陳 眾 周鴻艷

（長沙理工大學電氣與信息工程學院，長沙 410076）

2009年5月，在特高壓輸電技術國際會議上，國家電網(wǎng)公司正式對外公布了“堅強智能電網(wǎng)”計劃，標志著智能電網(wǎng)在中國正式啟動[1]。2009年 6月在天津大學舉辦了“第一屆智能電網(wǎng)研究學術論壇”，對中國智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展進行了探討[2]。其中，智能配電網(wǎng)具有新技術內(nèi)容多、與傳統(tǒng)電網(wǎng)區(qū)別大的特點，對于實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設的整體目標有著舉足輕重的作用[3]。

配電通信網(wǎng)是電力通信網(wǎng)的重要組成部分，一直以來由于缺乏適用的組網(wǎng)解決方案，成為電力通信網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和制約智能電網(wǎng)在配用電側(cè)應用的瓶頸[4]。在通信協(xié)議上，雖然國際標準IEC61850-80-1考慮到目前變電站與控制中心廣泛使用IEC60870-5-101/104規(guī)約，提供了IEC61850與它們之間的信息交換導則。但在智能配電網(wǎng)一級的工作由于尚處于試點階段，具有有別于輸電系統(tǒng)的獨特特性（例如通信單元數(shù)量巨大等），短期內(nèi)IEC61850是不可能取代IEC60870-5。IEC61850和其它規(guī)約一樣，肯定需要一個現(xiàn)場證明、改進、用戶接受的過程。因此國內(nèi)眾多配電自動化終端生產(chǎn)廠家通常采用IEC60870-5-101/104規(guī)約進行通信。

本文結(jié)合長沙麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)配電自動化試點工程，在簡要介紹其包括通信系統(tǒng)在內(nèi)的體系結(jié)構(gòu)后，根據(jù)現(xiàn)場對各生產(chǎn)廠家的配電終端單元的測試情況，整理了在實施中，對IEC60870-5-104規(guī)約相關的測試內(nèi)容和測試方法，指出了目前普遍存在的一些問題，期待有助于今后進一步的工作開展。

1 配電自動化

配電自動化是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，也是建設智能配電網(wǎng)的基礎[5]。

配電自動化以一次網(wǎng)架和設備為基礎，以配電自動化系統(tǒng)為核心，綜合利用多種通信方式，通過與相關應用系統(tǒng)的信息集成，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的全面監(jiān)測與控制[6]。

1.1 配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

長沙麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的配電自動化系統(tǒng)采用的是“主站+通信匯集型子站+配電終端”的三層結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。自動化配電終端采用網(wǎng)絡型配電終端，經(jīng)過通信匯集型子站接入配電主站系統(tǒng)。

圖1 配電自動化系統(tǒng)架構(gòu)

配電主站，主要負責城區(qū)配網(wǎng)設備的運行監(jiān)控和配電運行管理。

配電子站，主要負責所管轄區(qū)內(nèi)配電終端設備各種信息數(shù)據(jù)的匯集與轉(zhuǎn)發(fā)，向上與配電主站等各個系統(tǒng)進行計算機通信，向下與所管轄區(qū)內(nèi)配電終端進行通信。

配電終端，主要負責對環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關、配變、電纜故障指示器等一次設備的數(shù)據(jù)采集和控制，實現(xiàn)對一次設備的運行監(jiān)控。

1.2 配電自動化通信系統(tǒng)

配電主站與配電子站之間的通信網(wǎng)絡為通信主干網(wǎng)，配電子站到配電終端的通信網(wǎng)絡為通信接入網(wǎng)（配電通信網(wǎng)）[7]。麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)通信主干網(wǎng)的建設已經(jīng)得到長足的發(fā)展，并且以光纖主干網(wǎng)為主，而配電通信網(wǎng)基本空白。

智能配電網(wǎng)對通信信息量的實時性、可靠性提出了嚴格的要求，故通信方式應優(yōu)先選擇具有以太網(wǎng)技術和光纖技術的通信方式。結(jié)合長沙麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的實際情況，采用了光纖通信（無源光網(wǎng)絡EPON技術）為主，無線專網(wǎng)通信（無線 McWill技術）為輔的配電通信系統(tǒng)[8]。

1.3 通信中存在的問題

長沙麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)所采用的配電通信系統(tǒng)決定了配電終端的通信規(guī)約以IEC60870-5-104規(guī)約為主。

而配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)不同，為實現(xiàn)智能化配電網(wǎng)，系統(tǒng)需要安裝大量的終端設備。為提高建設配電自動化系統(tǒng)的經(jīng)濟性，在建設階段即考慮引入競爭，選用多個廠家的配電終端設備。這樣除了可以降低投資成本，同時可以避免由于壟斷造成的高維護費用。

但在選用多個廠家的配電終端設備時，由于104規(guī)約在配電網(wǎng)、光纖通信和無線專網(wǎng)通信中的應用尚不成熟，在通信規(guī)約方面存在：①各生產(chǎn)廠家規(guī)約版本不一致或者終端設備不能完全按照標準的過程進行通信；②不同的生產(chǎn)廠家在規(guī)約的認識理解上存在偏差[9]。所以配電網(wǎng)終端設備在 104規(guī)約的實現(xiàn)上存在不符合國家行業(yè)標準的情況，不同廠家的配電終端在通信上存在兼容性、可替代性的問題。當各生產(chǎn)廠家的配電終端設備在104規(guī)約的實現(xiàn)上不一致時，配電主站將無法正確讀取來自各配電終端的報文信息。為解決這一問題，需對這些配電終端設備進行104通信規(guī)約測試。

2 104規(guī)約測試

由于104規(guī)約有著一定的靈活性，在對配電終端進行104規(guī)約測試之前，應先制定104規(guī)約的應用規(guī)范。

2.1 測試內(nèi)容

104規(guī)約的測試內(nèi)容[10]主要分為以下三個部分：

1）APCI（應用規(guī)約控制信息）測試

APCI測試包括基本 APCI測試（啟動字符、APDU的長度、I格式的控制域、S格式的控制域、U格式的控制域）、防止報文丟失與報文重復傳送測試、測試過程測試、用啟/停進行傳輸控制測試、端口號測試、K參數(shù)測試、超時參數(shù)測試等。

2）基本應用功能測試

基本應用功能測試主要包括站初始化功能測試、復位進程測試等。

3）應用功能測試

應用功能測試主要包括總召喚功能測試、事件傳輸功能測試、命令傳輸功能測試、時鐘同步功能測試、測試過程功能測試等。

另外，可模擬通信過程中傳輸錯誤發(fā)送錯誤報文，測試其抗干擾能力。

2.2 基本測試項目

1）復位進程測試

主站（104規(guī)約測試軟件）向子站（被測設備）發(fā)出復位進程命令，檢查子站的響應。正確響應是子站在收到復位進程命令之后回復復位進程確認報文，并主動斷開連接，初始化后主動打開服務端口，在與主站建立 TCP/IP連接并啟動數(shù)據(jù)傳輸之后向主站發(fā)送初始化結(jié)束報文（初始化原因為遠方復位）。

2）總召喚功能測試

主站向子站發(fā)出總召喚命令，檢查子站的響應。正確響應是子站依次回復主站總召喚確認報文、單點遙信報文、雙點遙信報文、遙測報文和總召喚結(jié)束報文[11-12]。

3）事件傳輸功能測試

使子站發(fā)生遙信變位，檢查子站遙信變位時是否主動向主站發(fā)送遙信變位報文和遙信SOE（事件記錄）報文。正確響應是在子站發(fā)生遙信變位時，主動向主站發(fā)送遙信變位幀（單點遙信類型標識為1，雙點遙信類型標識為3，傳輸原因為3）和遙信SOE幀（單點遙信類型標識為30，雙點遙信類型標識為31，傳輸原因為3）。

4）命令傳輸功能測試

命令有單/雙點命令、步調(diào)節(jié)命令和設點命令，但配電自動化系統(tǒng)中只需要單/雙點命令功能。命令有兩個標準的傳輸過程：選擇及執(zhí)行命令和直接命令傳輸。單/雙點命令通常采用選擇及執(zhí)行命令的傳輸過程。以單點命令的選擇及執(zhí)行命令傳輸過程測試為例。主站先選上將要進行單點命令操作的點地址，然后向子站發(fā)出選擇命令，檢查子站的響應。子站應回復選擇確認報文或選擇否定應答報文。若子站回復的是選擇確認報文，主站發(fā)送執(zhí)行命令或撤消命令，檢查子站的響應。在主站發(fā)送執(zhí)行命令時子站應回復執(zhí)行確認報文，并在遙控操作執(zhí)行完畢后，子站發(fā)送遙信變位報文、遙信SOE報文和執(zhí)行結(jié)束報文；而在主站發(fā)送撤消命令時子站回復撤消確認報文。

5）時鐘同步功能測試

主站向子站發(fā)送時鐘同步命令，檢查子站的響應。正確響應是子站回復時鐘同步確認報文（報文中的時間應為同步前本地時間）。

6）否定測試

所有的應用功能測試都應包含否定測試（否定測試是指主站向子站發(fā)送的 I格式報文出現(xiàn)未知類型標識、未知或不合適的傳輸原因、未知或不合適的信息對象地址時，子站以相應傳輸原因的否定確定報文予以回復）。

以總召喚命令功能為例。主站向子站發(fā)送未知類型標識的I格式報文：68 0E 02 00 04 00 00 01 06 00 01 00 00 00 00 14，子站正確的響應是回復報文：68 0E 04 00 04 00 00 01 6C（COT=44，P/N=1） 00 01 00 00 00 00 14。

主站向子站發(fā)送未知傳輸原因的 I格式報文：68 0E 04 00 06 00 64 01 00 00 01 00 00 00 00 14，子站正確的響應是回復報文：68 0E 06 00 06 00 64 01 6D（COT=45，P/N=1） 00 01 00 00 00 00 14。

主站向子站發(fā)送未知信息對象地址的 I格式報文：68 0E 06 00 08 00 64 01 06 00 01 00 FF FF 00 14，子站正確的響應是回復報文：68 0E 08 00 08 00 64 01 6F（COT=47，P/N=1） 00 01 00 FF FF 00 14。

2.3 測試中存在的問題

使用104通信規(guī)約測試軟件對多個廠家的配電終端設備進行了104規(guī)約測試。終端設備在104規(guī)約的實現(xiàn)上頻繁出現(xiàn)的不符合國家行業(yè)標準的情況有：

1）啟動數(shù)據(jù)傳輸和停止數(shù)據(jù)傳輸對被測設備不起作用，即在停止數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，被測設備仍能回復主站命令，發(fā)送I格式報文。

2）時鐘同步確認報文中的時間應為被測設備同步前本地時間，可測試結(jié)果大多是時鐘同步命令報文中的時間。

3）分組召喚過程常出現(xiàn)的問題有：①部分分組召喚沒有報文回復，②沒有分組召喚激活終止報文，③傳輸原因錯誤。

4）遙控過程中常見錯誤：①選擇命令的回復報文中出現(xiàn)激活終止報文，②撤消命令的回復報文中出現(xiàn)激活終止報文。

5）S格式報文的使用有誤。

6）超時時間t0、t1、t2、t3的理解，不同的終端設備生產(chǎn)廠家有不同的理解。

7）沒有設置超時時間參數(shù)（t1、t2、t3）和K、W參數(shù)。

8）發(fā)送復位進程命令，被測設備無響應。

9）否定測試過程中常見錯誤：①沒有回復報文，②當作正確報文接收并回復相應的 I格式報文，而不是否定確認報文，③傳輸原因錯誤，傳輸原因中的P/N位應為1。

10）發(fā)送錯誤報文（68 04 00 00 00 00）時，子站把該報文作為I格式報文接收。

以上所羅列的是配電終端在104規(guī)約的實現(xiàn)上最普遍存在的問題，各生產(chǎn)廠家的配電終端還存在許多不常見的104規(guī)約實現(xiàn)上的問題。

2.4 解決方案

為解決配電終端設備在104規(guī)約實現(xiàn)上存在的問題，我們可做以下工作：

1）各電力公司根據(jù)其實際情況制定104規(guī)約應用規(guī)范。應用規(guī)范應明確規(guī)定所采用104規(guī)約的版本和配電終端設備應具備的應用功能（如：是否具備分組召喚功能）；對于在理解上容易產(chǎn)生偏差的部分應用規(guī)范中應給出詳細的說明（如：在什么情況上發(fā)送S格式報文）。

2）各生產(chǎn)廠家在開發(fā)配電終端設備的104規(guī)約通信程序時，應嚴格按照國家標準，對于拿捏不準的點應多翻閱文獻和各電力公司的104規(guī)約應用規(guī)范，對于一些看似不重要的點不能忽略（如：K/W參數(shù)和超時時間參數(shù)的設置）。

3）使用專用于配電自動化系統(tǒng)的104規(guī)約測試軟件測試各配電終端設備并根據(jù)測試分析得出測試報告（各測試項是否通過，未通過的原因等）。

4）各生產(chǎn)廠家根據(jù) 104規(guī)約應用規(guī)范和 104規(guī)約國家標準，結(jié)合測試報告，修改、完善其配電終端的104規(guī)約通信程序。

希望各生產(chǎn)廠家通過對配電終端進行104規(guī)約測試，找出配電終端在104規(guī)約的實現(xiàn)上存在問題的地方并完善相應的104規(guī)約程序，使得104規(guī)約的實現(xiàn)符合國家標準。

3 結(jié)論

智能電網(wǎng)已成為當今世界電網(wǎng)的發(fā)展方向。我國正積極開展智能電網(wǎng)的各項試點工程。文中簡要介紹了長沙麓谷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)配電自動化試點工程的配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)中的配電終端在 104規(guī)約的實現(xiàn)上存在不符合國家標準的情況。為解決這一問題，可使用104通信規(guī)約測試軟件對配電終端設備進行104規(guī)約測試，找出配電終端在104規(guī)約的實現(xiàn)上不符合國家標準的情況，促使各廠家完善配電終端的104規(guī)約程序，從而使得配電終端在104規(guī)約的實現(xiàn)上符合國家標準。

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