电力系统系列标准及通信规约.ppt
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1、电力系统系列标准及通信协议,1.电力系统数据通信协议体系2.能量管理系统的应用程序接口(EMSAPI)通信协议:IEC60870-5-101、IEC60870-5-104,电力系统数据通信协议体系,技术背景IEC60870-5系列:远动通信协议体系IEC60870-6系列:计算机数据通信协议体系IEC61850-7系列:变电站数据通信协议体系,技术背景,随着计算机、网络和通讯技术的不断发展,电力系统调度运行的信息传输要求不断提高,信息传输方式已逐步走向数字化和网络化。为此国际电工委员会电力系统控制及其通信技术委员(IECTC57)根据形式发展的要求制定调度自动化和变电站自动化系统的数据通信标准
2、,以适应和引导电力系统调度自动化的发展,规范调度自动化及远动设备的技术性能。电力市场迫使通信系统降低费用,避免多种不兼容的标准和互相竞争的标准出现;同时在整个电力系统制定统一协调的体系结构既有利于用户,也有力于制造商。,IEC60870-5系列,IEC TC57 WG03(远动规约)基本标准(共分5篇)第 一篇60870-5-1传输帧格式第 二篇60870-5-2链路传输规约第 三篇60870-5-3应用数据的一般结构第 四 篇60870-5-4应用信息元素定义和编码第 五篇60870-5-5基本应用功能配套标准IEC60870-5-101:基本远动任务IEC60870-5-102:电能累计量
3、IEC60870-5-103:继电保护信号IEC60870-5-104:IEC60870-5-101的网络访问,基本标准和配套标准,传统的远动通信规约一般不分层,IECWG03定义的远动通信协议分为两层,一是链路层,由IEC60870-5-1和IEC60870-5-2描述:一是应用层,基础部分由IEC60870-5-3、IEC60870-5-4、IEC60870-5-5描述:应用层直接映射到链路层根据应用领域定义了一系列“配套标准”。基本标准是制定和理解配套标准的依据,配套标准都要引用基本标准,配套标准针对具体应用作了具体规定,使基本标准的原则更加明确等同采用基本标准和配套标准有利于更好地贯彻
4、标准,实现远动设备的互操作性,表1远动通信规约IEC60870-5系列体系结构,IEC60870-6系列(1),IEC TC57 WG07工作组负责制定与ISO和ITU-T兼容的用于电力系统控制的计算机数据通信协议,即IEC 60870-6 系列标准。该项工作始于己于1993年,当时从已广泛应用的协议(如:挪威的ELCOM90、美国西部电网的WSCC等)中选择了ELCOM90作为蓝本,开始制定IEC 国际标准,称为远方控制应用元TASE(Tele-control Application Service Element,后改为TASE.1),后来发现该协议适应性较差与ISO/ITU-T的兼容性不
5、好,美国和德国坚决反对,强烈要求制定一套与ISO/ITU-T兼容性好的协议,于是美国电科院(EPRI)急忙开发了ICCP(Inter Control-center Communication Protocol),于96年被纳入IEC体系,称为TASE.2,与TASE.1并列为国国际标准,但互不兼容。一度形成欧洲与美国两个系列相争不下的局面。其中TASE.1基于 ISO 9072-1/2 ROSE,TASE.2基于MMS(Manufacturing Message Specification)。,IEC60870-6系列(2),由于MMS已广泛应用于各行各业,所以TASE.2比TASE.1适应性
6、更强、更容易实现。目前,国际电工委员会TC57委员会已采纳TASE.2协议为控制中心间信息交换的标准协议。中国国家标准委员会也已采纳TASE.2协议,将它定义为国家标准以替代原来的我国电力行业标准电力系统实时数据通信应用层协议DL476-92。TASE.2是应用层网络协议,重要特点之一是通过名字传输信息对象而不象其他众多通信规约是通过地址(点号)传输信息对象。变量名单端定义,双端使用。,IEC61850-7系列,随着变电站自动化的快速发展,急需制定相应的国际标准,IEC TC57为此成立了三个工作组,这在历史上是很少见的。第10工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求,第11工作组
7、负责站级数据通信总线的定义,第12工作组负责控制柜级数据通信协议的定义。这几种模型都是基于ISO 9506 MMS的,变电站的数据通信总线可以直接访问控制中心,不需要另加网关(Gateway),是一种将变电站内数据通信协议与广域网协议组合在一起的体系结构,数据通信协议适用范围,远动通信协议、计算机数据通信协议、变电站数据通信协议各有其适应范围,也可以交叉使用。控制中心之间一般用IEC 60870-6 系列;发电厂与控制中心之间一般采用IEC 60870-5系列;也可采用IEC 60870-6 系列;变电站与控制中心之间一般采用IEC 61850-7系列;也可采用IEC60870-6 系列或IE
8、C 60870-5系列;,能量管理系统的应用程序接口(EMSAPI),IEC TC57 WG13工作组负责制定能量管理系统的应用程序接口(EMSAPI),即IEC 61970系列标准,公用信息模型(Common Information Mode)CIM定义了覆盖各个应用的面向对象的电力系统 模型,是IEC61970的灵魂组件接口规范(Component Interface Specification)CIS规定组件之间交换信息和访问公共数据的接口,这些接口包括一组标准的函数,每个函数描述特定的事件,方法和性质互操作EMS数据库接口规范化,应用软件组件化和开放化,不同厂家应用软件能即插即用和互联
9、互通,IEC 61970系列标准,电力系统系列标准概貌,规约简介,常用远动规约(RS232):CDT规约:部颁DL451-91、老部颁、地方CDT规约DNP3.0规约、SC-1801规约、N4F规约、S5规约ELIN规约、Siemens 8890规约、ABB RP570规约 部颁101规约1997,IEC60870-5-101规约1995,2002规约评价标准高度的数据完整性、数据一致性、传输效率,IEC101规约简介,必读文件:中华人民共和国电力行业标准DL/T 6345101-2002/IEC60870-5-101:2002代替DL/T634-1997IEC 1995年出版IEC60870
10、-5-101以来,得到广泛应用。我国制定了相应的配套标准,:DL/T 634-1997 基本远动任务配套标准(neq.IEC60870-5-101:1995)IEC总结经验,又出版 A1、A2扩充时标两个附件,于2001将IEC60870-5-101:1995和两个附件合并,出版了IEC60870-5-101:2002V.2我国又跟进制定了相应的配套标准,等同采用IEC60870-5-101远动设备与系统第5部分传输规约第101篇基本远动任务配套标准:2002等同采用和非等同采用等同采用基本标准和配套标准有利于更好地贯彻标准,实现远动设备的互操作性。DL/T 634-1997 neq IEC6
11、0870-5-101:1995DL/T 634.5101-2002/IEC60870-5-101:2002代替DL/T 634-1997,IEC60870-5系列适用范围,IEC60870-5系列涵盖了各种网络配置(点对点、多个点对点、多点共线、多点环型、多点星型),各种传输模式(平衡式、非平衡式),网络的主从和平衡传输模式,电力系统所需要的应用功能和应用信息,是一个完整的集,可以适应电力系统自动化系统中各种调制方式,各种网络配置和各种传输模式的需要,通信规约:IEC101重点,物理层链路层功能码、特征位(FCB、ACD)、链路地址应用层类型标识、可变结构限定词、传送原因、公共地址、信息对象地
12、址、信息元素,规约结构,模型1:ISO OSI 参考模型International Standards OrganizationOpen System Interconnection 模型2:增强性能模型EPA:Enhanced Performance Architecture模型特点:可以得到快速的响应时间,但是服务受到限制。,规约结构,增强性能体系结构(EPA)和配套标准所选用的标准定义,物理层(硬件),接口标准为异步ITU-TV.24/ITU-TV.28接口,控制站的数据终端设备(DTE),数据电路终接设备(DCE),数据电路终接设备(DCE),控制站的数据终端设备(DTE),数据电路,
13、串行远动通信,控制站和被控站的接口和连接,物理层,线路传输规则:在线路上传输遵守字节由低向高传送的规则每个字符有1个启动位(二进制0),8位信息码,1位偶校位、1位停止位(二进制1)线路空闲状态为二进制1。在无线电通道或断载频方式时,需利用RS232的信号RTS和CTS发送若干1的载频后才能发送报文,以使调制解调器稳定。,传输模式,平衡式和非平衡式传输非平衡传输(Unbalanced tranmission)主站采用顺序地查询(召唤)子站来控制数据传输,在这种情况下主站是请求站,它触发所有报文的传输,子站是从动站,只有当它们被查询(召唤)时才可能传输。平衡传输(Balanced tranmis
14、sion)采用平衡传输,每一个站可能启动报文传输。因为这些站可以同时既作为启动站又可以作为从动站,它们被称为综合站。华东网局规定101采用非平衡方式、104采用平衡方式传输,链路层,基本链路传输服务的三种类型,链路层,主要功能应用数据封装,发送到物理层或相反提供链路状态指示 报文重传FCB位,ACD位的处理控制物理层防止数据碰撞响应有效报文,链路层,标准传输帧的格式和结构(Format and structures of standard transmission formates)格式FT1.1:低级别的数据完整性要求 格式FT1.2:高等级的数据完整性要求(101)格式FT2:高等级的数据
15、完整性要求 格式FT3:特别高的数据完整性要求,一FT1.2可变帧长格式可变帧长帧格式用于由主站向子站传输数据,或由子站向主站传输数据。报文示例:总召唤命令报文(从链路层的角度)-68 09 09 68 53 64 64 01 06 64 00 00 14 9A 16,链路层(可变帧),二FT1.2固定帧长格式用于子站回答主站的确认报文,或主站向子站的询问报文。报文示例:(召唤链路状态)M-R:10 49 01 4A 16,链路层(固定帧),三FT1.2单个字符E5H单个控制字符E5用来取代固定帧长肯定确认帧(从动功能码)或固定帧长否定确认帧(从动功能码)。,链路层(单个字符),-10 5B
16、64 BF 16 68 09 09 68 53 64 64 01 06 64 00 00 14 9A 16-10 00 64 64 16(E5),链路层,链路层(校验和),在可变帧长报文中,校验和是控制域.地址域.用户数据区的8位位组的算术和(不考虑溢出位即256模和)。在固定帧长报文中,校验和是控制域.地址域的算术和(不考虑溢出位即256模和)。单个字符无校验和。,链路层(控制域),RES:备用FCV:帧计数有效位:FCV0 表示帧计数位FCB的变化无效。FCV1 表示帧计数位FCB的变化有效。发送/无回答服务、广播报文和其他不需要考虑信息输出的丢失和重复的传输服务,无需改变帧计数位FCB的
17、状态,因此这些帧的帧计数有效位FCV常为零。,链路层(控制域),FCB:帧计数位:帧计数位0或1,是每个站连续的发送/确认或者请求/响应服务的变化位。帧计数位用来消除信息传输的丢失和重复。启动站向同一从动站传输新一轮的发送/确认(SEND/CONFIRM)或请求/响应(REQUEST/REPOND)传输服务时,将帧计数位(FCB)取相反值,启动站为每一个从动站保留一个帧计数位(FCB)的拷贝,若超时未由从动站收到所期望的报文,或接收出现差错,则启动站不改变帧计数位FCB的状态,重复原来的发送/确认或者请求/响应服务。复位命令的情况下帧计数位(FCB)清零,从动站接收此命令将帧计数位置零,并期望
18、下一次的从启动站到从动站的传,其帧计数位(FCB)为1,帧计数有效位FCV为1。,链路层(控制域),ACD:要求访问位:有两种级别的报文数据,名称为1级数据和2级数据;ACD 0 从动站无1级用户数据要求传输;ACD=1 从动站要求传输1级用户数据。从动站向启动站指出希望传输1级用户数据。注1级用户数据传输典型地被用于事件传输或者高优先级报文的传输,2级用户数据典型地被用于循环传输或者低优先级报文传输。,链路层(控制域),PRM:启动报文位:PRM0,表示是由从动(响应)站向启动站传输报文;PRM=1,表示是由启动站向从动站传输报文.,链路层(地址域),链路地址链路地址选用一个八位位组。链路地
19、址域的含义是当由主站触发一次传输服务,主站向子站传送的帧中表示报文所要传送到的目的站址,即子站站址;当由子站向主站传送帧时,表示该报文发送的源站址,即表示该子站站址。地址域是指链路层而言。地址域的取值为0至255,其中FFH=255为广播站地址。和公共地址关系一般情况下链路层地址域的站地址和应用服务数据单元公共地址可以是同一个值在某些情况下,在一个链路层地址域的站地址下,可以有好几个应用服务数据单元公共地址,如:一个变电所搜集附近几个卫星站的信息,然后向主站传送此时在应用服务数据单元公共地址可以有好几个,链路层(功能码),主站向子站传输的功能码(非平衡方式),链路层(功能码),子站向主站传输的
20、功能码(非平衡方式),链路层(特征位),FCB(帧计数位)取反防止报文丢失和重传规则ACD=1 子站向主站申请传送一级数据链路传输规则非平衡方式:一问一答,窗口尺寸=1平衡方式:问答和主动上报,窗口尺寸=1,应用层,应用用户数据,ASDU,APCI,APCI,APDU,IEC60870-5中未使用APCI,应用(用户)过程,应用层(第7层),链路层(第2层),ASDU,LPCI,LPCI,LPDU,模型2:增强性能模型数据单元之间关系,应用层,图 使用参考模型2的帧结构链路数据单元(报文)由两部分组成,即链路规约控制信息和应用服务数据单元(即应用规约数据单元或链路用户数据)所组成。一个链路规约
21、数据单元只包含一个应用服务数据单元。(一个报文只能有一个数据单元标识,信息体可以有多个),应用层(数据单元结构),应用服务数据单元结构,应用层(可变字节数),数据单元标识,信息体,应用服务数据单元(ASDU)数据单元标识信息体 传送原因字节数:1,2公共地址字节数:1,2,3信息体地址字节数:1,2,3不同厂家互操作时要明确约定,最好是由用户统一规定,应用层(类型标识 监视方向),表1 在监视方向的报文类型(上行,无时标)TYPE IDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8:=未定义:=单点信息 M_SP_NA_1:=双点信息 M_DP_NA_1:=步位置信息 M_ST_NA_1:
22、=32比特串 M_BO_NA_1:=测量值,规一化值 M_ME_NA_1:=测量值,标度化值 M_ME_NB_1:=测量值,短浮点数 M_ME_NC_1:=累积量 M_IT_NA_1:=带变位检出的成组单点信息 M_PS_NA_1:=测量值,不带品质描述词的规一化值 M_ME_ND_1,应用层(类型标识 监视方向),表2在监视方向的报文类型(上行,带时标)*):=带CP56Time2a时标的单点信息 M_SP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的双点信息 M_DP_TB_1*):=带CP56Time2a时标的步位置信息 M_ST_TB_1*):=带CP56Time2a时标的32比特串
23、M_BO_TB_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,规一化值 M_ME_TD_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,标度化值 M_ME_TE_1*):=带CP56Time2a时标的测量值,短浮点数 M_ME_TF_1*):=带CP56Time2a时标的累积量 M_IT_TB_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置事件 M_EP_TD_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置成组启动事件 M_EP_TE_1*):=带CP56Time2a时标的继电保护装置成组输出电路信息M_EP_TF_1,应用层(类型标识 控制方向),在控制方向的过程信息(上、下行,不带时
24、标)TYPE IDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8CON:=单点命令 C_SC_NA_1CON:=双点命令 C_DC_NA_1CON:=调节步命令 C_RC_NA_1CON:=设定值命令,规一化值 C_SE_NA_1CON:=设定值命令,标度化值 C_SE_NB_1CON:=设定值命令,短浮点数 C_SE_NC_1,应用层(类型标识 控制方向),在控制方向的过程信息的应用服务数据单元CON:=带CP56Time2a时标的单点命令 C_SC_TA_1 CON:=带CP56Time2a时标的双点命令 C_DC_TA_1 CON:=带CP56Time2a时标的调节步命令 C_RC_
25、TA_1 CON:=带CP56Time2a时标的设定值命令,规一化值 C_SE_TA_1 CON:=带CP56Time2a时标的设定值命令,标度化值 C_SE_TB_1 CON:=带CP56Time2a时标的设定值命令,短浮点数 C_SE_TC_1 CON:=带CP56Time2a时标的32比特串 C_BO_TA_1:=为将来兼容定义保留 在控制方向的过程信息可以带时标也可以不带时标,但是送往某一个站的过程信息只能采用一种,不得混起来用。,应用层(类型标识 其他),在监视方向的系统命令(上行)TYPE IDENTIFICATION=类型标识:=UI81.8:=初始化结束 M_EI_NA_1在控
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