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调度自动化系统中远动技术网络化的实现电力监控 2007-06-14 14:05:11 阅读237 评论0   字号：大中小 订阅 摘要：总结了当前国内电网调度系统远动技术的发展现状，介绍了IEC60870-5-104传输规约在电网远动传输中的应用。分析了其传输报文的格式、基本功能和传输模式。着重讨论了用于现场的系统结构方案以及在调度自动化系统中软件的设计方案。对其应用条件及技术难点进行了分析。这些方案在实际应用中取得了较好的效果。关键词：电网调度自动化；远动技术；IEC60870-5-104；IEC101；传输规约；TCP/IP协议1 引言电网调度自动化系统的发展已经历了三代，三代系统的结构可以归纳为主机终端结构、客户服务器结构和功能分布式结构。第三代基于RISC/UNIX的开放式分布式EMS/DMS系统已经发展了10年。目前发展趋势集中在将计算机高可用性技术应用于调度自动化系统、基于IEC61970系列标准的数据结构和数据交换以及电力专用Internet网络的广泛使用。电网调度远动技术的网络化在电网调度自动化领域将成为一种新的趋势1。IEC60870-5-104传输规约是在IEC101规约基础上，采用专用Internet网络进行调度通讯的协议标准，它替代了传统的串口通讯机制。目前网络传输采用IEC60870-5-104、TASE.2和DL/T476传输规约，而IEC60870-5-104当属最佳选择。本文所要讨论的就是如何在电网调度自动化系统中采用IEC60870-5-104传输规约来实现远动技术网络化。2 调度系统远动技术发展及现状第一代调度通讯系统的前置系统采用MVME162主板它是美国军用通讯板件，采用VMEBUS标准，在国内华北电网调度中心采用了这套系统，虽然其可靠性很高，但是价格极其昂贵。第二代调度通讯系统的前置系统采用IOLAN终端服务器，目前国家电力调度中心采用的就是这套系统，其硬件结构简单、价格较低。第三代调度通讯系统是本文章研究的基于Internet的远动系统，意大利、挪威已经采用。目前中国电力科学研究院电网所科东公司、东方电子和南京自动化研究所在这方面的研究在国内处于领先地位。由于它简单可靠并且充分利用了广域网技术，因此发展潜力巨大。中国电力科学研究院科东公司已完成了华能生产实时监管系统与其下属的发电厂之间采用IEC60870-5-104传输规约实现网络传输远动实时数据的工作。3 采用IEC60870-5-104规约系统体系结构的组成IEC60870-5-104规约标准定义了开放的TCP/IP网络接口的使用，其中，网络类型包含传输DL/T 634.5101-2002 ASDU2的远动设备的局域网。包含不同广域网类型（例如X.25、帧中继（Frame Relay，FR）、综合范围数据网络（Integrated Service Data Network，ISDN）等）的路由器可通过公共的TCP/IP-局域网接口互联（见图1），一个冗余的主站配置与另一个非冗余的主站配置如图1所示。使用单独的路由器有如下优点：（1）在终端系统中不需要网络特定软件；（2）在终端系统中不需要路由功能；（3）在终端系统中不需要网络管理；（4）便于从远动设备专业制造商处得到终端系统；（5）便于从非专业远动设备制造商处获得适用于各种网络的路由器；（6）改变网络类型仅仅需要改变路由器类型，不会影响终端系统；（7）特别适合于转换原已存在的支持DL/T634.5101-2002的终端系统。4 系统硬件设备的选择和软件环境 采用IEC60870-5-104规约进行远动通信的调度自动化系统硬件的选择，无论是服务器、工作站和网络设备都采用在国际上属于先进且在电力行业中广泛采用的设备，保证了系统的可靠性和生命期。因此，可采用惠普公司的ALPHA系列产品作为服务器和工作站，网络产品作为则采用CISCO公司的网络交换机、路由器和防火墙或者电力系统专用的安全隔离备。操作系统可采用当前最为流行的UNIX系统，根据硬件的选型，选用Tru64 UNIX真正64位操作系统，它具有成熟、稳定、可靠和实时性能好的特点。程序开发工具采用C、C+、JAVA、PowerBuilder和各种应用库（包括实时应用库RTDB）以及Oracle。支撑平台遵循开放式系统标准，采用分布式体系结构，能给用户提供优良的使用界面和再开发手段。5 用IEC60870-5-104传输规约实施网络访问的主要功能的介绍用IEC60870-5-104传输规约实施的网络访问有以下主要功能：（1）安全传输功能。利用I格式，U格式报文实现防止报文丢失和报文重复传输3；（2）实时传输功能。传输功能和IEC101规约所实现的类似，不过在IEC60870-5-104中不召唤1级、2级数据，子站主要通过定时发送全数据；（3）测试功能。利用U格式报文建立主站和子站的测试握手信号；（4）启停功能。利用U格式报文建立启/停传输控制机制；（5）故障续传功能。链路故障后采用的新的链路实现断点续传，搜寻链路故障时段内发电生产的历史信息；（6）校时功能。由于网络传输的时间不确定性，子站段采用GPS校时。（7）多线程功能。多线程技术实现对每个子站端口并行实时采访。6 规约软件实现方案的分析6.1 TCP/IP层软件方案分析利用UNIX网络套接字编程4，在系统的TCP/IP协议栈的基础上，通过网络路径传输IEC60870-5-104规约格式的数据，如图2所示。6.2 IEC104-5-104规约基本报文格式根据全国电力系统控制及其通信标准委员会三届五次会议和最近出版的国标DL/T634.5.104: 2002对IEC60870-5-104规约的参数选择作了如下说明：不采用101规约中的链路地址和短报文（指单字节报文和链路确认报文）；不采用召唤一级数据二级用户数据。两个8位位组表示公共地址；两个8位位组表示传送原因；三个8位位组表示信息体地址；选用7个字节时标。定义了启动字符、应用服务数据单元的长度规范、可传输一个完整的应用规约数据单元或者为了控制的目的仅仅传输应用规约控制信息域。（1）启动字符：68H（1个字节）（2）长度规范：应用服务数据单元的最大帧长为249, 而控制域的长度是4个八位位组，应用规约数据单元的最大长度为253，（即从APDUMAX=255中减去启动和长度8位位组） 。（3）控制域：控制域定义抗报文丢失和重复传送的控制信息、报文传输的启动和停止、传输连接的监视。控制域的这些类型被用于完成计数的信息传输的（I格式）、计数的监视功能（S格式）和不计数的控制功能（U格式）。控制域的信息暂不处理。（4）端口号：每一个TCP地址由IP地址和端口号组成，用于本标准的端号口为2404 。主站和子站均可作为客户端或服务端。6.3 应用规约数据单元报文基本结构应用服务数据单元由数据单元标识符和一个或多个信息对象所组成。数据单元标识符在所有应用服务数据单元中常有相同的结构，一个应用服务数据单元中的信息对象常有相同的结构和类型，它们由类型标识域所定义。数据单元标识符的结构如下：（1）一个8位位组 表示类型标识；（2）一个8位位组 表示可变结构限定词；（3）两个8位位组 表示传送原因；（4）两个8位位组 表示应用服务数据单元公共地址；（5）三个8位位组 表示信息体地址。报文类型标识如表1和表2所示。在应用服务数据单元中，其数据单元标识符的第二个8位位组定义为可变结构限定词，如图3所示。 在可变结构限定词中，SQ 0 表示由信息对象地址寻址的单个信息元素或综合信息元素。应用服务数据单元可以由一个或者多个同类的信息对象所组成；SQ=1表示同类的信息元素序列（即同一种格式测量值），由信息对象地址寻址（见IEC60870-5-3中的5.1.5节）。信息对象地址是顺序信息元素的第一个信息元素的地址，后续信息元素的地址是从这个地址起顺序加1。N是一个二进制数，它定义了信息对象的数目。在顺序信息元素的情况下每个应用服务数据单元仅安排一种信息对象。6.4 IEC60870-5-104规约的过程描述当主站软件重新启动或链路故障时，主站将向子站发出建立链路请求报文。当链路建立后，进行应用数据传送。目前传送的上行过程数据有遥测、遥信和电度量报文。目前传送的下行控制命令有总召唤、计数量召唤和时钟同步命令。6.5 关键技术和解决方案（1）防止报文丢失和重复传输的技术难点1）I格式说明未被确认的I格式应用规约数据单元的最大数目为K：当未确认I格式的APDU达到K个时，发送端停止发送。接收端在接收了W个应用规约数据单元以后确认。控制域的笫一个8位位组的第1位为零，定义了I格式。I格式应用规约数据单元常常包含应用服务数据单元。I格式的控制信息如图4所示。2）报文若报文为68 4 01 00 00 02，则表示发送1个报文接收2个报文，且W=100，K=100。3）抗报文丢失和重复传送的保护对于每个方向和每个应用规约数据单元，发送站将发送序号（N（S）加1, 接收站将接收序号（N（R）也加1。接收站确认每一个应用规约数据单元或者应用规约数据单元的序号，哪个应用规约数据单元被可靠接收，就返回这个被正确接收的顺序号。发送站在缓冲区内保存所发送的应用规约数据单元，直到它收到和它自己的发送序号一样的接收序号，这个接收序列号是对所有发送序列号小于或等于该号的APDU的有效确认，这时就可以删除缓冲区里已正确传送过的APDU。（2）链路故障后采用续传方式，搜寻历史数据解决方案就是利用TCP/IP协议，实现故障续传的功能，双方重新建立一条链路，这条链路占用5001端口，它们之间实现历史数据传输，调度方通过发送故障时间标志给RTU，子站端通过得到的信息，从其历史数据库中提取断路时的历史数据传送给主站端。（3）实现对每个子站端口并行实时采访解决方案就是采用UNIX多线程技术来建立多个端口线程5，并与各个子站建立链接，并发接收数据。7 结束语本文研究了调度自动化系统中，远动子系统采用IEC60870-5-104传输规约通过Internet网络访问进行数据传输的问题。这种方式改变了电网调度系统中仅利用传统的串口通讯机制进行实时数据传输的现状，而是充分利用了Internet技术进行调度。与以前的远动技术相比，更加可靠、简单，经济。参考文献1 谭文恕（Tan Wenshu）远动信息的网络访问（Network access for telecontrol information）J电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2001，25(12)：51-522 DL/T 634-1997/IEC870-5-101：1995远动设备及系统 第5部分 传输规约 第101篇基本远动任务配套标准S3 DL/T 634.5104-2002/IEC 60870-5-104：2000远动设备及系统 第5-104部分：传输规约 采用标准传输协议子集IEC60870-5-101网络访问S4 Stevens W RUNIX network programming，networking APIS：sockets and XTI/WMPrentice Hall，Inc，19985 Stevens W RUNIX Network Programming，Interprocess CommunicationsMPrentice Hall，Inc，1999