IEC60870-5-104规约在配电自动化系统的应用与测试

技术与应用　ＩＥＣ６０８７０．５．１　０４规约在　配电自动化系统的应用与测试　陈众周鸿艳　４１００７６）　（长沙理工大学电气与信息工程学院，长沙摘要为解决配电自动化系统中配电终端在１０４规约实现上的兼容性和互操作性问题，在　安装前需根据国家行业标准对配电终端进行１０４规约测试。本文结合长沙麓谷经济开发区配电　自动化试点工程，对１０４规约的测试内容、测试方法进行了探讨，并总结了配电终端在１０４规　约的实现上不符合国家行业标准的情况。　关键词：配电自动化；配电终端；ＩＥＣ６０８７０．５．１０４规约　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＥＣ６０８７０－５－１０４　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＣｈｅｎＺｈｏｎｇ　ＺｈｏｕＨｏｎｇｙａｎ　（Ｔｈｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４　１　００７６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＥＣ６０８７０－５－１　０４　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ　Ｕｎｉｔｓ（ＤＴＵｓ）．ｉｔ　ｉｓ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｔｈａｔ　ｅｖｅｒｙ　ＤＴＵ　ｂｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｂｅｆｏｒｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｉｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｐｉｌｏｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｌｕ　Ｖａｌｌｅｙ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｚｏｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＩＥＣ６０８７０—５—１０４　ｐｒｏｔｏｃｏ１．　２００９年５月，在特高压输电技术国际会议上，　国家电网公司正式对外公布了“坚强智能电网”计　划，标志着智能电网在中国正式启动　］。２００９年６　月在天津大学举办了“第一届智能电网研究学术论　坛”，对中国智能电网的建设和发展进行了探讨口】。　其中，智能配电网具有新技术内容多、与传统电网　区别大的特点，对于实现智能电网建设的整体目标　特性（例如通信单元数量巨大等），短期内ＩＥＣ６１８５０　是不可能取代ＩＥＣ６０８７０．５。ＩＥＣ６１８５０和其它规约一　样，肯定需要一个现场证明、改进、用户接受的过　程。因此国内众多配电自动化终端生产厂家通常采　用ＩＥＣ６０８７０．５．１０１／１０４规约进行通信。　本文结合长沙麓谷经济开发区配电自动化试点　工程，在简要介绍其包括通信系统在内的体系结构　后，根据现场对各生产厂家的配电终端单元的测试　有着举足轻重的作用ｐ　Ｊ。　配电通信网是电力通信网的重要组成部分，一　直以来由于缺乏适用的组网解决方案，成为电力通　信网薄弱环节和制约智能电网在配用电侧应用的瓶　情况，整理了在实施中，对ＩＥＣ６０８７０．５．１０４规约相　关的测试内容和测试方法，指出了目前普遍存在的　一些问题，期待有助于今后进一步的工作开展。　颈【４］。在通信协议上，虽然国际标准ＩＥＣ６１８５０．８０。１　考虑到目前变电站与控制中心广泛使用　ＩＥＣ６０８７０．５．１０１／１０４规约，提供了ＩＥＣ６１８５０与它们　１　配电自动化　配电自动化是智能配电网的重要组成部分，也　是建设智能配电网的基础　Ｊ。　之间的信息交换导则。但在智能配电网一级的工作　由于尚处于试点阶段，具有有别于输电系统的独特　配电自动化以一次网架和设备为基础，以配电　５８　ｌ电毒詈詈技戒　２ｏ１２年第３期　自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，通过　与相关应用系统的信息集成，实现对配电系统的全　面监测与控制Ｌ６】。　１．１配电自动化系统结构　长沙麓谷经济开发区的配电自动化系统采用的　是“主站＋通信汇集型子站＋配电终端”的三层结构　（如图１所示）。自动化配电终端采用网络型配电终　端，经过通信汇集型子站接入配电主站系统。　图１配电自动化系统架构　配电主站，主要负责城区配网设备的运行监控　和配电运行管理。　配电子站，主要负责所管辖区内配电终端设备　各种信息数据的汇集与转发，向上与配电主站等各　个系统进行计算机通信，向下与所管辖区内配电终　端进行通信。　配电终端，主要负责对环网柜、柱上开关、配　变、电缆故障指示器等一次设备的数据采集和控制，　实现对一次设备的运行监控。　１．２配电自动化通信系统　配电主站与配电子站之间的通信网络为通信主　干网，配电子站到配电终端的通信网络为通信接入　网（配电通信网）　。麓谷经济开发区通信主干网　的建设已经得到长足的发展，并且以光纤主干网为　主，而配电通信网基本空白。　智能配电网对通信信息量的实时性、可靠性提　出了严格的要求，故通信方式应优先选择具有以太　网技术和光纤技术的通信方式。结合长沙麓谷经济　开发区的实际情况，采用了光纤通信（无源光网络　ＥＰＯＮ技术）为主，无线专网通信（无线ＭｃＷｉｌｌ　技术）为辅的配电通信系统【８】。　．　１．３通信中存在的问题　长沙麓谷经济开发区所采用的配电通信系统决定　技术与应用　了配电终端的通信规约以ＩＥＣ６０８７０．５．１０４规约为主。　而配电网与输电网不同，为实现智能化配电网，　系统需要安装大量的终端设备。为提高建设配电自动　化系统的经济性，在建设阶段即考虑引入竞争，选用　多个厂家的配电终端设备。这样除了可以降低投资成　本，同时可以避免由于垄断造成的高维护费用。　但在选用多个厂家的配电终端设备时，由于　１０４规约在配电网、光纤通信和无线专网通信中的　应用尚不成熟，在通信规约方面存在：①各生产厂　家规约版本不一致或者终端设备不能完全按照标准　的过程进行通信；②不同的生产厂家在规约的认识　理解上存在偏差【９】。所以配电网终端设备在１０４规　约的实现上存在不符合国家行业标准的情况，不同　厂家的配电终端在通信上存在兼容性、可替代性的　问题。当各生产厂家的配电终端设备在１０４规约的　实现上不一致时，配电主站将无法正确读取来自各　配电终端的报文信息。为解决这一问题，需对这些　配电终端设备进行１０４通信规约测试。　２　１０４规约测试　由于１０４规约有着一定的灵活性，在对配电终　端进行１０４规约测试之前，应先制定１０４规约的应　用规范。　２．１测试内容　１０４规约的测试内容¨ｏ］主要分为以下三个部　分：　１）ＡＰＣＩ（应用规约控制信息）测试　ＡＰＣＩ测试包括基本ＡＰＣＩ测试（启动字符、　ＡＰＤＵ的长度、Ｉ格式的控制域、Ｓ格式的控制域、　Ｕ格式的控制域）、防止报文丢失与报文重复传送测　试、测试过程测试、用启／停进行传输控制测试、端　口号测试、Ｋ参数测试、超时参数测试等。　２）基本应用功能测试　基本应用功能测试主要包括站初始化功能测　试、复位进程测试等。　３）应用功能测试　应用功能测试主要包括总召唤功能测试、事件　传输功能测试、命令传输功能测试、时钟同步功能　测试、测试过程功能测试等。　另外，可模拟通信过程中传输错误发送错误报　文，测试其抗干扰能力。　２．２基本测试项目　１）复位进程测试　２０１２　ｌｇ￣ｇ　３电　技硪Ｉ　５９　技术与应用　主站（１０４规约测试软件）向子站（被测设备）　发出复位进程命令，检查子站的响应。正确响应是　子站在收到复位进程命令之后回复复位进程确认报　文，并主动断开连接，初始化后主动打开服务端口，　在与主站建立ＴＣＰ／ＩＰ连接并启动数据传输之后向　主站发送初始化结束报文（初始化原因为远方复　位）。　２）总召唤功能测试　主站向子站发出总召唤命令，检查子站的响应。　正确响应是子站依次回复主站总召唤确认报文、单　点遥信报文、双点遥信报文、遥测报文和总召唤结　束报文ｌＪ　Ｊ。　３）事件传输功能测试　使子站发生遥信变位，检查子站遥信变位时是　否主动向主站发送遥信变位报文和遥信ＳＯＥ（事件　记录）报文。正确响应是在子站发生遥信变位时，　主动向主站发送遥信变位帧（单点遥信类型标识为　１，双点遥信类型标识为３，传输原因为３）和遥信　ＳＯＥ帧（单点遥信类型标识为３０，双点遥信类型标　识为３ｌ，传输原因为３）。　４）命令传输功能测试　命令有单／双点命令、步调节命令和设点命令，　但配电自动化系统中只需要单／双点命令功能。命令　有两个标准的传输过程：选择及执行命令和直接命　令传输。单／双点命令通常采用选择及执行命令的传　输过程。以单点命令的选择及执行命令传输过程测　试为例。主站先选上将要进行单点命令操作的点地　址，然后向子站发出选择命令，检查子站的响应。　子站应回复选择确认报文或选择否定应答报文。若　子站回复的是选择确认报文，主站发送执行命令或　撤消命令，检查子站的响应。在主站发送执行命令　时了站应回复执行确认报文，并在遥控操作执行完　毕后，子站发送遥信变位报文、遥信ＳＯＥ报文和执　行结束报文；而在主站发送撤消命令时子站回复撤　消确认报文。　５）时钟同步功能测试　主站向子站发送时钟同步命令，检查子站的响　应。正确响应是子站回复时钟同步确认报文（报文　中的时间应为同步前本地时间）。　６）否定测试　所有的应用功能测试都应包含否定测试（否定　测试是指主站向子站发送的Ｉ格式报文出现未知类　型标识、未知或不合适的传输原因、未知或不合适　６０　ｌ电毒羞ｌ技　２０１２年第３期　的信息对象地址时，子站以相应传输原因的否定确　定报文予以回复）。　以总召唤命令功能为例。主站向子站发送未知　类型标识的Ｉ格式报文：６８　０Ｅ　０２　００　０４　００　００　０１　０６　００　０１　００　００　００　００　１４，子站正确的响应是回复报文：　６８　０Ｅ　０４　００　０４　００　００　０１　６Ｃ（ＣＯＴ＝４４，Ｐ／Ｎ＝１）００　０１　００　００　００　００　１４。　主站向子站发送未知传输原因的Ｉ格式报文：　６８　０Ｅ　０４　００　０６　００　６４　０１　００　００　０１　００　００　００　００　１４，子　站正确的响应是回复报文：６８　０Ｅ　０６　００　０６　００　６４　０１　６Ｄ（ＣＯＴ＝４５，Ｐ／Ｎ＝Ｉ）００　０１　００　００　００　００　１４。　主站向子站发送未知信息对象地址的Ｉ格式报　文：６８　０Ｅ　０６　００　０８　００　６４　０１　０６　００　０１　００　ＦＦ　ＦＦ　００　１４，　子站正确的响应是回复报文：６８　０Ｅ　０８　００　０８　００　６４　０１　６Ｆ（ＣＯＴ＝４７，Ｐ／Ｎ＝１）００　０１　００　ＦＦ　ＦＦ　００　１４。　２．３测试中存在的问题　使用１０４通信规约测试软件对多个厂家的配电　终端设备进行了１０４规约测试。终端设备在１０４规　约的实现上频繁出现的不符合国家行业标准的情况　有：　１）启动数据传输和停止数据传输对被测设备不　起作用，即在停止数据传输状态，被测设备仍能回　复主站命令，发送Ｉ格式报文。　２）时钟同步确认报文中的时间应为被测设备同　步前本地时间，可测试结果大多是时钟同步命令报　文中的时问。　３）分组召唤过程常出现的问题有：①部分分组　召唤没有报文回复，②没有分组召唤激活终止报文，　③传输原因错误。　４）遥控过程中常见错误：①选择命令的回复报　文中出现激活终止报文，②撤消命令的回复报文中　出现激活终止报文。　５）Ｓ格式报文的使用有误。　６）超时时间ｔ【｝、　ｔ２、ｔ３的理解，不同的终端　设备生产厂家有不同的理解。　７）没有设置超时时间参数（ｔｌ、，２、ｆ３）和　、　参数。　８）发送复位进程命令，被测设备无响应。　９）否定测试过程中常见错误：①没有回复报文，　②当作正确报文接收并回复相应的Ｉ格式报文，而　不是否定确认报文，③传输原因错误，传输原因中　的Ｐ／Ｎ位应为１。　１０）发送错误报文（６８　０４　００　００　００　００）时，子　站把该报文作为Ｉ格式报文接收。　以上所罗列的是配电终端在１０４规约的实现上　最普遍存在的问题，各生产厂家的配电终端还存在　许多不常见的１０４规约实现上的问题。　２．４解决方案　为解决配电终端设备在１０４规约实现上存在的　问题，我们可做以下工作：　１）各电力公司根据其实际情况制定ｌ０４规约应　用规范。应用规范应明确规定所采用１０４规约的版　本和配电终端设备应具备的应用功能（如：是否具　备分组召唤功能）；对于在理解上容易产生偏差的部　分应用规范中应给出详细的说明（如：在什么情况　上发送Ｓ格式报文）。　２）各生产厂家在开发配电终端设备的１０４规约　通信程序时，应严格按照国家标准，对于拿捏不准　的点应多翻阅文献和各电力公司的１０４规约应用规　范，对于一些看似不重要的点不能忽略（如：　参数和超时时间参数的设置）。　３）使用专用于配电自动化系统的１０４规约测试　软件测试各配电终端设备并根据测试分析得出测试　报告（各测试项是否通过，未通过的原因等）。　４）各生产厂家根据１０４规约应用规范和１０４　规约国家标准，结合测试报告，修改、完善其配电　终端的１０４规约通信程序。　希望各生产厂家通过对配电终端进行ｌ　０４规约　测试，找出配电终端在１０４规约的实现上存在问题　的地方并完善相应的ｌ０４规约程序，使得１０４规约　的实现符合国家标准。　３　结论　智能电网已成为当今世界电网的发展方向。我国　正积极开展智能电网的各项试点工程。文中简要介绍　了长沙麓谷经济开发区配电自动化试点工程的配电　自动化系统结构和通信系统。配电自动化系统中的配　电终端在１０４规约的实现上存在不符合国家标准的　情况。为解决这一问题，可使用１０４通信规约测试软　件对配电终端设备进行１０４规约测试，找出配电终端　在１０４规约的实现上不符合国家标准的情况，促使各　厂家完善配电终端的１０４规约程序，从而使得配电终　技术与应用　端在１０４规约的实现上符合国家标准。　参考文献　【１］权楠．智能电网中的配电通信网关键问题探讨［Ｊ］．电　信科学，２０１０ｆ１２Ａ）：１４９—１５２．　【２］王成山，王守相，郭力．我国智能　电技术展望【Ｊ］．南方　电网技术，２０１０，４（１）：１　８—２２．　［３］徐丙垠，李天友，薛永端等．智能配电网讲座（第一讲：　智能配电网概述）［Ｊ］．供用电，２００９，２６（３）：８１－８４．　［４】辛培哲，李隽，王玉东等．智能配电网通信技术研究及　应用【Ｊ１．电力系统通信，２０１０，３１（１１）：１４—１９　［５】吴国沛，刘育权．智能配电网技术支持系统的研究与　应用［ＪＪ．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２１）：１６２—１６６．　［６］　国家电网公司．智能电网技术标准体系规划［Ｍ］．２０１０　【７】周和，贺顺兴．浅析智能化配电网【Ｊ］　中国科技信　息，２０１０（５）：３０　３１．　【８】刘字，薛玮，苟吉辉．配电网自动化通信系统测试方法　探讨［Ｊ］．湖南电力，２０１１，３１（１）：４６—４８．　［９】何松，李育灵．１ＥＣ一１０４规约应用分析［Ｊ］．山西电力，　２００７（４）：１８—２１．　［１０］全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会．ＤＬ／　Ｚ６３４．５６—２００４．远动设备及系统第５－６部分：　ＩＥＣ６０８７０—５规约系列测试规则［Ｓ］．北京：中国电力出　版社，２００４．　［１１】全圄电力系统控制及其通信标准化技术委员会．ＤＬ／　Ｔ６３４．５１０１．２００２．远动设备及系统第５－１０１部分：传输规　约基本远动任务配套标准【ｓ］．北京：中国电力出版社，　２００２．　［１２】全国电力系统管理和信息交换标准化技术委员　会．ＤＬ／Ｔ６３４．５１０４．２００９．远动设备及系统第５—１０４部　分：传输规约采用标准传输协议集的ＩＥＣ６０８７０—５—１０１　网络访问［Ｓ】．北京：中国电力出版社，２００９．　作者简介　陈　众（１９７４．），男，博上，副教授，主要研究方向为电力系统控　制与运行、人丁智能技术及其应用等。　周鸿艳（１９８７一），女，硕士研究生，ｔ要研究方向为电力系统控制　与运行。　２０１２　ｓ￣３　电鼍技攒Ｊ　６１