CN104902351B - 一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力智能变电站过程层通信网络技术，具体涉及一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法。该方法采用单光纤双向传输的波分复用形式，根据每一信道光载波信号的频率或波长不同，将光纤的低损耗窗口划分成3个或3个以上的双向传输信道，通过过程层主多波长交换机将过程层的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络分别以不同的波长承载，通过波分复用器复用和分解，合并为一个物理网络。该方法使过程层中的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络共网且隔离传输，以降低智能变电站建设成本、降低维护成本和施工难度。
Description
技术领域
本发明涉及电力智能变电站过程层通信网络技术，具体涉及一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法。
背景技术
当前智能变电站过程层提出“三网融合”，也称“三网合一”（即GOOSE网、SMV网、IEC61588网）的要求,即通过逻辑或物理的形式将过程层三个网络进行融合，合成一个网络的智能变电站网络架构。智能变电站过程层组网方案和其安全性是目前智能变电站通信网络研究的“热点”。
在现有的变电站当中，过程层的组网方式大多是以一主一备的A、B双网组网方式和混合组网方式，此方式主要考虑保护装置安全可靠性的要求，尽量避免因为网络故障而导致保护功能失效。除了保护装置外，其余的测控、网络分析、录波等设备仍然采用组网的方式实现，但此方式对过程层和间隔层设备仍然提出了较高的要求，合并单元、智能操作箱等都需要增加多个光接口以满足直连和组网的需求，目前设备光接口至少需要8个，母线保护、备自投保护等跨间隔的设备需要的光接口则需要更多。这样的智能变电站组网方式存在以下问题：
1.所需要的交换机和光纤数量庞大，尤其是双重化冗余配置的方式需求量会翻倍，投资巨大，全站二次设备大部分投资都花在购置交换机上；
2.如何保证GOOSE报文和SMV采样测量值传输的实时性；
3.如何保证大数据流背景下的网络可靠性；
4.如何保证数据传输安全性与网络安全性；
5.鉴于SMV、GOOSE和IEC61588报文对网络的需求差异明显，在双网架构下，通信设备、光缆成本增加较大，电力设备网络接口较多。
为了解决以上问题和满足过程层“三网融合”的要求，已有提出采用过程层工业以太网交换机的VLAN隔离的组网方案，并已经有所应用。但随着对IEC61588研究的深入，此类报文需要CPU的参与，这样IEC61588报文就有穿越VLAN的可能，致使隔离失败，如何保证数据传输的安全隔离与网络安全性问题依然没有得到很好解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法，该方法使过程层中的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络实现共网且隔离传输，以降低智能变电站建设成本、降低维护成本和施工难度。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种智能变电站过程层多波长光纤隔离通信组网方法，其改进之处在于，所述方法用的系统为多波长光纤隔离通信组网系统，所述系统包括过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络，所述过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络通过子多波长交换机和主多波长光交换机组网连接；
所述方法采用单光纤双向传输的波分复用形式，根据每一信道光载波信号的频率或波长不同，将光纤的低损耗窗口划分成3个或3个以上的双向传输信道，通过过程层主多波长光交换机将过程层的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络分别以不同的波长承载，通过波分复用器复用和分解，合并为一个物理网络。
进一步地，在光波发送端采用波分复用器，即合波器，将不同规定波长网络的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输；在光波接收端，再由一波分复用器，即分波器，将不同波长网络承载不同的光载波信号分开到各个网络的复用方式，将发送端和接收端两个方向的信号分别安排在不同波长传输信道即实现双向传输；
不同波长的光载波信号互相隔离，在一根光纤中实现多路光载波信号或网络的复用传输。
进一步地，过程层的GOOSE网络信号收发分别采用1470nm和1490nm波长承载，SMV网络信号收发分别采用1510nm和1530nm波长承载，IEC61588时间同步网络信号收发分别采用1550nm和1570nm波长承载。
进一步地，所述过程层GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络连接到子多波长光交换机，在子多波长光交换机中光载波信号合波后通过波分光口以单光纤双向的方式，连接到主多波长光交换机，主多波长光交换机采用分波将不同的波长信号分解到各个不同的传输信道，传送到不同的网络和交换，每个网络中的设备在主多波长交换机上分别实现GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络三种通信协议的交换，实现了多波长的方式过程层三网物理安全隔离。
进一步地，智能变电站过程层GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络的三个网络通过不同光纤多波长的光物理特性，实现三个网络物理安全隔离，满足智能变电站过程层各网络安全隔离通信的要求。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1）满足GOOSE网络单独组网原则，保障GOOSE网络的安全、可靠和实时性；
2）满足SMV网络单独组网原则，保障SMV网络的安全、可靠和实时性；
3）满足IEC61588网络单独组网原则，保障IEC61588网络的安全、可靠和实时性；
4）满足以上三点，实现安全隔离的过程层“三网融合”通信网络技术要求；
5）简化过程层网络，网络交换机设备数量不增加、光纤数量减少67%，带宽增加200%，经济效益显著提升；
6）满足过程层交换机功能、性能、管理、安全可靠性、高稳定性的标准要求。
7）满足了智能变电站信息共享的要求，过程层SMV、GOOSE、IEC61588融合组网，实现全站信息共享，为实现高级功能如网络化保护、集中式保护等功能提供了技术支撑。
8）本发明方法同时在一根光纤上传输多个网络信号，每一个网络都由某种特定波长的光来传送，这样就通过所述发明的主多波长光交换机将GOOSE网、SMV网、1588网合并为一个物理网络，主多波长光交换机内部分别交换，做到了有效的安全隔离，该方法优化了网络构架，减少了交换机数量，提高了可靠性，比现有的VLAN等逻辑隔离方式具有明显的优越性，真正满足了当前智能变电站设计中过程层通信网络“三网合一”的需求。本发明方法的实施对于降低智能变电站建设成本、降低了维护成本和操作复杂度、提高过程层网络稳定性具有重要意义，具有推广价值。
附图说明
图1是本发明提供的智能变电站过程层光纤多波长隔离通信三网合一原理图；
图2是现有智能变电站过程层多波长隔离通信组网架构图；
图3是本发明提供的智能变电站过程层多波长交换机隔离通信组网连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种过程层中的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络的共网且隔离传输的方法，以降低智能变电站建设成本、降低维护成本和施工难度。
该方法用的系统为多波长光纤隔离通信组网系统，所述系统包括过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络，所述过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络通过子多波长交换机和主多波长光交换机组网连接；。
本发明提供的方法采用波分复用技术（wavelength-division multiplexing，WDM）充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成3个或更多信道，分别对应智能变电站过程层通信网的三种通信网络，即GOOSE网、SMV网、IEC61588网，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长（网络）的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长（网络）承载不同信号的光载波分开到各个网络的复用方式。由于不同波长的光载波信号（网络）可以看作互相独立，从而在一根光纤中可实现多路光信号（网络）的复用且隔离传输。其原理示意图见附图1。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即实现双向传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从3个至几十个不等，考虑到允许的光载波波长的间隔大小，本发明至少可以实现智能变电站过程层通信网的三个网络系统，即GOOSE网、SMV网、IEC61588网三个网络的共网隔离通信。
本发明方法同时在一根光纤上传输多个网络信号，每一个网络都由某种特定波长的光来传送，这样就通过所述发明的多波长光交换机将GOOSE网、SMV网、1588网合并为一个物理网络，并做到了有效的安全隔离，该方法优化了网络构架，减少了交换机数量，提高了可靠性，比已有的VLAN等逻辑隔离方式具有明显的优越性，真正满足了当前智能变电站设计中过程层通信网络“三网合一”的需求。本发明方法的实施对于降低智能变电站建设成本、降低了维护成本和操作复杂度、提高过程层网络稳定性具有重要意义，具有推广价值。
实施例
如图2所示，现有智能变电站的设备基本分为站控层设备、间隔层设备和过程层设备。站控层设备与间隔层设备之间通过站控层网络连接，间隔层设备与过程层设备之间通过过程层网络连接。变电站的监控设备、各级调度中心、信息一体化平台、GPS主机等均属于站控层设备；间隔层设备包括保护测控装置、网络分析仪和录波器等；过程层设备为合并单元智能终端一体化装置等。
本发明方法使用单纤双向传输的波分复用形式，通过过程层多波长光交换机将GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络双向传输通道分别以不同的波长承载，通过复用器复用、分解，合并为一个物理网络。本发明方法将过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络将间隔层设备按区接入相应的子多波长光交换机进行合波，过程层的GOOSE网络信号收发分别采用1470nm和1490nm波长承载，SMV网络信号收发分别采用1510nm和1530nm波长承载，IEC61588时间同步网络信号收发分别采用1550nm和1570nm波长承载，将过程层三个网络信号合波后通过波分光口以单纤双向的方式，连接到远端的主多波长光交换机，主多波长光交换机采用分波将不同的波长信号分解到各个不同的信道，传送到不同的网络，反向同理，多波长主交换机内部分别交换，这样每个网络中的设备在多波长主交换机上实现GOOSE、SMV和IEC61588三种通信协议的交换，实现了多波长的方式过程层三网物理安全隔离，其连接方式如图3所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法，其特征在于，所述方法系统为多波长光纤隔离通信组网系统，所述系统包括过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络，所述过程层的GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络通过子多波长光交换机和主多波长光交换机组网连接；
所述方法采用单光纤双向传输的波分复用形式，根据每一信道光载波信号的频率或波长不同，将光纤的低损耗窗口划分成3个或3个以上的双向传输信道，通过过程层主多波长交换机将过程层的GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络分别以不同的波长承载，再通过波分复用器复用和分解，合并为一个物理网络；
在光波发送端采用波分复用器，即合波器，将不同规定波长网络的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输；在光波接收端，再由一波分复用器，即分波器，将不同波长网络承载不同的光载波信号分开到各个网络的复用方式，将发送端和接收端两个方向的信号分别安排在不同波长传输信道即实现双向传输；
不同波长的光载波信号互相隔离，在一根光纤中实现多路光载波信号或网络的复用传输；
过程层的GOOSE网络信号收发分别采用1470nm和1490nm波长承载，SMV网络信号收发分别采用1510nm和1530nm波长承载，IEC61588时间同步网络信号收发分别采用1550nm和1570nm波长承载。
2.如权利要求1所述的通信组网方法，其特征在于，所述过程层GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络连接到子多波长光交换机，在子多波长光交换机中光载波信号合波后通过波分光口以单光纤双向的方式，连接到主多波长光交换机，主多波长光交换机采用分波将不同的波长信号分解到各个不同的传输信道，传送到不同的网络和交换，每个网络中的设备在主多波长交换机上分别实现GOOSE网络、SMV网络、IEC61588网络三种通信协议的交换，实现了多波长的方式过程层三网物理安全隔离。
3.如权利要求1-2中任一项所述的通信组网方法，其特征在于，智能变电站过程层GOOSE网络、SMV网络和IEC61588网络的三个网络通过不同光纤多波长的光物理特性，实现三个网络物理安全隔离，满足智能变电站过程层各网络安全隔离通信的要求。
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