广西配电网自动化通信协议应用研究

广西配电网自动化通信协议应用研究时间：2011-4-11来源：广西电力广西电网公司电力科学研究院高立克李克文李果丘岳芦吴玉燕摘要：研究了基于101/104规约的配电网自动化通信协议，结合广西配电网自动化试点工作讨论了它的具体实施措施。提出的通信协议以我国电力行业标准DL/T634.5.101—2002和DL/T634.5.104—2002远动协议的南方电网实施细则为基础，根据广西配电网自动化的特点，进行了必要的补充和调整。关键词：配网自动化；通信协议；通信规约中图分类号：TN915.04文献标志码：A文章编号：1671-8380（2010）05-0010-050引言配电网自动化是提高配电网运行管理水平、缩短停电时间、提高供电可靠性和服务质量的一项有力措施，而配电网自动化又依赖于可靠的通信系统。目前用于电力系统主网调度自动化的通信协议并不完全适用于配电网自动化，所以应结合配电网的自身特点研究适合于配电自动化的通信协议。本文提出的通信协议以我国电力行业标准DL/T634.5.101—2002和DL/T634.5.104—2002远动协议的南方电网实施细则为基础，根据广西配电网自动化的特点，进行了必要的补充和调整，并经过大量修改测试工作而形成的一种稳定、实用、可靠、准确、简练的专用于配网自动化的数据传输协议。1101、104规约在国内配网自动化方面应用情况IEC60870—5—101及IEC60870—5—104协议自发布以来，在我国得到广泛应用。紧接着我国电力行业就发布了与之等同的DL/T634.5.101—2002和DL/T634.5.104—2002协议。由于该协议属于Polling通信方式，解决了以往部颁CDT（DIA51/91）规约容量较小的限制，同时可以实时监视整个远动通道的质量。但IEC60870—5—101/104协议提供给用户的可选项较多，可配置的参数太多，对于电力系统应用人员来说，反而不易把握参数的选配以及应用功能的选择。同样的原因，也会导致不同的应用人员根据自己的理解选取其中不同的应用功能选项和参数，造成不同的调度中心有不同版本的101/104协议，各自动化设备厂家需针对每个调度中心开发相应版本的101/104协议通信程序。为了保证厂站端的信息能被调度共享，减少维护工作量，提高工作效率，须将其进行扩展，以适应调度、运行维护的需要。2005年2月江苏省电力公司进行了104规约试点推广，项目涉及到各方面的技术，其中包括网络技术、CPU线程、数据库技术和软件技术等。2007年2月26日，南方电网公司颁布实施《DL634.5.101—2002远动协议南方电网实施细则》、《DL634.5.104—2002远动协议南方电网实施细则》，目的是为规范南方电网调度自动化远动传输规约，确保电网实时监控数据的完整、准确、高效传输。2008年12月29日，广东电网深圳供电局福田配网自动化一期项目顺利投入试运行。这是南方电网公司系统首个配网自动化项目，也是深圳供电局创建国际先进供电局的一项举措，有利于提高供电可靠性、配网运行管理水平。广西电网在配网自动化的通信规约方面的工作尚属起步阶段，所以，研究制定符合广西电网特殊情况的配网自动化通信规约，对于广西电网配网自动化的实施工作将有一定的战略意义。2广西配网自动化通信规约结构及一般规则104规约是以101规约为基础的基于TCP/IP协议的网络通信规约，该规约作为采用标准传输协议子集的101规约的网络访问，其应用层ASDU与101规约基本一致，因此本文将重点围绕广西配网101规约实施细则介绍广西配网自动化通信规约技术特点及实施措施。2.1一般规则广西配网自动化101规约实施细则在101规约南网实施细则基础上结合配网自动化数据传输特点，增加了101规约的平衡方式传输，并对不同通信介质做了相应的规定，取消了单字符E5，链路确认及报文确认帧均采用固定帧长格式。此外，根据广西配网自动化所使用终端数量以及区域划分，对链路地址和数据公共单元地址做了相应的调整。一般规则如下：1）采用非平衡方式传输和平衡方式传输，在配电网自动化中，电力载波通信方式采用非平衡方式；无线GPRS/CDMA通信方式采用平衡方式；2）本规约实施细则在配电自动化系统应用时，如果通信网络介质采用光纤，建议采用广西配电网自动化DL/T634.5104—2002规约实施细则；3）通信参数有串行、异步、1位起始位、1位停止位、1位偶校验位，8位数据位；4）报文校验方式为纵向校验；5）固定帧长是6个字节；6）可变帧长的帧最大长度应是一个可以改变的参数（这个参数主要是对站端设备要求），见表1；7）通信的双方严格遵循帧计数位（FCB）、帧计数有效位（FCV）的有效、无效和翻转确认、不翻转重发的原则；8）2个字节的链路地址；9）2个字节的数据公共单元地址；10）1个字节传送原因；11）2个字节信息元素地址（每种类型信息元素地址必须连续且不重复）；12）平衡方式下，在监视方向上所有数据均需要确认。2.2规约结构广西配网自动化101通信规约结构为基于GB/T18657.3—2002第4节规定的三层参考模型“增强性能体系结构（EPA）”。表2所示为EPA模型和广西配网自动化101规约所选用的标准定义。广西配网自动化104通信规约结构如表3所示，表4所示为本规约推荐使用的TCP/IP协议子集（RFC2200）。2.3物理层在广西南宁城市配电网自动化试点中采用了光纤工业以太网、无线GPRS/CDMA两种通信模式。104规约支持上述两种通信方式。101规约的物理层从ISO和ITU—T标准中选用，在所要求的介质上提供了二进制对称无记忆传输，以保证链路层所定义的组编码方法高的数据完整性，在广西配网自动化的实际应用中支持下述网络配置：1）点对点，在配电网自动化中，电力载波和无线GPRS/CDMA通信方式适用于这种配置；2）多点环形，在配电网自动化中，电力载波方式适用于这种配置。2.4链路层广西配网自动化通信规约遵循《GB/T18657.1—2002：传输帧格式》和《GB/T18657.2—2002：链路传输规则》的要求，同时结合配网自动化通信过程的实际需求，采用了GB/T18657.1—2002中6.2.4.2定义的帧格式FT1.2中的2种：固定帧长和可变帧长。此外，结合广西配网自动化实际应用的终端数量，对数据报文中的地址域做了适当修改，将终端地址扩展为2个字节。链路层由采用明确的链路规约控制信息（LPCI）的许多链路传输过程所组成，此链路控制信息可将一些应用服务数据单元（ASDU）当作链路用户数据，链路层采用帧格式的选集能保证所需的数据完整性、效率、以及传输方便性。链路层传输顺序为低位在前，高位在后；低字节在前，高字节在后。1）固定帧长格式主要用于链路状态管理、数据召唤、报文确认。其基本格式如表5所示：2）可变帧长格式主要用于信息报文、控制命令，即用于主站与终端之间的信息交换。其基本格式如表6所示：3）链路传输规则。非平衡传输：配电主站、配电终端以问答方式进行通信，配电终端只能响应配电主站召唤或接受配电主站的命令，不能主动向上发送报文。平衡传输：一般情况下配电主站、配电终端以问答方式进行通信；在特定情况下（如事件过程，终端就地初始化过程等）配电终端可以主动发送报文。2.5应用层广西配网自动化通信规约按照IEC60870—5-3的一般结构来定义相应的ASDU，采用IEC60870—5—4中应用信息元素的定义和编码规范来构建应用服务数据单元。其结构如图1所示：广西配网自动化通信规约结合配网自动化实际需求对应用服务数据单元部分内容做了简化和修改，主要有以下几点：1）ASDU公共地址参照链路地址做了相应修改，增加成2个字节；2）简化类型标识（TI），保留了配网自动化系统常用应用报文类型，如测量值统一采用归一化值（类型标识为9、34），取消双点命令等；3）结合《中国南方电网公司配电网自动化规划导则》和《中国南方电网公司配电网自动化系统技术规范》将架空线路馈线终端（FTU）、站所终端（DTU）的遥信和遥测采集信息量分类为重要信息量和次要信息量；4）简化传送原因（COT）中的“响应组召唤”，保留响应第1组召唤（21inro1）、响应第2组召唤（22inro2）、响应第9组召唤（29inro9）、响应第10组召唤（30inro10），并对组号分配做了如下定义，01组为重要遥信信息，02组为次要遥信信息，09组为重要遥测信息，10组为次要遥测信息，03—08组和11—12组预留；5）广西配网自动化通信规约根据DL/T634.5101—2002远动协议南方电网实施细则的推荐意见和配网自动化实际情况，对应用数据进行了分级，详见表7、表8。3通信过程3.1正常通信过程配网自动化正常通信过程主要包括：初始化、站召唤、时钟同步、遥控、事件上报以及测试等，广西配网自动化101规约实施细则对站召唤进行了修正，根据配网自动化通信通道及数据流量的实际要求，提出了定时总召唤与手动组召唤共同进行的方式，配电主站采用定时总召唤，在特定情况下，配电主站可采取手动组召唤，并且可选择召唤某几组数据，以保证重要数据的召唤成功率。相比主网调度自动化常用的非平衡传输方式，广西配网自动化所采用的平衡传输方式支持配电终端事件自发上报，事件自发地产生于配电终端的应用层。需要进行特别说明的是，针对遥信变位的事件报告，配电终端发生一次状态变位事件后，配电终端向配电主站需要传输2次信息，第1次先传不带时标的状态变位信息COS（ChangeOfState），在稍后时间内传输带该状态变位的时间信息SOE（SequenceOfEvent）。为此终端处理需用两个事件缓存收集从被控站到控制站尚未来得及传输的事件，一个用于COS，一个用于SOE。为了检测链路状态，广西配网自动化101通信规约实施细则增加了链路测试（TI=104）和心跳测试命令，测试命令主要用于检查从主站到终端及其返回全部路径的完整性，支持手动触发测试过程，主站发出“测试命令”报文，终端返回镜像报文，即“测试确认”报文。主站通过比较已发送的“测试命令”和镜像报文是否相同来判断，如果2个报文一致，则其测试结果正常。心跳测试用于在通道空闲时测试平衡传输系统的链路连接状态，广西配网101规约实施细则规定心跳周期为60s（时间周期可设置）进行1次心跳过程测试，该过程采用固定帧长格式的报文进行通信，配电主站发送功能码“发送/确认链路测试功能”（FC=2），配电终端回复“认可确认”（FC=0）。3.2异常通信过程配网自动化异常通信过程主要包括：受干扰的“发送/确认”过程、受干扰的“请求/响应”过程、通信恢复以及配电终端功能程序异常等过程。广西配网自动化101规约对受干扰的“发送/确认”过程和受干扰的“请求/响应”过程中的最大的帧重发次数定为3次（次数可设置、每次重发时间间隔可设置）。对于配电终端功能程序异常，当在发送/确认过程中，配电终端回复“否定”固定帧报文，主站则进行报文重发，经过最大的报文重发次数（可设置）后终端仍回复“否定”固定帧报文，则由配电主站相应异常处理功能进行处理，处理过程不是通信规约讨论的范围。4结语广西配电网自动化通信规约实施细则标准目前已通过评审和测试，本规约标准已在广西电网中推广应用。为进一步加强各自动化厂家与各调度端通信程序的一致性，使广西配电网101/104规约应用水平达到新的高度，配网自动化设备生产厂家须进一步实现设备的统一接口、统一标准，这对提高配网自动化系统的实用性和可靠性有重要意义。参考文献[1]DL/T634.5101—2002，传输规约基本远动任务配套标准[S].[2]DL/T634.5104—2002，采用标准传输协议子集的IEC60870—5—101网络访问[S].[3]DL/T634.5101—2002，远动协议南方电网实施细则[S].[4]DL/T634.5104—2002，远动协议南方电网实施细则[S].[5]章欣，刘锋格，吴国良.配电网自动化系统通信规约的探讨[J].河北电力技术，2001，2