电力远动规约的比较与分析

2023-02-26

1 我国远动传输规约的现状

随着在电力系统自动化飞速发展, 为了保证不同厂家之间设备的兼容性, 从上个世纪90年代开始, IEC第57技术委员会陆续推出了一系列的国际标准。在改革开放过程中我国分别引进了多种远动规约, 由于各种规约本身的数据格式都不相同, 相互之间各不兼容, 这就给接口的开发带来了较大的困难, 必须要加各种规约的转换器, 同时也加大了运行中的维护工作量。并且就是对同一个规约, 各厂商所使用的硬件设备和开发的软件也不完全相同, 同样存在着不兼容的可能性。远动规约的互不兼容给电网调度和远动信息的传输带来了很大的障碍, 而且这也不符合国际上统一规约的潮流和趋势, 没有达到人们预期的目的。电网调度及配电自动化的远动传输规约问题引起了人们的极大关注, 并出现了各种提议, 这种形势迫使我们必须要选择一种规约作为行业或国家标准, 使之成为一个统一的目标。

2 几种主要远动规约的特性比较

2.1 各规约特性简述

2.1.1 DNP3.0规约

DNP (Distr ibuted Network P rotocol, 分布式网络规约) 3.0规约由GE-HARRIS公司加拿大Calgary控制分部在1993年开发, 是目前在欧洲及北美比较流行的一种开放性结构的规约, 在国内也已成为主流性通信规约之一。同时该规约属于问答式 ( (Polling) 规约, 适用于点对点和多点共线的远动通道结构。

2.1.2 SC1801规约

SC (System Control, 系统控制) 1801规约根据美国SCI公司SC-RTU通信规约, 结合CSC2000综合自动化系统的特点编译而成, 为了保持和SC-RTU的一致性, 规约通信帧格式部分完全保持了原规约的面貌。同样属于问答式 ( (Polling) 规约, 适用于点对点和多点共线的远动通道结构。

2.1.3 CDT规约

CD T采用可变帧长度、多种帧类别循环传送、变位遥信优先传送, 重要遥测量更新循环时间较短, 区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送信息, 以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。信息按其重要性有不同的优先级和循环时间。

2.1.4 IEC60870-5-101规约

IE C608 70-5-1 0 1规约为两个具有永久连接电路的主站与子站间传输基本远动信息提供了一套通信协议集。本规约亦属于问答式 ( (Polling) 规约, 适用于点对点、多个点对点、多点共线、多点环形和多点星形网络配置的远动通道结构。

2.2 各规约的比较分析

由上面各规约的简介, 我们可以对它们进行分析和比较。

(1) CDT规约传输方式简单、功能单一、易懂, 便于实现, 这是它的优点。但正是因为它的功能简单, 并且它仅仅能适用于点对点的通道结构, 这对于电网调度来说矛盾还不是那么突出, 而对厂站端越来越复杂的系统来说, 显然不能满足要求, 正被处于逐步淘汰当中。

(2) SC1801的帧格式并未采用IEC60870-5-1中定义的传输帧格式, 作为一种非主流的格式, 它在应用中必然存在着与其它规约和系统难以兼容的问题。另外, SC1801仅具有远动传输的基本功能, 难以适应复杂多样的配电自动化系统的要求。正是由于SC1801规约的格式与IEC不兼容, 且功能较为单一, 所以我们也不能把它作为今后统一的规约。

(3) DNP3.0规约与SC1801一样也属于问答式规约, 它采用基于IEC60870-5-1所定义的FT3的传输帧格式, 但又不完全一样。它在传输字节过程中先传高位, 后传低位;进行CRC校验时先计算高位余式等等, 这些都与IEC的标准不同。使得它也存在着与其它基于IEC标准的规约不能兼容的问题。伴随着国际标准早己深入各个行业, 该规约也将由于IEC而退出电力行业。

(4) IEC60870-5-101采用水平偶校验和垂直帧校验和双重保护, 海明距离达到4, 具有较高的数据完整性, 完全能够满足远动传输的一般要求。另外, 对于多点共线、多点环形和多点星形通道结构, 它还具有快速校验过程的事件收集的特有功能。

3 IEC60870-5-104 (IEC104) 远动规约

3.1 IEC1 04远动规约的特点

为了满足IEC101规约远动通信规约用于以太网实现, 国际电工委员会 (IEC) 于是制定了IEC 104规约, 即IEC 104规约把IEC101规约的应用服务数据单元 (ASDU) 用网络规约TCP/IP进行传输的标准, 并且该标准为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用IEC 104规约组合IEC101规约的ASDU的方式后, 可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性。并且它的网络层规约为TCP/IP协议, 应用层规约采用IEC101规约的ASDU。远动配套标准的应用规约数据单元 (APDU) 一般包括应用服务数据单元 (ASDU) 和应用规约控制信息 (APCI) 。为了达到保证应用层ASDU的通信可靠性, 又包装了APCI传输接口, 规定了应答和重发机制 (引用了ITU-TX.25标准) 。由于IEC104规约基于IEC101规约发展而来, 故IEC104规约兼具IEC101规约所体现出来的系统功能、多样的网络拓扑结构、较高的数据完整性、很好的兼容性以及非常适合我国国情等特点, 都使它已被广泛地应用在我国电网中, 逐步成为最终统一的目标。并且IEC 104规约还具有以太网的通信容量大、TCP/IP规约的开放性好的特点, 基于以太网的数据传输己被一致认为是电力自动化系统通信发展的必然趋势。

IEC 101, IEC 104远动通信协议传送的信息主要为SCADA的监控信息。它们共享相同的应用数据结构和应用信息元素的定义和编码。IEC60870-5系列标准和IEC103协议已被我国作为优先采用的标准在推广;IEC104协议由于出来较晚的缘故, 虽还未来得及正式颁布对应的国内标准, 但可以预计一定会被尽快采用。

3.2 IEC104远动规约格式

IEC 104规约使用的参考模型源自于开放式系统互联 (ISO-OSI) 的7层网络模型, 但它只采用其中的5层 (其中第5, 6层未用) , 其结构如图1所示。

图1表明, IEC 104规约实际上是基于T C P/I P的S C A D A数据传输协议, 将I E C101规约与TCP/IP提供的网络传输功能相组合, 使得IEC 101规约在TCP/IP内各种网络类型都可使用。在该图的5层参考模型中, IEC 104规约处于应用层协议的位置;为了保证可靠地传输远动数据, IEC 104规约规定传输层使用的是TCP协议, 每一个T CP地址由一个I P地址和一个端口号组成。每个连接到TCP-LAN上的设备都有自己特定的IP地址, 而为整个系统定义的端口号却是一样的 (见RFC1700) 。本标准要求端口号2404由IANA (互联网数字分配授权) 定义和确认。

IEC 104规约三种类型的控制域格式分别用于编号的信息传输 (I格式APDU) , 编号的监视功能 (S格式APDU) 和未编号的控制功能 (U格式APDU) 。I格式APDU用于传递信息, 常常包含了应用服务数据单元ASDU;S格式APDU用于在没有I (Information) 回应的情况下, 回应确认报文的接收, 它不包含ASDU:U格式APDU用于数据传输的过程控制, 主要实现子站进行数据传输 (STARTDT) 、停止子站的数据传输 (STOPDT) 和TCP链路测试 (TESTFR) 它也不包含ASDU。

在IEC 104规约报文格式中, 启动字符68H定义了数据流中的起点, APDU的长度域定义了APDU体的长度, 它包括APCI的四个控制域八位位组和ASDU。第一个被计数的八位位组是控制域的第一个八位位组, 最后一个被计数的八位位组是ASDU的最后一个八位位组。ASDU的最大长度限制在249以内, 因为APDU域的最大长度是253

3.3 IEC104远动规约在电力网络化中应用优势

变电站自动化系统需要通信传输的信息按数据类型分有: (1) 状态变位、告警信号数据; (2) 测量值数据; (3) 电能累积量数据; (4) 控制、升降命令和继电保护设备的投退命令 (及互锁信息) ; (5) 系统故障后的状态变化信号和事件顺序记录、故障录波、扰动记录的数据。分得更为粗略些可为:继电保护故障 (含故障录波、扰动记录) 信息和SCADA监控信息两大类。间隔层IED设备也可粗略分为继电保护装置和间隔测控单元, 后台主站也可粗略分为继电保护故障信息管理主站和具有SCADA监控功能的就地、远动主站。

由于以太网的通信容量大以及TCP/IP协议的开放性好, 已被计算机通信所广泛采用, 非常成熟可靠, 也己被一致认为是变电站自动化系统的站内局域网的必然发展趋势, 目前在南方电网西电东送直流输电系统中IEC 104规约远动系统已经广泛使用。为此, IEC正在加紧制定变电站自动化系统的站内以太网通信协议IEC61850标准, 但到目前为止还未正式颁布。

鉴于变电站自动化系统通信数据的特点和采用以太网的方式, 采用IEC 104协议应该是目前 ( (IEC61850标准正式颁布之前) 变电站自动化系统的站内通信规约的最为合理的一种选择。因为它可利用其它诸如IEC 103规约, 既能满足继电保护故障信息 (含故障录波、扰动记录) 和SCADA监控信息的传输要求, 又有标准规约的好的兼容性。另外, IEC 104 (IEC 101) 协议属于IEC60870-5系列标准的配套标准, 有着相应的应用数据结构和应用信息元素的定义和编码, 会给通信数据的处理带来极大的方便。完全采用IEC 104协议组合IEC 101协议的ASDU的方式后, 可很好的保证协议的标准化和通信的可靠性。

4 结语

本文首先简要地介绍了我国远动传输规约的现状, 并同时对所述规约的特性进行了小结与比较分析。在探讨当前在国内各种规约并存的格局给维护、升级以及测试带来的不便性时, 使得希望在业界选择一种规约作为行业标准, 在此通过详细地叙述并分析IEC 104规约的特点。最后概括了IEC 104规约在电力网络化中应用优势。

摘要：在介绍远动传输规约的现状基础上, 对各种规约的特性进行比较分析叙述并分析IEC104规约的特点, 概括了IECI04规约在电力网络化中应用优势。

关键词：远动规约,特性比较,IEC,104规约