工业以太网交换机扎根电力应用

　　构建符合IEC61850的现代数字化变电站

　　众所周知，随着变电站自动化技术和现代网络通信技术的发展，IEC61850标准已成为近年来数字化变电站自动化研究的热点问题之一。所谓数字化变电站，就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。传统以来，国内主流的变电站自动化系统中广泛采用的是国际电工委员会IEC于1997年颁布的继电保护信息接口配套标准IEC60870-5-103规约。由于该规约制定时间较早，受技术条件的限制，在以太网和智能数字化设备迅速发展的今天，其缺陷日益明显，如：

　　（1）没有定义基于以太网的通信规范。

　　（2）没有标准的系统功能、二次智能设备的模型规范。

　　（3）缺乏权威的一致性测试。

　　（4）不支持元数据传送，没有统一的命名规范。

　　上述缺陷直接导致变电站自动化系统在建设过程中不同厂家设备之间互操作性较差，不同厂家设备之间互联需要规约转换设备，需要进行大量的信息对点工作，变电站自动化系统集成工作量增加，系统信息处理效率低下。

　　因此不难看到，随着变电站二次设备及系统的发展，设备一体化、信息一体化已成为必然的趋势，迫切需要一个统一的信息平台实现整个自动化系统。为了统一变电站通信协议，统一数据模型，统一接口标准，实现数据交换的无缝连接，实现不同厂家产品的互操作，减少数据交换过程中不同协议间转换时的浪费，IEC TC57工作组在IEEE协议UCA2.0基础上，组织制定了IEC61850——变电站通信网络和系统系列标准，并于2004年正式发布。

　　IEC61850 是全世界唯一的变电站网络通信标准，目前IEC61850标准已被等同引用为我国电力行业标准（DL/T860系列）。作为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准，当前该标准以引起相关电力产品国内外生产商的高度重视，并提出IEC 61850的发展方向是实现“即插即用”，在工业控制通信上最终实现“一个世界、一种技术、一个标准”。

　　作为IEC 61850系列标准的重要部分，IEC 61850-3则详细定义了变电站网络通信设备需求的环境和抗电磁干扰等条件要求，因而受到了目前包括赫思曼、MOXA、罗杰康、格雷特、卓越信通 TSC、东土、西门子等著名工业以太网交换机提供商的强烈关注和产品更新。

　　IEC 61850标准要求、认证及其产品进展

　　IEC61850 是一个关于变电站自动化系统结构和数据通信的国际标准，其目的是使变电站内不同厂家的智能电子设备（IED）之间通过一种标准（协议）实现互操作和信息共享。电力行业尤其是变电站环境对数字化网络通信的要求是非常苛刻的。按照IEC 61850系列标准的要求，工业以太网交换机产品至少要满足其中的功能性要求、电磁兼容设计要求、宽温环境要求和机械结构验证等四大类要求。

　　功能性方面，最重要的至少有两点，一是要求工业以太网交换机能够支持快速转发和QoS服务质量以保证IEC61850标准中重要的GSE/GOOSE数据包得到实时的传输，并且能够支持组播通信管理IGMPsnooping。二是工业以太网交换机必须能够支持构建冗余的网络拓扑例如环网架构以提高拓扑的可靠性，并且同时能够提供极短的网络故障恢复时间。此外还包括像VLAN、优先级和快速生成树等技术功能测试要求。

　　在电磁兼容设计方面，工业以太网交换机要能够通过包含电击、雷击和其他电磁干扰测试；在宽温环境要求方面，交换机设备必须在-40℃～85℃的极端温度环境下可以正常工作；在机械结构要求方面，交换机设备还要通过专业第三方的振动和冲击耐受度测试。
　　要表明符合上述IEC61850和IEEE1613标准，必须通过第三方权威测试机构认证。在电力产品测试领域，来自荷兰的KEMA无疑是鼎鼎大名的独立测试机构之一。KEMA 成立于 1927 年，最初为荷兰电力行业在阿纳姆的测试机构。在其长达80多年的历史中，KEMA 作为测试机构在国际上一直享有盛誉，其Dutch KEMA-KEUR 标志拥有很高的知名度，并且还拥有其他数十种质量标志。目前KEMA拥有 1500 多位专家，已经为全球 70 个 国家的大约 500 家公共事业单位提供了能源咨询和技术实施服务。

　　目前从中国市场的交换机产品来看，越来越多的工业以太网交换机提供商在推出符合电力行业IEC61850标准的产品，德国赫思曼、台湾MOXA科技、加拿大罗杰康和美国格雷特无疑算是其中的佼佼者，都有代表性产品（如赫思曼的MICH1000系列、罗杰康的RSG2100系列、Moxa的PT全系列产品）率先通过了各个独立测试机构认证，宣布符合上述标准。

　　工业以太网交换机的行业未来

　　在对通信产品的行规方面，除了变电站通信领域的 IEC61850系列标准，还有诸如面向交通控制通信领域的NEMA TS2规范——美国电气制造商协会制定发布的道路交通信号控制器设计、制造、测试的标准。因此，正如笔者曾在本刊8月号杂志的编者寄语中所言，“工业以太网交换机将进入专业细分阶段。” 行业专用性提升了这一市场的进入门槛，尤其是在像输变电这样的高端应用市场，未来真正能够有所斩获的厂商必然是未雨绸缪，紧紧靠拢国际行业标准，不断开发符合行规标准的产品的领先供应商们。