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【摘要】为提高电网运行的可靠性、安全性、实时性与经济效益，实现电力调度自动化与现代化，远动通讯的改善成为关键。作为我国的电力行业标准，IEC60870-5-104远动通讯规约提高了变电站自动化系统的站内局域网的通信开放性，确保了电力监控系统信息传输的实时性、可靠性。本文阐述了IEC60870-5-104规约的通信过程，具体分析了在自动化系统中其应用设计，以便调度人员在调试维护时及时发现并解决问题。
【关键词】电力系统；远动通信；IEC60870-5-104规约；自动化
【中图分类号】TV736；TM73 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0054-01
O、引言
电力系统自动化是电力系统一直寻求发展的方向。为提高电网运行的可靠性、安全性、实时性与经济效益，实现电力调度自动化与现代化，远动通讯的改善成为关键。
目前，国内调度通信网接口和协议的标准化还有很多问题，由于各个自动化厂家对规约认识和理解上的差异，造成站内不同自动化厂家设备之间或是与远方调度主站、集控站系统的通信连接过程因各厂家规约的差异而引发各类问题，为实现各产品之间更好的互联与交流，国际电工委员会（IEC）制定了IEC 61850 5 104标准，在目前的一段时期之内，104规约仍为大多数变电站采用。
1、IEG 61850-5-104规约简介
IEC-60870-5-104规约（以下简称104规约）是作为采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101规约（以下简称101规约）的网络访问，规定了101规约的应用层与TCP/IP提供的传输功能的结合，未了保证应用层通信的可靠性，引用了lTU-TX.25标准，包装了APCI传输接口，规定了冲突检测和错误重传机制。101、104规约属于问答式异步通信方式。104规约必须与101规约同时配套使用，104规约的核心部分ASDu应用服务数据单元是101规约的定义。104规约是平衡式传输，传输效率得到了很大提高。
2、104规约的通信实施
数据传输过程（主要环节）：
2.1 初始连接过程
TCP连接和建立都是采用客户/服务器方式，主动发起来接的进程叫做“客户”，而被动等待连接建立的进程叫做“服务器”。厂站端的远动机是104连接的服务器，运行一个服务器进程，它先发出一个“被动打开”命令，告诉它的TCP要准备接受客户进程的连接请求，服务端口号是2404。然后服务进程就属于“听”的状态，不断监测是否有客户进程要发起连接请求。如有则作出响应。调度端的通信前置设备是104连接的客户端，运行一个客户进程，它先向其TPc发出主动打开命令，表明要向2404端口建立运输连接。
2.2 启动数据传输
启动数据传输帧为u格式帧。控制站通过连接发送一个STARTDT指令激活连接中的用户数据传输，被控站用STARTDT指令响应命令，若STARTDT没有被确认，连接将被控制站关闭，即说明站初始之后，STARTDT必须是来自被控站的任何用户数据传输开始前发送。即使STARTDT处于缺省状态，被控站也可不通过连接发放任何数据，除了未编号的控制功能和这些功能的确认。
2.3 数据采集方式
支持数据化总数据召唤；基于平衡方式，变换数据主动上传
数据突发传送（通过传送原因可以判断），数据循环上送（通过传送原因可以判断）。
2.4 启动总召唤
总召唤命令由控制主站启动发送。主战总召唤帧及子站应答帧均为I格式帧。控制站向被控子站发送总召唤命令帧，子站向主站发送确认帧，然后发送单点遥信帧和双点遥信帧，最后向主站发茜总召唤命令结束帧，激活结束。
2.5 数据传输
遥测是在主站总召和RTU发生变位时子站主动向调度主站发送。主站发送遥控/遥调选择命令，子站返回遥控/遥调返校命令；主站继续下发执行命令，子站给予确认命令；当执行完毕后，子站返回结束命令。
3、104规约的应用设计
3.1 信息防止报文丢失和报文重复传送
104规约采用TCP/IP协议，IP协议负责将数据从一处传往另一处，TCP负责控制数据流量，并保证传输的正确性。由于在最底层的计算机通信网络提供的服务是不可靠的分组传送，所以当传送过程中出现错误以及在网络硬件失效或网络负荷太重时，数据包有可能丢失、延迟、重复和乱序，因此应用层协议必须使用超时和重传机构。重传机制实质是“超时断开重传”。因为TCP连接是面向连接的传输数据，对于任何一次成功的连接，只要通信双方没有执行过断开操作，就认为一直是接通的。利用超时机制检测网络状态，是实现应用104规约稳定传输数据的一个基本方法。104规约默认定义当发送12个APDU未收到确认报文，应中止传输，而且定义收到8个APDU应回应发送方确认报文。因此，要分别对发送、接收报文建立计数器进行计数，按照规约定义进行超时断开处理。同时，对报文序号的解析确认也至关重要。根据附加在报文上的接收序号，确认传输到对方正确报文条数，根据和已发送报文计数器比较，确认有无报文丢失。如果序号不正确，就认为有报文丢失，要断开这条连接，进行重连传输。
3.2 测试过程
为了能对TCP连接进行检查和维护，104规约规定了几个超时时间，即to、t1、t2、t3，它们的取值范围为1～255s，准确度为1s。
每次建立连接时，RTU都调用Socket的listen函数进行侦听，主站端调用Socket的connect函数进行连接，如果在t0时间内未能成功建立连接，可能网络发生了故障，主站端应该向运行人员给出警告信息。t1规定发送方发送一个I格式报文或u格式报文后，必须在Ⅱ的时间内得到接收方的认可，否则发送方认为TCP连接出现问题并应重新建立连接。也规定接收方在接收到I格式报文后，若经过t2时间未再收到新的I格式报文，则必须向发送方发送s格式帧对已经接收到的I格式报文进行认可，显然t2必须小于t1。t3规定调度端或子站RTU端每接收一帧I帧、s帧或者u帧将重新触发计时器t 3，若在t 3内未接收到任何报文，将向对方发送测试链路帧TESTFR。未使用但已建立的连接会通过发送测iraPDU（TESTFR=激活）并得到接收站发回的TESTFR=确认，在两个方向上进行周期性测试。发送站和接收站在某个具体时间段内没有数据传输（超时）会启动测试过程。每一帧的接收I帧，s帧或u帧会重新计时t3。B站要独立地监视连接。只要它接收到从A站传来的测试帧，它就不再发送测试帧。测试过程也可以在“激活”的连接上启动，这些连接缺乏活动性，但需要确保连通。
3.3 用启/停进行传输控制
控制站利用STARTDT启动数据传输）和STOPDT（停止数据传输）来控制被控站的数据传输。STARTDT/STARTDT是一种控制站激活/解除激活监视方向的机制。控制站即使没有收到激活确认，也可以发送命令或者设定值。发送和接收计数器继续运行，它们并不依赖于STARTDT/STOPDT的使用。
4、结束语
104标准通信协议的采用，证明了利用标准化的优势带来的开发便捷性，提高了变电站自动化系统的站内局域网的通信开放性，同时也很好地满足了电力监控系统信息传输的实时、可靠等要求，极大地推动了电力系统自动化的发展。
【关键词】电力系统；远动通信；IEC60870-5-104规约；自动化
【中图分类号】TV736；TM73 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0054-01
O、引言
电力系统自动化是电力系统一直寻求发展的方向。为提高电网运行的可靠性、安全性、实时性与经济效益，实现电力调度自动化与现代化，远动通讯的改善成为关键。
目前，国内调度通信网接口和协议的标准化还有很多问题，由于各个自动化厂家对规约认识和理解上的差异，造成站内不同自动化厂家设备之间或是与远方调度主站、集控站系统的通信连接过程因各厂家规约的差异而引发各类问题，为实现各产品之间更好的互联与交流，国际电工委员会（IEC）制定了IEC 61850 5 104标准，在目前的一段时期之内，104规约仍为大多数变电站采用。
1、IEG 61850-5-104规约简介
IEC-60870-5-104规约（以下简称104规约）是作为采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101规约（以下简称101规约）的网络访问，规定了101规约的应用层与TCP/IP提供的传输功能的结合，未了保证应用层通信的可靠性，引用了lTU-TX.25标准，包装了APCI传输接口，规定了冲突检测和错误重传机制。101、104规约属于问答式异步通信方式。104规约必须与101规约同时配套使用，104规约的核心部分ASDu应用服务数据单元是101规约的定义。104规约是平衡式传输，传输效率得到了很大提高。
2、104规约的通信实施
数据传输过程（主要环节）：
2.1 初始连接过程
TCP连接和建立都是采用客户/服务器方式，主动发起来接的进程叫做“客户”，而被动等待连接建立的进程叫做“服务器”。厂站端的远动机是104连接的服务器，运行一个服务器进程，它先发出一个“被动打开”命令，告诉它的TCP要准备接受客户进程的连接请求，服务端口号是2404。然后服务进程就属于“听”的状态，不断监测是否有客户进程要发起连接请求。如有则作出响应。调度端的通信前置设备是104连接的客户端，运行一个客户进程，它先向其TPc发出主动打开命令，表明要向2404端口建立运输连接。
2.2 启动数据传输
启动数据传输帧为u格式帧。控制站通过连接发送一个STARTDT指令激活连接中的用户数据传输，被控站用STARTDT指令响应命令，若STARTDT没有被确认，连接将被控制站关闭，即说明站初始之后，STARTDT必须是来自被控站的任何用户数据传输开始前发送。即使STARTDT处于缺省状态，被控站也可不通过连接发放任何数据，除了未编号的控制功能和这些功能的确认。
2.3 数据采集方式
支持数据化总数据召唤；基于平衡方式，变换数据主动上传
数据突发传送（通过传送原因可以判断），数据循环上送（通过传送原因可以判断）。
2.4 启动总召唤
总召唤命令由控制主站启动发送。主战总召唤帧及子站应答帧均为I格式帧。控制站向被控子站发送总召唤命令帧，子站向主站发送确认帧，然后发送单点遥信帧和双点遥信帧，最后向主站发茜总召唤命令结束帧，激活结束。
2.5 数据传输
遥测是在主站总召和RTU发生变位时子站主动向调度主站发送。主站发送遥控/遥调选择命令，子站返回遥控/遥调返校命令；主站继续下发执行命令，子站给予确认命令；当执行完毕后，子站返回结束命令。
3、104规约的应用设计
3.1 信息防止报文丢失和报文重复传送
104规约采用TCP/IP协议，IP协议负责将数据从一处传往另一处，TCP负责控制数据流量，并保证传输的正确性。由于在最底层的计算机通信网络提供的服务是不可靠的分组传送，所以当传送过程中出现错误以及在网络硬件失效或网络负荷太重时，数据包有可能丢失、延迟、重复和乱序，因此应用层协议必须使用超时和重传机构。重传机制实质是“超时断开重传”。因为TCP连接是面向连接的传输数据，对于任何一次成功的连接，只要通信双方没有执行过断开操作，就认为一直是接通的。利用超时机制检测网络状态，是实现应用104规约稳定传输数据的一个基本方法。104规约默认定义当发送12个APDU未收到确认报文，应中止传输，而且定义收到8个APDU应回应发送方确认报文。因此，要分别对发送、接收报文建立计数器进行计数，按照规约定义进行超时断开处理。同时，对报文序号的解析确认也至关重要。根据附加在报文上的接收序号，确认传输到对方正确报文条数，根据和已发送报文计数器比较，确认有无报文丢失。如果序号不正确，就认为有报文丢失，要断开这条连接，进行重连传输。
3.2 测试过程
为了能对TCP连接进行检查和维护，104规约规定了几个超时时间，即to、t1、t2、t3，它们的取值范围为1～255s，准确度为1s。
每次建立连接时，RTU都调用Socket的listen函数进行侦听，主站端调用Socket的connect函数进行连接，如果在t0时间内未能成功建立连接，可能网络发生了故障，主站端应该向运行人员给出警告信息。t1规定发送方发送一个I格式报文或u格式报文后，必须在Ⅱ的时间内得到接收方的认可，否则发送方认为TCP连接出现问题并应重新建立连接。也规定接收方在接收到I格式报文后，若经过t2时间未再收到新的I格式报文，则必须向发送方发送s格式帧对已经接收到的I格式报文进行认可，显然t2必须小于t1。t3规定调度端或子站RTU端每接收一帧I帧、s帧或者u帧将重新触发计时器t 3，若在t 3内未接收到任何报文，将向对方发送测试链路帧TESTFR。未使用但已建立的连接会通过发送测iraPDU（TESTFR=激活）并得到接收站发回的TESTFR=确认，在两个方向上进行周期性测试。发送站和接收站在某个具体时间段内没有数据传输（超时）会启动测试过程。每一帧的接收I帧，s帧或u帧会重新计时t3。B站要独立地监视连接。只要它接收到从A站传来的测试帧，它就不再发送测试帧。测试过程也可以在“激活”的连接上启动，这些连接缺乏活动性，但需要确保连通。
3.3 用启/停进行传输控制
控制站利用STARTDT启动数据传输）和STOPDT（停止数据传输）来控制被控站的数据传输。STARTDT/STARTDT是一种控制站激活/解除激活监视方向的机制。控制站即使没有收到激活确认，也可以发送命令或者设定值。发送和接收计数器继续运行，它们并不依赖于STARTDT/STOPDT的使用。
4、结束语
104标准通信协议的采用，证明了利用标准化的优势带来的开发便捷性，提高了变电站自动化系统的站内局域网的通信开放性，同时也很好地满足了电力监控系统信息传输的实时、可靠等要求，极大地推动了电力系统自动化的发展。