王莉

摘??要：從最初的電力網(wǎng)發(fā)展到今天，伴隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到電力網(wǎng)絡(luò)中。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的提出，配電設(shè)備向著物聯(lián)化、智能化方向轉(zhuǎn)變，此次終端測試軟件的設(shè)計目標就是一套基于IEC104協(xié)議的實時數(shù)據(jù)庫的電力遠程測試平臺，以第三方視角對系統(tǒng)、設(shè)備、通信等多方面進行模型比對和數(shù)據(jù)分析，把被動的維護工作向主動的量化管理推進，更好地保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：以太數(shù)據(jù)網(wǎng)???電力物聯(lián)網(wǎng)???IEC104協(xié)議???遠程測試

中圖分類號：V242.4?3文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Design?of?Electricity?Terminal?Test?Software?Based?on?IEC104?Protocol

WANG?li

（NanJing?Vocational?College?of?Information?Technology，Nanjing，?Jiangsu?Province，?210049?China）

Abstract：From?the?initial?development?of?power?network?to?today，?with?the?development?of?computer?technology，?network?technology?and?communication?technology，?these?technologies?are?more?and?more?widely?used?in?power?network.With?the?proposal?of?the?power?Internet?of?things，?the?distribution?equipment?is?changing?towards?the?direction?of?Internet?of?things?and?intelligence.?The?design?goal?of?the?terminal?test?software?is?a set?of?power?remote?test?platform?based?on?real-time?database of?IEC104?protocol，?which?carries?out?model?comparison?and?data?analysis?on?system，?equipment，?communication?and?other?aspects?from?the?perspective?of?a?third?party，?Promote?the?passive?maintenance?work?to?the?active?quantitative?management，?so?as?to?better?ensure?the?safe?and?stable?operation?of?the?power?grid.

KeyWords：Ethernet?data?network;Power?Internet?of?things;IEC104?protocol;

Remote?test

由于地緣遼闊，地形復(fù)雜，使得電力網(wǎng)絡(luò)顯得非常的復(fù)雜而難以維護，各種網(wǎng)絡(luò)的交織，還有可能使用著不同的通信協(xié)議，因此數(shù)據(jù)的準確傳輸就成了一大難題，通常需要大量的人力去巡查和記錄，這無疑為維護電力網(wǎng)絡(luò)增加了很大的成本，而且有些設(shè)備自身還存在著一定的缺陷、一系列的問題，大大增加了電網(wǎng)出現(xiàn)故障的風(fēng)險。電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和提出，配電設(shè)備需要進行網(wǎng)絡(luò)連接，也就是現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)趨勢，同時也需要設(shè)備地連接更加的智能化，從而保證配電房的高效穩(wěn)定的運行。此次終端測試軟件的設(shè)計目標就是一套基于IEC104協(xié)議的遠程檢測系統(tǒng)，能夠?qū)嵤┑膫鬏斣O(shè)備數(shù)據(jù)，從電力種端的交換機鏡像端口，采集數(shù)據(jù)到檢測系統(tǒng)，并要求數(shù)據(jù)是實時采集的，并根據(jù)實現(xiàn)定義好的數(shù)據(jù)檢測算法，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，預(yù)先找到可能存在的問題，以第三方視角對系統(tǒng)、設(shè)備、通信等多方面進行模型比對和數(shù)據(jù)分析，把被動的維護工作向主動的量化管理推進，更好地保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1?IEC104規(guī)約

1.1?IEC104規(guī)約介紹

IEC104規(guī)約協(xié)議是一種國際規(guī)范的標準，用來定義電力遠動方面，它的特點是能夠保證數(shù)據(jù)的實時傳輸、數(shù)據(jù)傳輸效率高、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、?而且適用性好，支持多平臺的網(wǎng)絡(luò)傳輸;與之前的IEC101協(xié)議比較來看，IEC104協(xié)議對于數(shù)據(jù)的安全性方面有更好的保護作用[1]?，主要原理是之前的IEC101協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時，采用的是ASDU（應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元），沒有采用APCI（應(yīng)用規(guī)約控制信息），這就使數(shù)據(jù)在傳輸過程中若丟失的話，就沒法恢復(fù)，并且數(shù)據(jù)傳輸過程中如果有重復(fù)單元，也沒有控制功能[2]。IEC104協(xié)議的傳輸比較遵照網(wǎng)絡(luò)的OSI七層模型設(shè)計，主要使用的是七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層來進行數(shù)據(jù)傳輸。

1.2?IEC104規(guī)約的工作原理

104規(guī)約目前采用的也是網(wǎng)絡(luò)中流行的客戶端（Client）/服務(wù)器端（Server）的架構(gòu)，主要是以配電主站作為客戶端（Client），配電終端為服務(wù)器端（Server），對于某些使用特殊場合（如?GPRS?模塊為動態(tài)?IP）也可以是相反的設(shè)計，總之根據(jù)實際情況可以靈活改變。端口號一般采用默認的?2404?端口，如有特殊要求也可改變。支持定時總召和手動召喚，回答總召喚時必須用（SQ=1）連續(xù)地址方式傳送。

2?IEC104規(guī)約終端測試軟件設(shè)計

2.1?軟件的體系結(jié)構(gòu)

在設(shè)計此IEC104終端測試軟件時，結(jié)構(gòu)上首先是定義了開放的TCP/IP接口，其次是設(shè)計了一個局域網(wǎng)案例，該局域網(wǎng)中包含IEC60870-5-101ASDU的遠動設(shè)備。最后讓不同類型的廣域網(wǎng)（如X.25、幀中繼、ISDN等）的都可以通過定義的TCP/IP局域網(wǎng)接口進行互聯(lián)。在此結(jié)構(gòu)中，采用單獨的路由器設(shè)計，

使用單獨的路由器有如下優(yōu)點。

（1）支持終端系統(tǒng)中平臺的多樣性，不需要特定的網(wǎng)絡(luò)軟件;（2）路由功能事先已經(jīng)定義，因此終端中不需要具備路由功能;（3）網(wǎng)絡(luò)管理也是由基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)，終端中無需有此服務(wù);?（4）終端系統(tǒng)是獨立的，不需要遠端廠商的支持;?（5）可以在非特定的遠端廠商中獲得路由的支持，并用來適應(yīng)各類網(wǎng)絡(luò);（6）?如果傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有改變，不影響終端軟件的使用，改變路由器即可;（7）能夠與前期的IEC101協(xié)議的終端設(shè)備對接;（8）對于將來的改變也有很好的適應(yīng)性。

2.2?應(yīng)用規(guī)約控制信息（APCI）的定義

2.2.1?應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元基本格式

在IEC104規(guī)約終端測試軟件中，主要是電力設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸，因此如何定義好數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧统闪酥匾恼n題，在此次的設(shè)計中，對于數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)的定義，我們使用下面的方式：在數(shù)據(jù)單元中，使用一個字節(jié)用來進行標識數(shù)據(jù)類型;再使用一個字節(jié)用來定義可變的結(jié)構(gòu)限定詞;使用兩個字節(jié)用來定義數(shù)據(jù)的傳輸因素;使用兩個字節(jié)來定義數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的公共IP地址;使用單個字節(jié)定義信息的物理地址[3]。

信息的集合可以是單個信息元素，也可以是信息元素集合，同時還可以是單個信息元素序列和信息元素集合序列[4]。

2.2.2?APCI的定義

APCI是應(yīng)用規(guī)約控制信息，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧梢杂脕韺崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的丟失和重復(fù)等問題，如何處理這些問題，主要是在用戶對TCP接口?IEC60870-5-104傳輸接口中定義面向數(shù)據(jù)量的接口，為了解決數(shù)據(jù)傳輸過程中識別數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束位，APCI中定義了啟動字符和結(jié)束字符，這樣可以方便的檢測出數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯，并通過一定的校驗方式來糾錯;在APCI中海定義了應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元的長度規(guī)范、以達到對數(shù)據(jù)的控制目的。APCI數(shù)據(jù)單元在傳輸?shù)倪^程中，可以傳輸完整的應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元，也可以為了實現(xiàn)更好的控制目的，只傳輸規(guī)約控制信息域[5]。

APDU是APCI中的數(shù)據(jù)單位，一般稱之為應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元，它包含于APCI?中，早期的APCI數(shù)據(jù)單元就是單純的ASDU，不包括4個控制域，因此沒有對數(shù)據(jù)的控制功能，而現(xiàn)在的IEC104規(guī)約中，對于APDU做了改變，?它包括4個控制域八位位組和?ASDU。期中ASDU是包含了基本的傳輸數(shù)據(jù)，而4個控制域八位位組中則定義了報文的傳輸啟動/停止，輸出監(jiān)視等內(nèi)容，保證了數(shù)據(jù)的不丟失和不重復(fù)，ASDU的長度是有限制的，最大是249?[6]。

3?IEC104規(guī)約終端測試軟件的實現(xiàn)

104規(guī)約測試軟件主要是鏈接底層的設(shè)備，電閘之類的底層設(shè)備信號被接入繼電保護裝置，然后裝置轉(zhuǎn)換成信號，顯示在繼電保護裝置中，并通過104規(guī)約測試軟件傳輸?shù)胶笈_，把底層裝置的數(shù)據(jù)讀到軟件里面，軟件可以讀取報文并且解析出來，而且還能通過軟件去對底層裝置進行遙控。軟件具體的使用過程如下：

（1）把電腦IP和裝置IP設(shè)置到同一段;

（2）PING裝置IP是否能連接成功，成功后進行下一步;

（3）把模擬軟件放在電腦D盤下，打開“101和104仿真”文件夾中的“ProtocalTool1”;顯示如圖1的界面。

在規(guī)約中選擇規(guī)約復(fù)選框，在IP中輸入裝置的IP地址;

（4）點擊菜單中的“文件”菜單選擇登陸，出現(xiàn)輸入口令的對話框，輸入密碼nari確定;

（5）點擊菜單“聯(lián)接”中的“啟動”會看見對話框中有聯(lián)接數(shù)據(jù)產(chǎn)生，表示聯(lián)接成功。具體見圖2。

（6）點擊菜單“工具”中的“調(diào)試”，出現(xiàn)如圖3所示的對話框。

在“單點遙控”點號中輸入遙控點號24577，選擇“合閘”，就可以“選擇”如果通信正常，會看見裝置中會出現(xiàn)“遙控選擇成功”的字樣，接下來點擊“執(zhí)行”裝置就進行遙控合閘的操作。裝置同期功能投入的情況下就進行同期合閘。

（7）遙控分閘的操作只要把“單點遙控”中的“合閘”改為“分閘”即可，具體見圖4。

5?結(jié)語

該文介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的設(shè)計原理以及設(shè)計過程，詳細介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的數(shù)據(jù)單元的設(shè)計方法以及傳輸規(guī)則，并在文章的最后詳細介紹了IEC104規(guī)約終端測試軟件的使用方法，使人們能夠?qū)Υ诬浖脑O(shè)計有一個詳細和全面的了解，最后該軟件在實際的應(yīng)用中可能還會遇到各種各樣的實際問題，需要后期的調(diào)試和改進。

參考文獻

[1] 劉志仁，薛明軍，楊黎明，等.基于區(qū)域自組網(wǎng)的配電線路無線差動保護技術(shù)研究及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2021，49（21）：167-174.

[2] 王迎迎，陳凱，吳春年，等.基于104協(xié)議與PI實時數(shù)據(jù)庫的電力遠動監(jiān)控平臺建設(shè)[J].浙江電力，2017，36（3）：71-74，80.

[3] 馬常霞，張占強?.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析及應(yīng)用[M].南京：南京大學(xué)出版社，2020.

[4] 陳光華，王朋飛，趙應(yīng)兵，等.智能變電站智能終端自動測試儀設(shè)計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2021，49（17）：162-169.

[5] 梁子龍，李曉悅，鄒榮慶，等.基于5G通信智能分布式饋線自動化應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2021，49（7）：24-30.

[6] 韓毅剛.通信網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，2017.