调度自动化系统中远动技术网络化的实现

谢大为，杨晓忠

（华北电力大学，北京102206）


IMPLEMENTATIONOFNETWORKINGTELECONTROLTECHNIQUEINDISPATCHING
AUTOMATIONSYSTEM

XIEDa-wei，YANGXiao-zhong

（NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China）
　　ABSTRACT:ThepresentsiutationofthedevelopmentoftelecontroltechniqueforpowernetworkdispatchingsysteminChinaissummarizedandtheapplicationofIEC60870-5-104transmissionprotocolinpowernetworkdatatransmissionisexpounded.Theformatofmessage,itsbasicfunctionandthetransmissionmodeareanalyzed,theon-sitesystemarchitectureprojectandthedesignplanofthesoftwarefordispatchingautomationsystemareemphaticallyresearched.TheapplicationconditionandthedifficultiesofIEC60870-5-104transmissionprotocolareanalyzedandgoodresultsareobtainedbyuseofIECprotocol.
　　KEYWORDS:Automationofelectricnetworkdispatchingsystem；Telecontroltechnique；IEC60870-5-104；IEC101;Telecontrolprotocol；TCP/IPprotocol
　　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/T634.5101-2002ASDU[2]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（FrameRelay，FR）、综合范围数据网络（IntegratedServiceDataNetwork，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Tru64UNIX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
6.1TCP/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。
6.2IEC104-5-104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）[1][2]下一页