC 61850通信标准的GOOSE网与SV组网的网络通信环境下，1 s内一个智能IED的带宽流量可以为[Sa=0.006 Mb/s]。在整个运行网络中与合并单元数据流量相比影响较小，交换机足以承载其共口传输，所有装置可以通过百兆接口接入网络。在220 kV级变电站中本次拟选取具有输入5个端口、3个输出端口，传输量为100 Mb/s的交换机，其中GOOSE网双向传输、SV网单向传输，数据交换设计如图3所示。
2.2 交换机网络配置
在三网合一通信网络中，在各单元监控主机中拟采用ACL规则来过滤不属于自己单元所需的报文。例如主机只接受GOOSE报文则在传输过程中可过滤SV报文或IEC 61588对时网络报文，以此可以减少交换机负载，简化交换机的配置。本次GOOSE网络中选择三种链路类型中的Access，是因为它与PVID的属性相对应，此端口只能属于一种VLAN，其他两种分别是Trunk和Hybrid。Trunk类型的端口通常连接于交换机间，Hybrid使用较复杂，可属于多个VLAN。本设计中所有的交换机级联端口均设置成trunk模式，即在缺省的情況下是属于本设备的所有VLAN可以转发VLAN内的所有报文信息。其设计规则如下：
（1） 某一装置需要同时接收两种报文时，相对应的交换机端口中设置屏蔽端口，此交换机的端口为trunk模式。
（2） 只进行一种动作的端口的模式为Access模式，例如母线保护等的端口。
（3） 设置交换机级联端口并屏蔽掉单间隔的数据流，以此减少交换机负载。
GOOSE网与SV网中的流量并不是很大，两种网络共口传输，在交换机配置时划分到一个VLAN里，例如直接将IED1、2端口与交换机端口2、3连接，将其划分到了一个VLAN里，报文传输只需经由MU IED_T1即可完成。最后报文信息再通过GOOSE网络上传至主干交换机。如表1中部分端口连接关系所示。
交换机要识别允许与阻止有用与无用信息的进入，旨在划分局域网（VLAN）流量，交换机中的报文传输均带有Tag标签，此为识别报文的重要机制。VLAN端口中PVID（Port VLAN ID）与报文携带的Tag标签相对应，访问（Access）端口时，与Tag中的VLAN ID比较判断是否允许通过。其中PVID可刻录多个VLAN ID，但一个（Access）端口只能有一个PVID。PVID的作用是，当有IP 报文进入交换机端口的时候，若其未带Tag头，但此端口上配置了 PVID，那么，那么将会在报文上自动生成Tag信息。如果进入的 IP报文已经带有Tag头，交换机端不动作。其中Tag VLAN 基于IEEE 802.1Q标准，IEEE 802.1Q标准定义一种新的帧格式，它在标准的以太网帧的源地址后加入了一个tag头，具体见图4。Tag VLAN划分不同的VLAN的原理是当数据帧通过交换机时，交换机根据Tag头的VID信息来识别他们所属的VLAN，从而使得此数据帧在其规则内的逻辑VLAN内传输。
在智能变电站中已经摒弃了信号触发直接上传的信息传输方法，在IEC 61850通信标准中，定义了UML模型，其中采用XML语言编写的SCD文件可以完美表述交换机与智能IED之间的订阅关系，本文不做详细介绍。
3 基于VLAN ID的间隔网络配置
3.1 GOOSE网络配置
由IEC 61850?7?2定义的GOOSE重传机制保证了报文传输的实时性与可靠性，采用了一种通信服务的映射来划分报文的级别。报文传输时，其有一个稳态重传延时和三个故障突变延时，稳态运行时稳态重传延时去3～5 s，故障突变延时则为毫秒级，依次递增。图5为此机制延时示意图。
在进行GOOSE网络设置时通常使用MAC地址过滤GOOSE报文，需要手动填写相对应的MAC地址到交换机上，与智能IED接口之间形成对应的关系 ，通过交换机转发所有支路的GOOSE报文与所有无效报文，每个GOOSE报文链接一个MAC地址，如图6所示。
本文所举220 kV变电站中交换机的工作量比较庞大，线路较复杂，工程实际实施中每个智能IED与相对应的GOOSE网MAC地址在调试中，若出现需要调整的线路，需更改MAC地址，同时需手动在交换机配置中/更改组波表，如此则比较麻烦。鉴于其活动性较差的原因，在规模稍大的变电站中并不适合应用此方式通信。
随着虚拟局域网（VLAN）技术的发展，可实现在本文所述的两层三网合一的交换机中进行广播的VLAN划分，降低网络流量负荷。与交换机类似的，在GOOSE网的工程组网中适用基于VLAN ID的VLAN划分，在虚拟局域网中创建多个虚拟工作单元，由智能IED之间的网络拓扑逻辑关系通过GOOSE网分配到各个对应的VLAN工作单元中去，避免了测试过程中单独对智能IED配置的必要。
在GOOSE网络的组网过程中，本次220 kV智能变电站GOOSE组网交互信息分为两大类，分别为保护间隔内的IED和母线间隔与其他间隔间的IED信息交互。
（1） 在保护间隔GOOSE组网内各设备类型及其接收的主要信息类型有：变压器保护接收失灵联跳主变三侧、线路保护接收线路的闭锁重合闸与线路远跳相对侧、主变测控装置接收起本身的智能终端的开入量和GOOSE事件的转发、间隔智能终端中接收变压器与线路中的操作控断信号等。
（2） 在母线与其他间隔中IED间GOOSE组网的主要信息类型有：母线保护接收自身的启动失灵信号、母联间隔测控接收其间隔内智能终端的开入量及GOOSE事件的转发、母线智能单元负责母线测控遥控操作信号的接收等。
根据上述类型信息的划分和GOOSE报文信息的流向可以对间隔中各电压等级的IED配置GOOSE网络、划分VLAN。220 kV智能变电站中以1#主干交换机为 中心的GOOSE网络的VLAN划分为例，其分配方案如表2所示。
3.2 GOOSE网与SV网的联合传输机制
采用GOOSE網、SV网共口传输后采用的Tag VLAN划分之后，需考虑三种逻辑需求：
（1） 装置不能同时发送两种不同的报文，GOOSE报文在传输时存在一定的延迟；
（2） 交换机端口在传输报文时可能令另一种报文产生延迟；
（3） 在划分不同VLAN时，其报文的优先级不同。
为了分析整个过程中报文时延的“离散程度”，以此来制定报文优先级规则，用报文时延的均方差表示时延抖动，定义如下：
在220 kV级变电站中处于保护信号的紧急度将报文优先级分别设置为一般GOOSE报文、联锁GOOSE报文、跳闸GOOSE报文、SV报文依次优先。为了保证跳闸报文传输的稳定可靠性，GOOSE报文的发送频率采用0/1/2/4 ms的间隔连续发送。设置报文优先级如表3所示。
然而在合并单元与智能终端中的共口传输就是将GOOSE报文和SV报文打包传输。现在的智能设备已经完全能满足GOOSE报文与SV报文的实时性传输所需的流量带宽，但由于SV报文的等间隔传输，所以为保证其实时性也要设置报文优先级，由此会造成GOOSE报文大约[20 μs]的延迟，可以忽略不计。由于SV网流量较大，不适合与GOOSE网划分到一个VLAN中。在SV网采样值传输中严格采用IEC 61850?02协议通信标准，主保护间信息传输较简单可采用直采直跳，而考虑到110 kV侧信息量大的因素采用现在发展势头较好的网采网跳方式。
4 结 语
本文主要以220 kV智能变电站为例分析了其间隔层与过程层间三网合一组网的可行性配置与主要特点，对原有的智能变电站通信网络进行了优化，提出采用基于VID的Tag VLAN技术来划分不同的VLAN，基于该方法的划分可使虚拟局域网中网络报文流量流向清晰、稳定。结合220 kV智能变电站实例以变电站部分网络为例对端口进行设置、划分MAC地址，给出了过程层交换机的VLAN网络报文过滤和GOOSE+SV组网VLAN划分的网络配置。全站采用IEC 61850协议通信标准、网络采用VLAN划分从而提高了变电站内部通信的可靠性、控制网络流量。
参考文献
[1] LI F， XIE J， LAN J B， et al. Prospect and discussion of relay system configuration for intelligent substation [J]. Electric power automation equipment， 2012， 32（2）： 122?126.
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