虛擬局域網VLAN（Virtual LocalArea Networ）技術充分體現了現代網絡技術的重要特征：高速、靈活、管理簡便和擴展容易。是否具有VLAN功能是衡量局域網交換機的一項重要指標，網絡的虛擬化也是未來網絡發展的潮流。VLAN技術是通過將局域網內的設備邏輯地劃分成不同網段，從而實現組建虛擬工作組的技術，達到減少碰撞和廣播風暴、增強網絡安全性，并為802.1p協議的實現奠定了技術基礎，提供了實現手段。

　　交換機在網絡中占據著絕對的位置，所以從某種意義上來說，交換機的性能與成本決定了網絡的性能與成本。目前10/100M自適應網絡交換機是市場的主流，1000M網絡交換機由于成本原因沒有得到大面積推廣。智能化變電站過程層網絡信息數據總量十分可觀，但大部份信息數據不需要橫向流通，在過程層網絡中采用VLAN組網技術，為100M以太網交換機在智能化變電站組網中的應用奠定了理論基礎，既降低了組網成本，又滿足了網絡安全、可靠性。

　　1 數字化變電站的通信要求

　　IEC61850標準把變電站自動化系統從功能邏輯上分配為三層（站層、間隔層、過程層）。這些層及邏輯接口的邏輯關系如圖1所示。

　　根據IEC61850-7-1標準，過程層和間隔層采用IEC61850-9-1/2協議和GOOSE協議通信，間隔層裝置和站控層采用IEC61850-8-1（MMS）通信。IEC61850-9-1采用點對點傳送方式，只需考慮傳送介質的帶寬和接受方CPU處理數據的能力，而不用擔心數據流量對于其他間隔設備傳輸的影響，因為它并沒有通過網絡與其他間隔共享網絡帶寬，所以不需要交換機。這種方式簡單可靠，但光纖連線繁雜，無法在標準范圍內實現跨間隔保護，安裝方式不靈活。而IEC61850-9-2方式將合并器采樣數據信號以光纖方式接入過程層網絡，間隔層保護、測控、計量等設備不再與合并器直接相連，通過過程層網絡獲取信息數據，從而達到采樣信號的信息共享。通過在交換網絡中采用網絡優先級技術、VLAN技術、組播技術等網絡技術有效的防止采樣值傳輸流量、速度對過程層網絡地影響，保證過程層數據在100M以太網上安全、高效、有序傳輸。

　　IEC61850-3部分定義了變電站自動化系統（SAS）站內智能電子設備（IED）之間的通信及相關系統要求，對站內設備監視、配置和控制的通信系統的可靠性、可用性、可維護性、安全性、數據完整性等性能提出了要求。為了滿足這些要求，設備間通訊依靠基于IEC61850標準的100-Mbit/s光纖以太網實現，過程層設備通過過程級總線互聯，間隔層設備通過站級總線互聯。

　　網絡交換機要求具備以下管理功能：

　　可靠性符合IEC61850-3標準

　　交換機支持多環組網方案

　　高速eRSTP環網冗余技術，每臺交換機的恢復時間《5ms

　　Zero-Packet-Loss零丟包技術

　　寬溫度范圍

　　超強的抗電磁干擾能力

　　MTBF長，保證了高可用性

　　支持802.1QVLANs

　　支持802.1p協議

　　2 單間隔傳輸流量計算和VLAN解決方案

　　2.1 傳輸流量計算

　　因為不同間隔間需要共享部分信息，而不是全部信息，因此將全站過程層交換機經過主干交換機進行星型模式級聯，如圖2所示。如果不對間隔層交換機流出數據進行流量控制，主干網交換機很容易流入流量超負荷的情況，使網絡產生阻塞甚至癱瘓。我們對單個間隔的SMV數據流量及GOOSE數據流量進行理論計算和實際測試，結果基本一致。

　　IEC61850-9-2工程中實際最大報文長度（SVLD為變長量），單間隔SMV理論計算流量：按照每幀1點（12個模擬量通道）計算，一個合并器每秒種的數據流量：

　　S=159字節×8bit/字節×50周波/s×80點/周波=5.088Mbit/s;

　　單間隔實際測試SMV流量和理論計算數據相當。

　　GOOSE工程中實際最大報文長度：

　　按照T0=10s計算，一個智能設備每秒種的數據流量：

　　S=6016字節×8bit/字節×（1s/10）幀=0.048Mbit/s;

　　交換機數據吞吐總量由流入交換機的數據決定，理論上流入數據都可以正確流出，只是數據流量的大小決定了網絡（延時）性能。主干網交換機上流入的數據主要是跨間隔保護需要的數據，如失靈保護、母線保護等需要的數據。按照單位間隔估算，如SMV數據中的保護電流、GOOSE數據等。由于GOOSE信息流量和SMV相比可以忽略不計，所以流入主干網交換機的數據相當于間隔交換機的三分之一，按照理論計算數據為1.6Mbit/s。所以主干網交換機除了在交換口數量上要滿足工程選型外，對于一般規模的智能化變電站都可以滿足容量的要求。

　　2.2 VLAN解決方案

　　上述已經明確了網絡上需要橫向傳輸的數據并不是全部數據，而是跨間隔保護或者其它設備需要的一部分，所以必須采用VLAN方案，即802.1p協議使其橫向通過需要的數據，不需要共享和跨間隔利用的數據就在本間隔縱向流通即可。其次數據流通需要優先級區分，IEC61850規范對變電站內的網絡上的數據進行了詳細的劃分，根據網絡信息的不同需求和要求，給予不同的報文不同的優先級。

　　2.2.1 VLAN劃分的幾種模式

　　基于端口的VLAN

　　基于MAC地址的VLAN

　　基于路由的VLAN

　　基于策略的VLAN

　　基于端口的VLAN劃分模式是最簡單、有效的方法，在智能化變電站網絡中得到了充分有效的應用。基于端口的VLAN模式是從邏輯上把交換機按照端口劃分成不同的虛擬局域網絡，使其在所需用的局域網絡上流通。

　　2.2.2 過程層網絡VLAN劃分原則

　　對于采樣值的處理：

　　電流合并器和其對應的裝置應該劃分到一個VLAN，且全站唯一;電流合并器應和其所在母線上的全部需要電壓的裝置劃分為一個VLAN且全站唯一。

　　GOOSE信息的處理：

　　采用IEC61850-9-2方式，對全站GOOSE信息統一分配一個VLAN，且全站唯一。當采用IEC61950-9-2方式時，考慮到和采樣值相比較，GOOSE的信息量非常少，不對其劃分VLAN也不會對網絡性能造成太大影響。

　　對時報文處理：

　　統一分配一個VLAN，默認為VLAN1。