IEC104规约在配电自动化系统中的应用研究.pdf

2013 年第 6 期 155 信息技术与信息化 研究与探讨 IEC104 规约全称为 IEC60870 5 104 是为适应 电力系统 包括能源管理系统 EMS 安全监控 和数据采集 SCADA 系统 配电自动化系统以及 其他公用事业而制定的系列传输规约 1 IEC104 规 约将 IEC60870 5 101 以下简称 IEC101 的应用层 与 TCP IP 提供的网络传输功能相结合 引用了 ITU TX 25 标准 包装了 APCI 传输接口 规定了冲突检测 和错误重传机制 确保规约的标准化和通信的可靠性 1 IEC104规约的通信过程 1 1 建立连接过程 TCP 连接和建立采用客户端 服务器端方式 由 客户端主动发起连接 服务器端被动等待连接 在配 电自动化系统中 一般情况下 每个 RTU 作为服务器 端 不断监测是否有客户进程发起连接请求 如有则 做出响应 主站作为客户端 先向其 TPC 发出主动 打开命令 表明要向服务器端口建立连接 7 1 2 启动数据传输 启动数据传输帧为 U 格式帧 当客户端与服务器 端建立连接后 客户端主动发送一个 STARTDT 指令激 活用户数据传输 只有 STARTDT 指令被确认后 服务 器端才可以上送数据 1 3 数据传输过程 当 STARTDT 指令被服务器端激活后 主站启动对 时命令 使主站与 RTU 终端时间同步 紧接着主站发 送总召唤命令 RTU 终端发送总召确认帧 然后发送 全遥信和全遥测帧 最后发送总召结束帧 激活结束 一般情况下 可每半个小时对时一次 每 15 分钟总 召一次 数据传输采用平衡方式 遥测是在主站总召和 RTU 遥测数据的变化超过死区值时上送 遥信是在主 站总召和 RTU 发生变位时上送 遥控是主站发送遥控 命令 RTU 进行遥控确认 执行并激活结束 传送优 先级从高到低依次为遥控 遥信 遥测 1 4 心跳测试 当通道处于空闲状态时 心跳报文用于维持主站 和 RTU 终端间的实连接 一般由主站定时发送 心跳 时间间隔可设置 1 5 错误重传机制 利用超时机制检测网络状态是实现应用 IEC104 稳定传输数据的一个基本方法 默认情况下 当发送 12 个 APDU 未收到确认报文应中止传输 当收到 8 个 APDU 应回应确认报文 因此 要分别对发送 接收 报文建立计数器进行计数 按照规约定义进行超时断 IEC104 规约在配电自动化系统中的应用研究 Application of IEC104 Protocol in Distribution Automation System 湛开云 冯 凯 刘明祥 ZHAN Kai yun FENG Kai LIU Ming xiang 摘 要 本文首先介绍了IEC104规约的通信过程 然后给出了规约的软件设计流程图以及采用XML语 言对规约的配置方法 结合配电自动化的实际应用 对配电网故障的检测和故障隔离进行了 简单说明 并给出了控制主站的遥控过程和报文实例 关键词 IEC104规约 配电自动化 应用研究 Abstract This paper introduces the communication process of IEC104 protocol at first gives the software design flow and the method of how to configure the protocol using XML language Combined with the practical application of the distribution automation the fault detection and isolation of distribution network are simply explained Lastly the remote control process and the protocol packets example are described in this paper Keywords IEC104 Protocol Distribution Automation Application and research doi 10 3969 j issn 1672 9528 2013 06 44 国电南瑞科技股份有限公司 江苏南京 210061 研究与探讨 信息技术与信息化 2013 年第 6 期 156 开处理 同时报文收发序列号的解析也至关重要 根 据报文的接收序列号 确认传输到对方的正确报文条 数 与已发送报文计数器比较 确认有无报文丢失 如果序列号不正确 就认为有报文丢失 要断开这条 连接 进行重连传输 2 软件程序设计与配置 2 1 软件程序设计流程 图 1 是基于 IEC104 规约的 RTU 通信软件主线程 数据流程图 软件设计涉及到基于 TCP IP 的网络编 程 为了实现电力系统的快速响应性 我们采用了 Linux 下多线程技术 如数据采集 通信规约 液晶 显示 告警处理 数据存储 任务管理等线程 每 个线程独立运行 互不影响 同时也提高了 CPU 的使 用率 让程序的运行速度加快 这里采用 Microsoft Visual Studio 2010 软件实现网络编程 图1 IEC104规约软件设计流程图 规约程序采用模块化设计 ProtocolMainTask 是规约主程序模块 InitProtocol 规约初始化 模块主要用于初始化规约变量 加载配置文件等 RecvProcess 接收处理程序 模块主要负责报文接 收处理 解析 存储等 SendProcess 发送处理程序 模块主要用于报文组装 发送等 TcpIpProcess 通 道连接处理 模块主要负责通道监听 连接等 2 2 用 XML 语言进行规约配置 由于各个省对规约中遥信遥测上送的类型 信息 体地址 传送原因 字节数等信息要求不一致 这就 要求我们对所需的信息进行灵活配置 我们采用扩展 标记语言 Extensible Markup Language XML 对规 约进行配置 XML 是一种简单的数据存储语言 可以 用来标记数据 定义数据类型 是一种允许用户对自 己的标记语言进行定义的源语言 同时它具有内容和 结构分离 互操作性强 规范统一 支持多种编码格 式等特点 广泛应用在 Windows Mac OS Linux 以 及其他平台下 以下是一个 RTU 的配置实例 01 09 0 x0001 0 x6001 0 3 03 IEC104Frame log true 50 每次程序启动后会自动加载并解析配置文件 程 序根据解析出来的数据发送相应的报文 采用 XML 数 据可视化程度高 也利于图形化界面的开发 3 基于IEC104规约的配电自动化实例 图 2 是江苏某现场配电自动化示意图 QF1 Q11 Q12 QF2 Q21 Q22 处于合闸状态 Qt 处于断 开状态 控制主站为客户端 各 RTU 终端为服务器端 2013 年第 6 期 157 信息技术与信息化 研究与探讨 通讯介质为 EPON 无源光网络 为保证网络方式运行 的安全 稳定 可靠 主站应对每个终端单独进行画 面 数据库 报表的定义 在多客户端访问的情况下 终端若发现 IP 重复 应拒绝执行控制命令 图2 配电自动化示意图 当 K 处发生永久性接地故障后 QF1 Q11 检测 到故障电流跳闸重合 QF1 重合成功 Q11 重合失败 处于跳闸闭锁状态 主站判断 QF1 和 Q11 检测到故障 电流 而 Q12 没有检测到故障电流 判断故障发生在 Q11 和 Q12 之间 远方控制开关 Q12 断开 合上联络 开关 Qt 使故障处于隔离状态 最大可能缩小停电 范围 用 IEC104 规约控制一次开关过程如图 3 所示 图3 用IEC104规约控制一次开关过程 遥控报文如下 主站 终端 68 0E 3C 20 68 01 2E 01 06 00 01 00 01 60 00 82 双点遥控合预置 终端 主站 68 0E 68 01 3E 20 2E 01 07 00 01 00 01 60 00 82 预置确认 主站 终端 68 0E 3E 20 6A 01 2E 01 06 00 01 00 01 60 00 02 双点遥控合执行 终端 主站 68 0E 6A 01 40 20 2E 01 07 00 01 00 01 60 00 02 执行确认 终端 主站 68 0E 6C 01 40 20 2E 01 0A 00 01 00 01 60 00 02 遥控执行结束帧 为了保证遥控的成功率 遥控执行前必须先进行 遥控预置 遥控预置成功后才可以进行遥控执行 否 则应拒绝执行命令 避免了因遥控返校错误或误操作 而导致的开关误动 4 结束语 目前 电力自动化技术 计算机网络技术以及 光纤通信技术蓬勃发展 国家电网公司对配电自动化 水平的要求是越来越高 为适应新技术的发展 基于 IEC104 规约的网络通信方式改变了配电自动化系统中 传统的利用串口通讯机制进行实时数据传输 取而代 之的是利用计算机网络技术进行调度 相比于以前的 远动技术 更加可靠 简单 经济 因此采用 IEC104 规约符合电力技术的发展要求 对促进配网自动化 保证配电网安全运行具有积极的意义 参考文献 1 王雷 史金伟 IEC104 规约中程序化控制的扩 展应用 J 供用电 2012 4 52 54 2 梁竹靓 韩兵 彭永 IEC60870 5 104 规约在 分布式电力监控系统中的应用 J 电力系统 保护与控制 2011 4 124 127 3 鞠阳 张惠刚 IEC60870 5 104 远动规约的设 计及其应用 J 继电器 2006 17 55 58 4 陈众 周鸿艳 IEC60870 5 104 规约在配电 自动化系统的应用与测试 J 电