一种高压开关设备网络架构
阅读说明：本技术 一种高压开关设备网络架构 (Network architecture of high-voltage switch equipment ) 是由 王晓明 林翔宇 李文伟 宋益 苏毅 芦宇峰 彭博雅 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高压开关设备网络架构,所述网络架构采用光纤环网拓扑结构,网络架构上的设备节点通过自身携带的两个接入端口接入光纤环网,通过两个接入端口可以同时向环网顺时、逆时方向发送或接收数据,当其中任一个设备节点出现故障时也不影响数据的收发,达到通信零延时恢复的效果。同时,每个设备节点设有唯一的ID号,并建立设备ID与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系,各设备节点间采用goose协议传输实时命令和状态,采用SV协议传输实时采样数据,采用TCP/IP协议进行软件维护升级、运行信息上送等,实现了各设备节点在环网上即插即用、免配置效果。(The invention provides a network architecture of high-voltage switch equipment, which adopts an optical fiber ring network topological structure, equipment nodes on the network architecture are accessed into an optical fiber ring network through two access ports carried by the equipment nodes, data can be sent or received to the ring network in the clockwise direction and the anticlockwise direction through the two access ports, and when any equipment node fails, the data receiving and sending are not influenced, so that the effect of zero-delay recovery of communication is achieved. Meanwhile, each equipment node is provided with a unique ID number, the mapping relation between the equipment ID and the equipment node source MAC address as well as between the equipment node and the IP address is established, real-time commands and states are transmitted among the equipment nodes by adopting a goose protocol, real-time sampling data is transmitted by adopting an SV protocol, software maintenance upgrading, running information uploading and the like are carried out by adopting a TCP/IP protocol, and the plug-and-play and configuration-free effects of the equipment nodes on a ring network are realized.)
技术领域
本发明涉及变电站设备控制网络领域，尤其涉及一种高压开关设备网络架构。
背景技术
在目前国内智能变电站中，开关智能化主要体现在智能终端等智能组件的应用。通过在开关旁边的汇控柜安装就地的智能组件，将传统电缆传输的信号转换为光纤信号与保护、测控等二次设备进行交互，消除了汇控柜与控保设备间的电缆以及电缆相关的问题。与此同时，一次开关设备本体与汇控柜之间仍然采用数量庞大的电缆作为信号传输的载体，通过在汇控柜中安装的分立继电器等元件实现开关、隔离开关/接地开关的控制回路和联闭锁等回路。这些信号回路的电缆数量在一个间隔可以达到数百芯之多，一个变电站则要达到上万芯，这些电缆如何连接的工作重要而又复杂，消耗了设计单位、制造单位、施工和调试单位大量的时间和精力。由于联闭锁等要求的差异导致目前电缆回路缺乏标准化，不同厂家、不同工程及同一个工程不同间隔的接线均不相同，严重影响了工程设计、设备制造、现场安装调试和后期运维的效率。
目前敞开式开关电缆的铺设、连接与调试需要在变电站建设现场进行，使得这部分的工作量和工作质量难以控制，有些变电站甚至在运行数年后还发生由于电缆接线错误导致的运行事故。数量庞大的电缆，在运行过程中存在电磁兼容、接线松动、电缆接头长期氧化老化导致接触不良或漏电接地等风险。电缆故障严重时则可能造成事故时开关拒动，威胁电网安全稳定运行，同时也将造成极大的经济损失。
如何简化智能变电站的运行维护、及时消除设备隐患、保障电网的安全稳定运行是当前智能变电站的发展方向，也是各电网公司近期变电站建设方案研究的重点，用光纤代替电缆，彻底消除大量电缆带来的问题，实现各个开关部件间的即插即用，是目前智能变电站建设迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种高压开关设备网络架构，所述网络架构采用光纤环网拓扑结构，网络架构上的设备节点通过自身携带的两个接入端口接入光纤环网，当其中任一个设备节点出现故障时也不影响数据的收发。同时，每个设备节点设有唯一的ID号，并建立设备ID与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系，各设备节点间采用goose协议、SV协议和TCP/IP协议进行通讯，实现了各设备节点在环网上即插即用、免配置效果。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高压开关设备网络架构，包括若干个设备节点，所述设备节点中设有端口A和端口B；所述设备节点之间通过端口A和端口B相互连接形成环形拓扑网络；所述设备节点采用全双工模式运行以实现端口A和端口B均可发送和接收数据帧报文。
进一步的，所述设备节点设有LRE模块；所述LRE模块包括交换逻辑单元、接收单元和发送单元；所述交换逻辑单元分别与所述接收单元、发送单元、端口A和端口B连接。
进一步的，所述设备节点还设有上层协议，所述上层协议包括网络层；所述网络层分别与所述接收单元和发送单元连接。
进一步的，所述发送单元具有增加环网标签和生产重复数据帧报文的功能；所述接收单元具有去重复数据帧报文和环网标签的功能；所述交换逻辑单元具有判断数据帧报文目的节点是否本节点的功能。
进一步的，所述设备节点之间的相互连接采用光纤连接。
进一步的，所述数据帧报文包括实时报文、管理报文和对时报文。
进一步的，所述设备节点中设有设备ID号，并设有所述设备ID号与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系。
进一步的，所述设备节点采用goose协议传输实时命令和状态信息；所述设备节点采用SV协议传输实时采样数据；所述设备节点采用TCP/IP协议进行软件维护升级和运行信息发送。
进一步的，所述设备节点具备通信自协商功能以获取SV和goose协议控制块参数的变化，从而完成自适应通信收发。
进一步的，所述设备节点包括综合控制分析单元、智能采集执行单元、断路器智能控制模块和刀闸智能控制模块。
本发明提供一种高压开关设备网络架构，所述网络架构采用光纤环网拓扑结构，网络架构上的设备节点通过自身携带的两个接入端口接入光纤环网，通过两个接入端口可以同时向环网顺时、逆时方向发送或接收数据，当其中任一个设备节点出现故障时也不影响数据的收发，达到通信零延时恢复的效果。同时，每个设备节点设有唯一的ID号，并建立设备ID与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系，各设备节点间采用goose协议传输实时命令和状态，采用SV协议传输实时采样数据，采用TCP/IP协议进行软件维护升级、运行信息上送等，实现了各设备节点在环网上即插即用、免配置效果。
附图说明
图1为高压开关设备网络架构示意图；
图2为设备节点内部通信架构示意图；
图3为设备节点发送数据帧报文示意图；
图4为设备节点接收数据帧报文示意图；
图5为设备节点转发数据帧报文示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
如图1所示为一种高压开关设备网络架构示意图，所述网格架构采用光纤环网拓扑结构，包括若干个双连接的设备节点，每个节点是一个DANE(Double Attached Nodewith EAN Protocol)，每个设备节点设有两个以太网接入端口A、端口B与光纤环网相连，并以全双工模式运行实现两个端口均可发送和接收数据帧报文，每个设备节点在环网上可自动适应、即插既用。当环网上的一个设备节点作为发送节点在环网上发送数据时，发送设备节点往环网上顺时、逆时两个方向均发出核心内容相同的数据帧报文，当环网上某一个传输设备节点出现线路故障时，环网上的接收设备节点仍能接收到由另一方向的路径传递过来的数据帧报文，保证了通信冗余和可靠。当出现故障的传输设备节点线路恢复时，接收设备节点将接收到两个有效的数据帧报文，通过数据帧报文中的报文序号可以有效识别哪些数据帧报文互为冗余报文，并选择其中一个数据帧报文进行处理，使所述开关控制设备网络可以达到通信零延时恢复的效果。
具体实施中，所述设备节点的内部通信架构如图2所示，所述设备节点包含上层协议和LRE(Link Redundancy Entity链路冗余实体)模块，与常规的网络节点的主要差别在于增加了图中虚线下方的LRE(Link Redundancy Entity链路冗余实体)模块。所述上层协议包括应用层、传输层和网络层，其中传输层分别与应用层和网络层连接；所述LRE模块包括接收单元、发送单元、交换逻辑单元，其中接收单元和发送单元分别与网络层连接，交换逻辑单元分别与接收单元和发送单元连接，端口A和端口B分别与交换逻辑单元连接；所述接收单元具有去重复数据帧报文和环网标签的功能，所述发送单元具有增加环网标签和生产重复数据帧报文的功能，所述交换逻辑单元具有判断数据帧报文目的节点是否本节点的功能。
具体实施中，所述LRE模块在设备节点处于不同属性时完成不同的功能；如图3所示当设备节点作为发送节点工作时，发送单元将网络层发送来的数据帧报文根据网络标准协议插入环网标签，生成重复数据帧报文然后发送给交换逻辑单元，交换逻辑单元把接收到的两个数据帧报文根据环网标签中的局域网路径参数转发到端口A和端口B，由端口A在环网上沿顺时方向发送，由端口B在环网上沿逆时方向发送。
具体实施中，如图4所示为当设备节点作为接收节点工作时，端口A和端口B接收到环网上发来的数据帧报文后并传递交换逻辑单元，交换逻辑单元判断本节点是最终接收节点后将数据帧报文传给接收单元，接收单元根据报文中的环网报文序号可以有效识别报文是否互为冗余报文，若是并选择其中一个报文进行处理、另一个舍弃，去掉重复数据帧报文和环网标签后把数据帧报文传递给网络层。
具体实施中，如图5所示为当设备节点作为转发节点工作时，端口A或端口B接收到环网上传送来的数据帧报文后传递给交换逻辑单元，交换逻辑单元判断本节点不是最终接收节点时则将数据帧报文传递给另一端的端口B或者端口A，沿环网的另一外方向发送出去。
具体实施中，为实现环网内部的设备节点可以即插即用，每个设备节点的通信架构采用标准化建模，实现内部虚端子的标准化，以达到信息交互免配置效果。同时设备节点间的信息交互内容是标准化的，唯一需要设置的是设备节点在环网网络中的固定地址，并将设定的地址转换为通信参数进行发送，设备节点间的交互通信方式采用实时报文、管理报文和对时报文等三合一的方式进行，实现了各个设备节点插入光纤就能够自动做到设备节点间信息交互的即插即用效果。
具体实施中，设备节点具有唯一的标识为设备ID号，建立设备ID与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系，在有多个环网通过过程层网络相互连接时，通过设备ID可以区分不同环网内的设备节点，由此需要对设备节点唯一的操作就是设备ID定值整定。
具体实施中，设备节点通过goose协议传输实时命令和状态，通过SV协议传输实时采样数据，通过TCP/IP协议进行软件维护升级、运行信息上送等。
具体实施中，SV/goose等通信配置发生变化时，设备节点具备通信自协商功能，通过协商获取SV/goose控制块参数的变化，从而完成自适应通信收发。
具体实施中，所述设备节点包括综合控制分析单元、智能采集执行单元、断路器智能控制模块、刀闸智能控制模块。
本发明提供一种高压开关设备网络架构，所述网络架构采用光纤环网拓扑结构，网络架构上的设备节点通过自身携带的两个以太网接入端口接入光纤环网，通过两个以太网接入端口可以同时向环网顺时、逆时方向发送或接收数据，当其中任一个设备节点出现故障时也不影响数据的收发，达到通信零延时恢复的效果。同时，每个设备节点设有唯一的ID号，并建立设备ID与设备节点源MAC地址、发布订阅组播地址和IP地址之间的映射关系，各设备节点间采用goose协议传输实时命令和状态，采用SV协议传输实时采样数据，采用TCP/IP协议进行软件维护升级、运行信息上送等，实现了各设备节点在环网上即插即用、免配置效果。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。