淺析IEC60870-5-104規(guī)約的變電站、發(fā)電廠接入技術(shù)要求

汪燕鄒宇

(1.四川省電力公司資陽(yáng)公司，四川 資陽(yáng) 641300；2.四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

引言

IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約 (簡(jiǎn)稱 IEC 104規(guī)約)作為采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-101遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，是國(guó)際電工委員會(huì)電力系統(tǒng)控制及其通信技術(shù)委員會(huì)根據(jù)形勢(shì)發(fā)展的要求制定調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了IEC60870-5-101的應(yīng)用層與TCP/IP提供的傳輸功能的結(jié)合。因?yàn)槠潇`活、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，但由于104規(guī)約在制定過(guò)程中預(yù)留的可定制項(xiàng)較多，不同廠家、設(shè)備的規(guī)約解釋與處理方式不盡相同，給廠站遠(yuǎn)動(dòng)信息接入帶來(lái)了一定困難。為提升電網(wǎng)廠站自動(dòng)化信息接入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)要求，制定符合各地區(qū)實(shí)際情況的廠站端設(shè)備要求及統(tǒng)一的規(guī)約規(guī)范就顯得尤為重要。

1.IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約簡(jiǎn)述

IEC-60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約使用的參考模型源出于開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)的ISO-OSI參考模型，但它只采用其中的5層，其結(jié)構(gòu)如下圖所示

可見(jiàn)，IEC60870-5-104實(shí)際上是將IEC60870-5-101與TCP／IP提供的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能相組合，使得IEC60870-5-101在TCP／IP內(nèi)各種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型都可使用。在5層參考模型中，IEC 104實(shí)際上處于應(yīng)用層協(xié)議的位置；為了保證可靠地傳輸遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，IEC 104規(guī)定傳輸層使用的是TCP協(xié)議，對(duì)應(yīng)的端口號(hào)是TCP端口2404，并且此端口號(hào)已經(jīng)得到IANA（互聯(lián)網(wǎng)地址分配機(jī)構(gòu)）的確認(rèn)。

2.物理層要求。RJ45或光纖接口，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。

3.傳輸層要求

3.1.傳輸規(guī)則。采用平衡式傳輸方式，鏈路的連接由控制站發(fā)起。端口號(hào)：2404。

3.2.連接過(guò)程

可同時(shí)與多個(gè)被控站建立鏈接，并啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送總召喚命令。被控站應(yīng)能同時(shí)響應(yīng)。被控站可配置授權(quán)地址，使用授權(quán)地址外的TCP訪問(wèn)，被控站應(yīng)拒絕。

3.3.啟/停傳輸機(jī)制的應(yīng)用

鏈路重建后,被控站處于STOPDT狀態(tài)，此時(shí)不允許上傳任何I格式信息幀，直到收到控制站的STARTDTact命令，數(shù)據(jù)信息傳輸開(kāi)始；收到控制站的STOPDTact命令，數(shù)據(jù)信息傳輸停止。被控站處于STOPDT狀態(tài)（回復(fù)STOPDT CON）期間，如收到控制站發(fā)送的I幀和S幀，應(yīng)掛斷TCP連接。但應(yīng)可完成U格式信息幀的傳輸，即發(fā)送或響應(yīng)TEST命令。

3.4.發(fā)送序號(hào)及接收序號(hào)的應(yīng)用

控制站持續(xù)發(fā)送總召喚，且當(dāng)控制站確認(rèn)的接收序列號(hào)為1時(shí)，不發(fā)生TCP掛斷的情況。

若控制站→被控站的報(bào)文丟失（模擬發(fā)送序號(hào)錯(cuò)），被控站應(yīng)主動(dòng)關(guān)閉TCP連接。

3.5.超時(shí)時(shí)間的判斷

1）T1相關(guān)判斷

被控站發(fā)送I幀，T1后應(yīng)掛斷TCP；被控站發(fā)送U 幀（TESTFR），T1后應(yīng)掛斷 TCP；被控站發(fā)送多幀I幀后（SOE和遙信變位），控制站確認(rèn)其中一部分（接收序列號(hào)小于被控站發(fā)送序列號(hào)），T1應(yīng)從該幀后一幀開(kāi)始計(jì)時(shí)，直至掛斷；T1掛斷后，未確認(rèn)的所有SOE應(yīng)被重發(fā)（重發(fā)SOE并不是指整條報(bào)文原樣重發(fā)，只是指ASDU重發(fā)，控制域中的發(fā)送與接收序列號(hào)在重連后要清0重新開(kāi)始記數(shù)）。

2）T3相關(guān)判斷

控制站發(fā)送S幀確認(rèn)后，被控站T3后發(fā)送TESTFR；控制站的T3設(shè)置比被控站短，則被控站應(yīng)在收到TESTFR ACT后重啟T3（即不再發(fā)送TESTFR）；TCP建立后，控制站不發(fā)送STARTDT，被控站在T3后發(fā)送TESTFR。

3）K值相關(guān)判斷

啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸后，被控站主動(dòng)上送遙信變位或遙測(cè)變化報(bào)文，控制站不應(yīng)答S幀或I幀，觀測(cè)是否到達(dá)K值時(shí)，被控站不再繼續(xù)發(fā)送I格式報(bào)文，且在控制站回復(fù)S幀確認(rèn)后，繼續(xù)上送緩存的I幀，確保不丟失變位和SOE事件。

4.應(yīng)用層要求

4.1 ASDU格式。ASDU公共地址長(zhǎng)度2個(gè)字節(jié)；信息對(duì)象地址3個(gè)字節(jié)；傳送原因2個(gè)字節(jié)，若未用到源發(fā)地址，設(shè)為0。ASDU類(lèi)型：ASDU1/3/5/9/11/13/30/31/70（監(jiān)視方向）；ASDU45/46/48/49/50/136/（控制方向）；ASDU100/103/105/107（控制方向）。

4.2.初始化過(guò)程

被控站就地初始化：被控站重啟后等待控制站發(fā)送請(qǐng)求鏈路狀態(tài)、復(fù)位鏈路命令，完成鏈路初始化和應(yīng)用初始化后，上送ASDU70表示初始化結(jié)束。被控站遠(yuǎn)方初始化：控制站向被控站發(fā)送ASDU105復(fù)位進(jìn)程命令，被控站回復(fù)ASDU105進(jìn)行確認(rèn)，在完成復(fù)位后，等待與控制站重建鏈路，并在初始化后上送ASDU70表示由復(fù)位引起的初始化過(guò)程結(jié)束?？刂普九c被控站通信中斷，由主站再次進(jìn)行鏈路初始化后不需上送ASDU70。

4.3.查詢方式獲取數(shù)據(jù)過(guò)程ASDU9、11、13、30、31，COT=3 為二級(jí)數(shù)據(jù)，即事件順序記錄（SOE）和模擬量變化（遙測(cè)越限等）屬于二級(jí)用戶數(shù)據(jù)，在控制站進(jìn)行的二級(jí)數(shù)據(jù)召喚中，即可上送。其他均為一級(jí)數(shù)據(jù)。被控站上送一級(jí)數(shù)據(jù)前，應(yīng)先置ACD位為1，在控制站請(qǐng)求一級(jí)數(shù)據(jù)后上送。一級(jí)用戶數(shù)據(jù)優(yōu)先于二級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行上送，在無(wú)二級(jí)數(shù)據(jù)時(shí)，一級(jí)用戶數(shù)據(jù)可在響應(yīng)二級(jí)數(shù)據(jù)召喚命令時(shí)上送。

4.4.事件的獲取過(guò)程被控站支持突發(fā)（COT=3）的遙測(cè)和遙信的傳輸方式（遙測(cè)一次傳輸：不帶時(shí)標(biāo)，遙信兩次傳輸：遙信變位和 SOE）。采用長(zhǎng)時(shí)標(biāo)CP56Time2a的ASDU作為SOE。在通信中斷期間產(chǎn)生的遙信變位和遙測(cè)越限，在通信恢復(fù)后應(yīng)只上送未上送的SOE，并將遙信和遙測(cè)刷新為最新?tīng)顟B(tài)，等待主站總召喚。

4.5.站召喚過(guò)程

采用控制站定時(shí)和初始化后發(fā)送站召喚的方式。狀態(tài)量信息在響應(yīng)站召喚的過(guò)程中應(yīng)最先上送?？刹捎梅纸M召喚，對(duì)各組內(nèi)容進(jìn)行定義。在收到控制站對(duì)未配置的組號(hào)進(jìn)行的分組召喚命令時(shí)，被控站應(yīng)回復(fù)否定確認(rèn)。站召喚信息采用SQ=1的壓縮傳輸方式。站召喚過(guò)程中，被控站應(yīng)能處理高優(yōu)先級(jí)的其他控制站側(cè)命令（如遙控）；被控站應(yīng)能優(yōu)先插入傳送狀態(tài)變位事件，但后續(xù)站召喚報(bào)文中的狀態(tài)應(yīng)同時(shí)更新。站召喚過(guò)程中如果收到控制站的新站召喚命令，應(yīng)響應(yīng)新的站召喚命令，停止當(dāng)前站召喚響應(yīng)。

4.6.延時(shí)獲取過(guò)程

“傳輸延時(shí)”作為被控站的時(shí)間校正參數(shù)，由控制站通過(guò)"“傳輸延時(shí)獲取”過(guò)程發(fā)給被控站，該參數(shù)應(yīng)在被控站予以保存并作為時(shí)鐘同步的校正參數(shù)之一。該過(guò)程應(yīng)在控制站或被控站初始化結(jié)束并站召喚完成后立刻進(jìn)行，并隨后進(jìn)行時(shí)鐘同步；以后除非出現(xiàn)時(shí)鐘超差的情況，否則在周期的時(shí)鐘同步過(guò)程中不執(zhí)行該過(guò)程。如果出現(xiàn)時(shí)鐘超差，控制站除執(zhí)行"傳輸延時(shí)獲取"過(guò)程之外，還應(yīng)予以告警。

4.7.時(shí)鐘同步過(guò)程

時(shí)鐘同步過(guò)程只作為系統(tǒng)GPS校時(shí)的備用手段，要求在控制站具備對(duì)各被控站校時(shí)命令的屏蔽功能，在被控站具備對(duì)控制站的校時(shí)命令的屏蔽功能（即屏蔽后如接受到校時(shí)命令，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)用層否定確認(rèn)（ASDU103，COT=7，P/N=1）），但需將當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘返送回控制站，以獲得控制站與被控站址之間的時(shí)鐘差。支持調(diào)度規(guī)約校時(shí)的RTU設(shè)備在初始化之后，對(duì)于所有時(shí)鐘同步之前上傳的帶時(shí)標(biāo)的信息，其時(shí)標(biāo)信息的invalid(無(wú)效)應(yīng)該置位為1；如果在24小時(shí)內(nèi)被控站未接受到控制站的校時(shí)命令，則invalid同樣應(yīng)該置位為1。

4.8.遙控過(guò)程、遙調(diào)過(guò)程。

遙控采用選擇、執(zhí)行兩個(gè)過(guò)程，支持撤銷(xiāo)過(guò)程；設(shè)定命令和多點(diǎn)設(shè)定命令（ASDU136）采用直接執(zhí)行過(guò)程；遙控和設(shè)定命令均采用執(zhí)行結(jié)束（COT=10）過(guò)程?？刂普驹诎l(fā)出"選擇命令"報(bào)文之后，如果在規(guī)定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到返回確認(rèn)信息，則取消本次操作，并對(duì)隨后可能返回的確認(rèn)信息不予處理；在"選擇確認(rèn)"信息返回前，被控站允許上送其它各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)文。被控站在收到"選擇命令"報(bào)文之后，如果在規(guī)定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到"執(zhí)行命令"報(bào)文，被控站應(yīng)結(jié)束當(dāng)前的選擇和執(zhí)行命令控制過(guò)程，并對(duì)隨后可能收到了"執(zhí)行命令"予以否定確認(rèn)應(yīng)答。在被控站的前一個(gè)選擇/中斷/執(zhí)行過(guò)程結(jié)束(包括超時(shí))前，該被控站不能執(zhí)行新的選擇/取消/執(zhí)行命令，但異種命令（如控制命令和設(shè)定值命令）間不受此規(guī)定限制，即遙控命令進(jìn)行時(shí)應(yīng)允許同時(shí)進(jìn)行設(shè)定值命令。在控制站的一個(gè)選擇/取消/執(zhí)行過(guò)程結(jié)束(包括超時(shí)、被否定應(yīng)答)前，不能發(fā)出新的選擇/執(zhí)行過(guò)程，但異種命令（如控制命令和設(shè)定值命令）間不受此規(guī)定限制，即遙控命令進(jìn)行時(shí)應(yīng)允許同時(shí)進(jìn)行設(shè)定值命令。在收到"執(zhí)行命令"報(bào)文后，被控站的應(yīng)用功能檢查被尋址的命令輸出是否被閉鎖，如果檢查有效，被控站可回復(fù)"執(zhí)行確認(rèn)"的肯定確認(rèn)報(bào)文，否則應(yīng)響應(yīng)"執(zhí)行確認(rèn)"的否定確認(rèn)（傳送原因P/N位置1）。

結(jié)語(yǔ)

IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約作為電力系統(tǒng)變電站、發(fā)電廠自動(dòng)化傳輸規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)，其開(kāi)放性、實(shí)時(shí)性、可靠性方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯，但在工程實(shí)踐上尚存在一些問(wèn)題。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際情況，對(duì)變電站、發(fā)電廠104規(guī)約提出統(tǒng)一接入要求，對(duì)提高其標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，如何利用現(xiàn)有規(guī)約，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容更豐富的應(yīng)用功能，提高其應(yīng)用范疇也是值得進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

[1]趙淵,沈智健.基 TCP/IPIEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2003,27(10).

[2]吳滌；楊常府；趙瑞航.IEC 870-5-101遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用與實(shí)踐[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2002,(02).

[3]DL/T634.5104-2002,遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)[S].