对通讯规约的讨论

1、对通讯规约的讨论目录一、内容提要3二、IEC-60870-5-10432.1 IEC-60870-5-104规约的介绍32.1.1 规约结构32.1.2 规约数据单元帧格式32.1.3特点：防止报文丢失和重复传输32.2 IEC-60870-5-104规约的应用4 2.2.1规约在配电网历史数据传输中的应用42.2.2规约在 FTU 中的应用4三、 IEC-618504 3.1 IEC-61850的介绍4 3.2 IEC-61850的特点53.2.1 定义了变电站的信息分层结构53.2.2 采用了面向对象的数据建模技术53.2.3 数据自描述63.2.4 网络独立性6四、IEC 619706

2、4.1 IEC 61970规约介绍6 4.2 IEC 61970规约特点64.3 IEC 61970的应用7五、IEC-619687 5.1 IEC-61968规约内容介绍7 5.1.1 接口参考模型(IRM)75.1.2 信息交换模型(IEM)85.2 IEC-61968标准特点85.3 IEC-61968标准实现85.3.1 事件85.3.2 适配器9六、总结9七、参考文献10一、内容提要规约简单的说就是指在电力系统中,发送信息端与接受信息端对所发送数 据的报文格式封装与解封装的一套约定。为了实现规约的标准化,国际电工委员 (International Electrotechnical C

3、ommission)制定了一系列的远动规约的基本标准：IEC 60870-5系列、IEC 61850系列、IEC 61970系列和IEC 61968系列等。本文主要对这些规约的内容进行一些介绍，并简述一下这些规约的特点及应用。关键词 电力系统 通讯规约 IEC-60870-5-104 IEC-61850/61970/61968 特点二、IEC 60870-51042.1 IEC-60870-5-104规约的介绍2.1.1 规约结构 IEC 60870-5-104 远 动 规 约 使 用 的 参 考 模 型 源 出 于 开 放 式 系 统 互 联 的 ISO-OSI 参考模型，但它只采用其中的

4、5 层，如下图。IEC 60870-5-104 规约是将 IEC60870-5-101 与 TCPIP 提供的网络传输功能相结合。IEC 60870-5-104 实际上是处于应用层协议。基于 TCP/IP 的应用层协议很多， 每一种应用层协议都对应着一个网络端口号，根据其在传输 层上使用的是 TCP 协议(传输控制协议)还是 UDP 协议(用户数据报文协议)， 端口 号又分为 TCP 端口和 UDP 端口， 为了保证可靠地传输远动数据，IEC60870-5-104 规 定 传 输 层 使 用 的 是 TCP 协 议 ， 因 此 其 对 应 的 端 口 号 是 TCP 端 口 。 IEC 608

5、70-5-104 规定本标准使用的端口号为 2404， 并且此端口号已经得到互联网地 址分配机构 IANA (InternetAssigned Numbers Authority)的确认。2.1.2 规约数据单元帧格式104 规约中的 APDU（应用规约数据单元）由 APCI（应用规约控制信息）和 ASDU（应用服务数据单元）构成，和 IEC60875-5-101 的帧结构相比，其中应用 服务数据单元是兼容的， 不同是 IEC60875-5-104 使用应用规约控制信息 （APCI） ， 而 IEC60875-5-101 使用链路规约控制信息（LPCI）2.1.3特点：防止报文丢失和重复传输在

6、最底层的计算机通信网络中，所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， 有可能会造成数据 包的丢失、延迟、重复和乱序，因此应用层协议必须使用超时和重传机制。为了 防止 I 格式报文在传送过程中丢失或重复传送，IEC 60870-5-104 的 I 格式报文 的控制域定义了发送序号 N(S)和接收序号 R(S)， 发送方每发送一个 I 格式报文， 其发送序号应加 1，接收方每接收到一个与其接收序号相等的 I 格式报文后，其 接收序号也应加 1。需要注意的是，每次重新建立 TCP 连接后，调度主站和子站 FTU 的接收序号和发送序号都应清零，因此在

7、双方开始数据传送后，接收方若收 到个 I 格式报文， 应判断此 I 格式报文的发送序号是否等于自己的接收序号。若 相等则应将自己接收序号加 1， 若此 I 格式报文的发送序号大于自己的接收序号， 这说明发送方发送的一些报文出现了丢失； 若此 I 格式报文的发送序号小于自己 的接收序号，这意味着发送方出现了重复传送。2.2 IEC-60870-5-104规约的应用2.2.1规约在配电网历史数据传输中的应用历史数据传输应用：历史数据作为配网终端的一种数据类型，能够反映电网供电及设备相应时刻 的运行情况， 通过对实时数据统计分析得出的历史数据，可以使管理人员轻松掌 握电网的运行情况， 更准确的对线路

8、故障类型做出判断及处理，对线路负荷做出 预测，更好的实施配网拓扑结构的分析，优化网络，提高供电质量及供电可靠性等。2.2.2规约在 FTU 中的应用硬件结构 系统采用双 CPU 体系结构，按功能分为 2 大模块：数字信号处理单元和中 央控制单元。软件实现 IEC60870-5-104 中定义在正常情况下，控制站(即主站) 等同于客户端（连接者） ，被控站（即子站）等同于服务器（监听者） 。为实现全 双工的平衡传输模式， 保证故障信息的主动快速上报，被控站和控制站同时具有 服务器和客户端功能。三、IEC-618503.1 IEC-61850的介绍IEC 61850标准是由国际电工委员会(Inte

9、rnational Electro technical Commission)第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。作为基于网络通讯平台的变电站唯一的国际标准，IEC61850标准吸收了IEC60870系列标准和UCA的经验，同时吸收了很多先进的技术，对保护和控制等自动化产品和变电站自动化系统（SAS）的设计产生深刻的影响。它将不仅应用在变电站内，而且将运用于变电站与调度中心之间以及各级调度中心之间。国内外各大电力公司、研究机构都在积极调整产品研发方向，力图和新的国际标准接轨，以适应未来的发展方向。IEC61 850标准的核心：组织结构如下图：3.2 IEC

10、-61850的特点3.2.1 定义了变电站的信息分层结构变电站通信网络和系统协议 IEC 61850 标准草案提出了变电站内信息分层的概念，将变电站的通信体系分为 3 个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口。3.2.2 采用了面向对象的数据建模技术采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言，IED 同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽象通信服务接口（ACSI）和服务器

11、通信可访问数据对象。面向对象技术的对象派生示意如下图：3.2.3 数据自描述该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则；采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。3.2.4 网络独立性IEC 61850 标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，设计了

12、独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（ASCI）。在 IEC61850-7-2 中，建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过 ACSI，由专用通信服务映射（SCSM）映射到所采用的具体协议栈，例如制造报文规范（MMS）等。IEC 61850 标准使用 ACSI和 SCSM技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动 SCSM，而不需要修改 ACSI。四、IEC 619704.1 IEC 61970规约介绍IEC 61970是国际电工委员会制定的能量管理系统应用程序接口

13、（EMS-API）系列国际标准。对应国内的电力行业标准DL890。该系列标准定义了能量管理系统（EMS）的应用程序接口（API），目的在于便于集成来自不同厂家的EMS内部的各种应用，便于将EMS与调度中心内部其它系统互联，以及便于实现不同调度中心EMS之间的模型交换。IEC 61970的参考模型为EMS-API,其模型如下图：4.2 IEC 61970规约特点IEC 61970主要由接口参考模型、公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）三部分组成。接口参考模型说明了系统集成的方式，公共信息模型定义了信息交换的语义，组件接口规范明确了信息交换的语法。虽然IEC 61970称为“能量管理系统

14、应用程序接口”，但实际上，IEC 61970的思路可适用于电力自动化、信息化乃至其他行业的应用系统集成。4.3 IEC 61970的应用IEC61970支持的应用十分广泛，十分适合于电力信息集成和新信息系统的研发，是电力信息集成新技术体系的核心技术， 重要的应用如，警报处理、拓扑分析、发电控制、动态仿真、输电资源管理、设备检修计划等等，为电力工业的发展，更有效率的生产发挥了重要的贡献。是一个很实用的电力通信规约。遵循了IEC61970设计的EMS集成框架和高级应用模块可实现在一个或多个集成平台上控制中心应用软件的灵活组合以最好的满足电 公司安全、经济运行的需要，使EMS系统可持续、快速地升级和

15、移植，同时有效保护了先期的投资，避免了由于电力工业迅速发展而不断有新的功能要求而导致在升级时完全替换掉老系统。五、IEC-619685.1 IEC-61968规约内容介绍配电管理系统(DMS)由多种用于管理配电网的分布应用组件构成。这些组件的功能包括供电设备监视和控制、系统可靠性管理、电压管理、需求侧管理、停电管理、工作管理、自动绘图和设备管理。IEC 61968标准的接口参考模型(1RM)中为这些应用定义了标准接口。IEC 61968系列标准推荐使用统一建模语言(UML)定义符合标准的企业应用间软件基础架构的系统接口：采用xML及RDF格式来管理配电管理的系统接口领域；lEC 61968也鼓

16、励采用而向服务架构(SOA)和企业服务总线(ESB)。5.1.1 接口参考模型(IRM)IEC 61968标准的接口规范的要求包括三部分：组件特定规范、有关配电管理域的特定服务的要求以及有关基于组件的分布计算环境中的通用服务的要求。该标准接口协议集如下图：5.1.2 信息交换模型(IEM)信息交换模型(IEM)本身主要来源于公共信息模型(CIM)，CIM在IEC61970标准中定义，并在IEC 61968中进行扩展，IEM还可充分利用其他组织定义的信息模型，如：开放应用组(OAG)、开放地理信息联盟(OGC)、联合国贸易便利与电子业务中心(UNCEFACT)核心组件和其他的相关标准。IEM事实

17、上是一组能用于消息的有效内容定义。IEC 61968推荐但不强制使用标准的消息信封。原因之一就是类似于JMS和SOAP标准也定义了相应的消息头，这些消息头字段的一部分与IEC 61968消息信封中的消息头字段具有相同作用。5.2 IEC-61968标准特点该标准致力于方便各种分布式系统软件的互应用整合，而传统标准着眼于自应用整合。所谓自应用整合，就是针对同一个系统中的程序，程序间通过包含咋其自身的基础运行时间环境中的中间件实现互通。它对那些需要连接全异的应用程序的企业或机构有很好的支持，这些全异的应用程序可能是已有的或新加入的，而且各自有不同的运行时间环境。因此，IEC 61968标准适用于那

18、些弱联系的，数据交换以时间驱动为基础的应用程序的系统，这些应用程序的语言、操作系统、协议和管理工具都可能不尽相同。同时，该标准对准对企业数据仓库、数据库网关起到的是补足的作用，而不是取代作用。5.3 IEC-61968标准实现5.3.1 事件客户端进程经常需要接收感兴趣的通知。许多客户端进程能监听(订阅)事件。用IEC 61968的术语来说，事件常用过去式：created，updated，deleted，cancelled，或closed。事件方式如下图： 5.3.2 适配器当系统不能直接与ESB相连时，可使用一个适配器来处理系统与ESB间的“阻抗不匹配"。这种情况下，系统常常是一个

19、数据库或文件目录。适配器可以执行多种功能，以响应系统行为(如由于事务成功而产生事件)。适配器如下图：六、总结IEC60870-5-104 规约本身是国际电工委员会 （IEC） 为了满足 IEC60870-5-101 远动通信协议用于以太网实现而制定的。 采用 104 规约既能满足继电保护故障信 息和 SCADA 监控信息的传输要求，又有标准规约的好的兼容性。虽然功能、特点 上不如 IEC61850，但是在如今仍然可以适应于我国电网的实际情况。这种通信 规约，较传统的通信方式而言，更加可靠且标准化，更能贴合基于以太网的站内 局域网的发展趋势，方便传输与管理，并且容易实现向 IEC61850 规约的转换。IEC61850标准是电力系统自动化领域唯一的