电力系统系列标准及通信规约.ppt
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1、电力系统系列标准及通信规约 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电力系统数据通信协议体系技术背景IEC60870-5系列:远动通信协议体系IEC60870-6系列:计算机数据通信协议体系IEC61850-7系列:变电站数据通信协议体系技术背景随着计算机、网络和通讯技术的不断发展,电力系统调度运行的信息传输要求不断提高,信息传输方式已逐步走向数字化和网络化。为此国际电工委员会电力系统控制及其通信技术委员(IECTC57)根据形式发展的要求制定调度自动化和变
2、电站自动化系统的数据通信标准,以适应和引导电力系统调度自动化的发展,规范调度自动化及远动设备的技术性能。电力市场迫使通信系统降低费用,避免多种不兼容的标准和互相竞争的标准出现;同时在整个电力系统制定统一协调的体系结构既有利于用户,也有力于制造商。IEC60870-5系列IECTC57WG03(远动规约)基本标准(共分5篇)第一篇60870-5-1传输帧格式第二篇60870-5-2链路传输规约第三篇60870-5-3应用数据的一般结构第四篇60870-5-4应用信息元素定义和编码第五篇60870-5-5基本应用功能配套标准IEC60870-5-101:基本远动任务IEC60870-5-102:电
3、能累计量IEC60870-5-103:继电保护信号IEC60870-5-104:IEC60870-5-101的网络访问基本标准和配套标准传统的远动通信规约一般不分层,IECWG03定义的远动通信协议分为两层,一是链路层,由IEC60870-5-1和IEC60870-5-2描述:一是应用层,基础部分由IEC60870-5-3、IEC60870-5-4、IEC60870-5-5描述:应用层直接映射到链路层根据应用领域定义了一系列“配套标准”。基本标准是制定和理解配套标准的依据,配套标准都要引用基本标准,配套标准针对具体应用作了具体规定,使基本标准的原则更加明确等同采用基本标准和配套标准有利于更好地
4、贯彻标准,实现远动设备的互操作性-5-101体系-5-102体系-5-104体系应用层60870-5-10160870-5-10260870-5-104(基于IEC60870-5-3/4/5)表示层映射映射映射会话层传输层RFC793TCP网络层RFC791IP链路层-5-101FT2.1-5-102FT2.1ISO8802.2.LLCl(基于IEC60870-5-1/2)ISO8802.XMAC物理层V.24/V.27,X.21,X.21bits/s通信介质表1远动通信规约IEC60870-5系列体系结构IEC60870-6系列(1)IECTC57WG07工作组负责制定与ISO和ITU-T兼
5、容的用于电力系统控制的计算机数据通信协议,即IEC60870-6系列标准。该项工作始于己于1993年,当时从已广泛应用的协议(如:挪威的ELCOM90、美国西部电网的WSCC等)中选择了ELCOM90作为蓝本,开始制定IEC国际标准,称为远方控制应用元TASE(Tele-controlApplicationServiceElement,后改为TASE.1),后来发现该协议适应性较差与ISO/ITU-T的兼容性不好,美国和德国坚决反对,强烈要求制定一套与ISO/ITU-T兼容性好的协议,于是美国电科院(EPRI)急忙开发了ICCP(InterControl-centerCommunication
6、Protocol),于96年被纳入IEC体系,称为TASE.2,与TASE.1并列为国国际标准,但互不兼容。一度形成欧洲与美国两个系列相争不下的局面。其中TASE.1基于ISO9072-1/2ROSE,TASE.2基于MMS(ManufacturingMessageSpecification)。IEC60870-6系列(2)由于MMS已广泛应用于各行各业,所以TASE.2比TASE.1适应性更强、更容易实现。目前,国际电工委员会TC57委员会已采纳TASE.2协议为控制中心间信息交换的标准协议。中国国家标准委员会也已采纳TASE.2协议,将它定义为国家标准以替代原来的我国电力行业标准电力系统实
7、时数据通信应用层协议DL476-92。TASE.2是应用层网络协议,重要特点之一是通过名字传输信息对象而不象其他众多通信规约是通过地址(点号)传输信息对象。变量名单端定义,双端使用。IEC61850-7系列随着变电站自动化的快速发展,急需制定相应的国际标准,IECTC57为此成立了三个工作组,这在历史上是很少见的。第10工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求,第11工作组负责站级数据通信总线的定义,第12工作组负责控制柜级数据通信协议的定义。这几种模型都是基于ISO9506MMS的,变电站的数据通信总线可以直接访问控制中心,不需要另加网关(Gateway),是一种将变电站内数据通
8、信协议与广域网协议组合在一起的体系结构数据通信协议适用范围数据通信协议适用范围远动通信协议、计算机数据通信协议、变电站数据通信协议各有其适应范围,也可以交叉使用。控制中心之间一般用IEC60870-6系列;发电厂与控制中心之间一般采用IEC60870-5系列;也可采用IEC60870-6系列;变电站与控制中心之间一般采用IEC61850-7系列;也可采用IEC60870-6系列或IEC60870-5系列;能量管理系统的应用程序接口(EMSAPI)IECTC57WG13工作组负责制定能量管理系统的应用程序接口(EMSAPI),即IEC61970系列标准公用信息模型(CommonInformati
9、onMode)CIM定义了覆盖各个应用的面向对象的电力系统模型,是IEC61970的灵魂组件接口规范(ComponentInterfaceSpecification)CIS规定组件之间交换信息和访问公共数据的接口,这些接口包括一组标准的函数,每个函数描述特定的事件,方法和性质互操作EMS数据库接口规范化,应用软件组件化和开放化,不同厂家应用软件能即插即用和互联互通IEC61970系列标准电力系统系列标准概貌电力系统系列标准概貌规约简介规约简介常用远动规约(RS232):CDT规约:部颁DL451-91、老部颁、地方CDT规约DNP3.0规约、SC-1801规约、N4F规约、S5规约ELIN规约
10、、Siemens 8890规约、ABB RP570规约 部颁101规约1997,IEC60870-5-101规约1995,2002 规约评价标准高度的数据完整性、数据一致性、传输效率IEC101规约简介规约简介必读文件:中华人民共和国电力行业标准DL/T 6345101-2002/IEC60870-5-101:2002代替DL/T634-1997IEC1995年出版IEC60870-5-101以来,得到广泛应用。我国制定了相应的配套标准,:DL/T634-1997基本远动任务配套标准(neq.IEC60870-5-101:1995)IEC总结经验,又出版A1、A2扩充时标两个附件,于2001将
11、IEC60870-5-101:1995和两个附件合并,出版了IEC60870-5-101:2002V.2我国又跟进制定了相应的配套标准,等同采用IEC60870-5-101远动设备与系统第5部分传输规约第101篇基本远动任务配套标准:2002等同采用和非等同采用等同采用和非等同采用等同采用基本标准和配套标准有利于更好地贯彻标准,实现远动设备的互操作性。DL/T 634-1997 neq IEC60870-5-101:1995DL/T 634.5101-2002/IEC60870-5-101:2002代替DL/T 634-1997 IEC60870-5系列适用范围系列适用范围IEC60870-5
12、系列涵盖了各种网络配置(点对点、多个点对点、多点共线、多点环型、多点星型),各种传输模式(平衡式、非平衡式),网络的主从和平衡传输模式,电力系统所需要的应用功能和应用信息,是一个完整的集,可以适应电力系统自动化系统中各种调制方式,各种网络配置和各种传输模式的需要通信规约:IEC101重点物理层链路层功能码、特征位(FCB、ACD)、链路地址应用层类型标识、可变结构限定词、传送原因、公共地址、信息对象地址、信息元素规约结构规约结构模型模型1:ISOOSI参考模型参考模型InternationalStandardsOrganizationOpenSystemInterconnection模型模型2
13、:增强性能模型:增强性能模型EPA:EPA:Enhanced Enhanced Performance Performance ArchitectureArchitecture模型特点:模型特点:可以得到快速的响可以得到快速的响应时间应时间,但是服,但是服务务受到限制。受到限制。应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层规约结构规约结构从IEC60870-5-5选用的应用功能用户进程从IEC60870-5-3选用的应用服务数据单元应用层(第7层)从IEC60870-5-4选用的应用信息元素从IEC60870-5-2选用的链路传输规则链路层(第2层)从I
14、EC60870-5-1选用的传输帧格式从ITU-T建议中选用物理层(第1层)增强性能体系结构(EPA)和配套标准所选用的标准定义 物理层物理层(硬件)硬件)接口标准为异步接口标准为异步ITU-TV.24/ITU-TV.28 接口接口控制站的数据终端设备(DTE)数据电路终接设备(DCE)数据电路终接设备(DCE)控制站的数据终端设备(DTE)数据电路数据电路串行远动通信串行远动通信控制站和被控站的接口和连接控制站和被控站的接口和连接物理层物理层线路传输规则:在线路上传输遵守字节由低向高传送的规则每个字符有1个启动位(二进制0),8位信息码,1位偶校位、1位停止位(二进制1)线路空闲状态为二进制
15、1。在无线电通道或断载频方式时,需利用RS232的信号RTS和CTS发送若干1的载频后才能发送报文,以使调制解调器稳定。传输模式传输模式平衡式和非平衡式传输平衡式和非平衡式传输非平衡传输(Unbalancedtranmission)主站采用顺序地查询(召唤)子站来控制数据传输,在这种情况下主站是请求站,它触发所有报文的传输,子站是从动站,只有当它们被查询(召唤)时才可能传输。平衡传输(Balancedtranmission)采用平衡传输,每一个站可能启动报文传输。因为这些站可以同时既作为启动站又可以作为从动站,它们被称为综合站。华东网局规定101采用非平衡方式、104采用平衡方式传输链路层链路
16、层基本链路传输服务的三种类型基本链路传输服务的三种类型链链路路服服务级别务级别功能功能用处用处S1发发送送/无无回回答答广播命令广播命令S2发送发送/确认确认由由控控制制站站向向数数据据终终端发送命令等端发送命令等S3请求请求/响应响应由由控控制制站站向向数数据据终终端召唤数据或事件端召唤数据或事件链路层链路层主要功能应用数据封装,发送到物理层或相反提供链路状态指示报文重传FCB位,ACD位的处理控制物理层防止数据碰撞响应有效报文链路层链路层标标准准传传输输帧帧的的格格式式和和结结构构(Format andstructuresofstandardtransmissionformates)格式格
17、式FT1.1:低级别的数据完整性要求低级别的数据完整性要求格式格式FT1.2:高等级的数据完整性要求高等级的数据完整性要求(101)格式格式FT2:高等级的数据完整性要求高等级的数据完整性要求格式格式FT3:特别高的数据完整性要求特别高的数据完整性要求启动字符(启动字符(68H)LL重复重复启动字符(启动字符(68H)控制域(控制域(C)链路地址域(链路地址域(A)链路用户数据(可变长度)链路用户数据(可变长度)帧校验和(帧校验和(CS)结束字符(结束字符(16H)固定长度的报文头L个8位位组一一FT1.2FT1.2可变帧长格式可变帧长格式可可变变帧帧长长帧帧格格式式用用于于由由主主站站向向子
18、子站站传传输输数数据据,或或由由子子站站向向主主站传输数据。站传输数据。报文示例:总召唤命令报文(从链路层的角度)-68 09 09 68 53 64 64 01 06 64 00 00 14 9A 16链路层(可变帧)链路层(可变帧)启动字符(10H)控制域(C)链路地址域(A)帧校验(CS)结束字符(16H)二二FT1.2FT1.2固定帧长格式固定帧长格式用于子站回答主站的确认报文,或主站向子站的询问报文。用于子站回答主站的确认报文,或主站向子站的询问报文。报文示例:(召唤链路状态)M-R :10 49 01 4A 16链路层(固定帧)链路层(固定帧)D7D6D5D4D3D2D1D0111
19、00101三FT1.2单个字符E5H单个控制字符E5用来取代固定帧长肯定确认帧(从动功能码)或固定帧长否定确认帧(从动功能码)。链路层(单个字符)链路层(单个字符)-10 5B 64 BF 16 10 5B 64 BF 16-10 09 64 6D 16 68 09 09 68 53 64 64 01 06 64 00 00 14 9A 16=1应用层应用层应用用户数据ASDUAPCIAPCIAPDUIEC60870-5中未使用APCI应用(用户)过程应用层(第7层)链路层(第2层)ASDULPCILPCILPDU模型模型2:增强性能模型:增强性能模型数据单元之间关系数据单元之间关系应用层应用
20、层图图使用参考模型使用参考模型2的帧结构的帧结构链路数据单元(报文)由两部分组成,即链路规约控链路数据单元(报文)由两部分组成,即链路规约控制信息和应用服务数据单元(即应用规约数据单元或链路用制信息和应用服务数据单元(即应用规约数据单元或链路用户数据)所组成。户数据)所组成。一个链路规约数据单元只包含一个应用服务数据单元。一个链路规约数据单元只包含一个应用服务数据单元。(一个报文只能有一个数据单元标识,信息体可以有多个)(一个报文只能有一个数据单元标识,信息体可以有多个)应用层(应用层(数据单元结构)数据单元结构)固定长报文头启动字符(68H)LL启动字符(68H)L个字节长控制域链路地址域(
21、A)ASDU数据单元标识数据单元类型类型标识可变结构限定词传送原因公共地址信息体信息体地址信息体元素信息体时标帧校验和(CS)结束字符(16H)应用服务数据单元结构应用层(可变应用层(可变字节数)字节数)类型标识一个字节可变结构限定词一个字节传送原因一个字节公共地址一个字节信息体地址二个字节信息体元素元素定义信息体时标3个或7个字节.信息体地址n二个字节信息体元素n元素定义信息体时标n3个或7个字节数数据据单单元元标标识识信信息息体体应用服务数据单元应用服务数据单元(ASDU)(ASDU)数据单元标识信息体数据单元标识信息体 传送原因字节数:传送原因字节数:1 1,2 2公共地址字节数:公共地
22、址字节数:1 1,2 2,3 3信息体地址字节数:信息体地址字节数:1 1,2 2,3 3不同厂家互操作时要明不同厂家互操作时要明确约确约定,最好是由用户统一定,最好是由用户统一规定规定应用层应用层(类型标识监视方向监视方向)表表1在监视方向的报文类型(上行,无时标)在监视方向的报文类型(上行,无时标)TYPEIDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8:=未定义:=单点信息M_SP_NA_1:=双点信息M_DP_NA_1:=步位置信息M_ST_NA_1:=32比特串M_BO_NA_1:=测量值,规一化值M_ME_NA_1:=测量值,标度化值M_ME_NB_1:=测量值,短浮点数M_
23、ME_NC_1:=累积量M_IT_NA_1:=带变位检出的成组单点信息M_PS_NA_1:=测量值,不带品质描述词的规一化值M_ME_ND_1应用层应用层(类型标识监视方向)表2在监视方向的报文类型(上行,带时标)*):=带CP56Time2a时标的单点信息M_SP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的双点信息M_DP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的步位置信息M_ST_TB_1*):=带CP56Time2a时标的32比特串M_BO_TB_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,规一化值M_ME_TD_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,标度化值M_ME_T
24、E_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,短浮点数M_ME_TF_1*):=带CP56Time2a时标的累积量M_IT_TB_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置事件M_EP_TD_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置成组启动事件M_EP_TE_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置成组输出电路信息M_EP_TF_1应用层应用层(类型标识控制方向)在控制方向的过程信息(上、下行,不带时标)在控制方向的过程信息(上、下行,不带时标)TYPEIDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8CON:=单点命令C_SC_NA_1CON:=双点命令C
25、_DC_NA_1CON:=调节步命令C_RC_NA_1CON:=设定值命令,规一化值C_SE_NA_1CON:=设定值命令,标度化值C_SE_NB_1CON:=设定值命令,短浮点数C_SE_NC_1应用层应用层(类型标识控制方向)在控制方向的过程信息的应用服务数据单元CON:=带CP56Time2a时标的单点命令C_SC_TA_1CON:=带CP56Time2a时标的双点命令C_DC_TA_1CON:=带CP56Time2a时标的调节步命令C_RC_TA_1CON:=带CP56Time2a时标的设定值命令,规一化值C_SE_TA_1CON:=带CP56Time2a时标的设定值命令,标度化值C_
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