IEC60870-5-104規約在微電網能量管理系統中的應用

張艷麗 徐興輝 趙學臣

【摘要】 首先介紹了微電網能量管理系統的通訊系統結構，然后根據微電網能量管理和優化控制的特點，對IEC60870- 5- 104國際標準規約進行擴展應用研究，最后針對互操作性，給出了建議報文類型的選擇方案。

【關鍵詞】 微電網 IEC60870- 5- 104規約 能量管理系統

微電網（Micro-Grid），是一種由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控保護裝置匯集而成的小型發配電系統。其中，IEC60870-5-104規約（以下簡稱104規約）作為一種國際標準，除已經在變電站自動化、調度自動化等領域得到廣泛應用外，104規約在微電網監控與能量管理系統中也被大量采用。

一、微電網前置通訊系統架構

一種是采用通訊管理機進行規約轉換，各種格式的數據經轉換后統一以一種規約，如IEC60870-5-104規約，傳到微網能量管理系統的前置服務器。另一種，不需要專門的規約轉換裝置，直接在微網能量管理系統的前置服務器上接入各種微電網設備，前置通訊服務器完成全部的數據采集功能。

二、104規約在微網能量管理系統中的擴展應用

微網能量管理系統需要根據特定的運行模式和控制策略，實時調節分布式發電與儲能功率等數據。為實現實時快速響應，同一時刻需要下達對多個設備的調節指令。標準104規約中，遙控、遙調指令的報文格式規定同一幀報文只能發送一條指令，無法滿足實時要求。另外，標準104規約中雖然可以傳送保護信息，但也不能完全滿足實際需求。

2.1 擴展多點控制命令

在一幀中發送多個控制指令。類型53用于不帶時標的多點遙控或多點設定值，類型54用于帶時標的多點設定值。

<53>自定義： =多點控制方案命令 C_MC_ NA_1

標準104規約的遙控命令（C_DC_NA_1）和遙調命令（C_ RC_NA_1），需要首先發送選擇命令，返校正確后，再發送執行命令。此處擴展的多點控制方案命令將在一幀中直接傳送控制命令集下發到各個微網設備或者通訊管理機，遙控、遙調指令使用同一個數據幀類型。

信息幀格式依次為：

類型標識（TYP）=53

可變結構限定詞（VSQ）：高位K/T，低7位表示控制命令個數

傳送原因（COT）：在標準104規約7.2.3中定義

ASDU公共地址：在標準104規約7.2.4中定義

遙控信息對象1：在標準104規約中定義

……其余遙控信息對象

遙調信息對象1：在標準104規約中定義

……其余遙調信息對象

傳送原因：

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在監視方向

<7>：=激活確認 <9>：=停止激活確認 <10>：=激活終止

K/T <0>：=表示是遙控 <1>：=表示是遙調

<54>自定義： =帶時標多點設定值 C_SE_NA_2

本命令不同于C_SE_NA_1，可以帶多個設定值下行，而且可表示設定值時標。信息幀格式依次為：

類型標識（TYP）=54

可變結構限定詞（VSQ）：高位為0，低7位表示控制命令個數

傳送原因（COT）：在標準104規約7.2.3中定義

ASDU公共地址：在標準104規約7.2.4中定義

遙調信息對象1：在標準104規約7.2.5和6.2.2中定義

……其余遙調信息對象

設定地址范圍為6201H～6400H，其中：

6400H用于年份，設定值高字節HI_BYTE=20，低字節LO_BYTE=年份-2000

63FFH用于月日，設定值高字節HI_BYTE表示月份，低字節LO_BYTE表示日

63FFH用于時分，設定值高字節HI_BYTE表示小時，低字節LO_BYTE表示分鐘

6201H～63FDH用于設定值。

傳送原因

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在監視方向

<7>：=激活確認 <9>：=停止激活確認 <10>：=激活終止

2.2 擴展保護命令

根據104規約中規定的配套標準定義，擴展保護類型從151開始。

<151…>自定義： =擴展保護信息 M_EP_TD_2 信息幀格式依次為：

類型標識（TYP）=151

可變結構限定詞（VSQ）：0

傳送原因（COT）

ASDU公共地址

幀序號

保護單元地址

數據長度

保護報文

其中：

類型標識：從151開始根據不同保護類型分別擴展，如151標識103保護信息。

傳送原因：

COT=3 表示“突發”原因 COT=5 表示“請求/被請求”原因

幀序號：表示當前幀為第幾幀，A/S表示是否還有后續的保護信息幀。0：無后續幀， 1：有后續幀。如果有后續幀，前七位表示本幀是第幾幀，如果無后續幀，前七位為0。一般情況下，該字節為0。

數據長度：指純保護報文的長度。

三、建議報文類型

監視方向：

M_SP_NA_1單點信息

M_ME_NC_1短浮點數測量值

M_SP_TA_1帶時標CP56Time2a的單點信息

控制方向：

C_SC_NA_1單命令

C_MC_NA_1多點控制指令

C_MC_NA_2帶時標多點設定值

C_SE_TC_1帶時標設定值命令

監視、控制兩個方向：

C_IC_NA_1召喚命令

C_CS_NA_1時鐘同步命令

四、結語

為適應微網能量管理與優化調度控制的實時要求，對104規約進行了擴展，可以滿足一個數據幀中傳送多個控制指令。這種擴展方法目前在多個微電網監控系統中得到了應用，效果良好。從遠景看，微電網的通訊標準將會進一步清晰，如考慮將IEC61850規范應用在微電網建設中，有待進一步的研究。

參考文獻

[1]IEC60870-5系列協議應用指南[M]，王首頂主編，北京：中國電力出版社 2008

[2] 張齊，史金偉，徐俊杰，104 規約在水電廠與電網調度通訊中的擴展研究及應用[J]，電力系統保護與控制，第39卷第15期，2011