遠動設備IEC60870-5-101非平衡規約的測試研究

王 昕 曹 敏 李仕林 洪燦梅 李英娜 李 川

(1. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2. 南方電網電能計量重點實驗室，昆明650217；3. 昆明理工大學信息工程與自動化學院，昆明 650500)

遠動設備IEC60870-5-101非平衡規約的測試研究

王 昕1,2曹 敏1，2李仕林1，2洪燦梅3李英娜3李 川3

(1. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2. 南方電網電能計量重點實驗室，昆明650217；3. 昆明理工大學信息工程與自動化學院，昆明 650500)

為了確保電網調度遠動設備傳送信息的準確可靠和管理人員及時對電網通信過程中的故障進行分析、處理，開發了一個對使用傳輸規約IEC60870-5-101的遠動設備進行測試分析的系統。根據云南電網調度自動化系統生產運行的實際情況，通過對101規約進行建模分析來實現測試系統的設計，利用此測試系統對遠動設備進行實地測試，對所形成的報文進行分析得到設備的實時運行狀態，能夠準確診斷并快速處理遠動信息的故障。通過對測試數據進行分析，達到對使用101規約的遠動設備進行檢測的目的，以便提高工作人員的工作效率。

傳輸規約IEC60870-5-101 測試系統 遠動設備 報文分析

目前國際標準傳輸規約IEC60870-5-101(簡稱101規約)基本遠動任務配套標準(即中國電力系統行業標準DL/T634.5101-2002/IEC60870-5-101：2002基本遠動任務配套標準)在電力系統遠動傳輸中已經廣泛使用[1]。2008年狄文輝等在基于101規約的電力遠動通信測試軟件中對報文的分析算法進行了重點分析[2]。2012年董白丹在電力遠動自動化測試系統分析和探討中對系統的功能和原理方面做了分析[3]。隨著電力系統設備越來越多，遠動設備兼容性的問題也日益突出。而在實際應用中，為保證實現相同規約的不同設備能夠通信，需要確定該設備的規約實現是否符合標準，這就需要有相應的測試工具，電力遠動規約測試系統的出現，在一定程度上滿足了這一需求[4]。

筆者根據云南電網調度的遠動設備生產運行的實際情況，利用C++編程對遠動設備101規約測試系統的對象進行建模、設計與實現，對測試的各模塊和數據進行相應的分析。利用Access2003建立數據庫來存儲程序中101規約報文轉化的結果。

1 101規約概述

101規約來自《中華人民共和國國家標準遠動設備及系統》GB/T 16436.1-1996，具體指遠動設備及系統傳輸規約第101篇——基本遠動任務。其基本遠動配套標準規定了電網的數據采集和監視控制系統中主站與子站之間以問答的方式進行數據傳輸。

筆者采用非平衡的傳輸方式，該方式針對信息采集、處理均由主站控制，實現簡單，易于控制。101規約的傳輸幀格式有：單字符格式、固定幀格式和可變幀格式。單字符一般用于確認數據；固定幀主要用于鏈路層服務；可變幀主要用于主站和子站間的數據交換。101規約的3種級別服務和功能見表1。

表1 101規約級別服務和功能

2 101規約建模分析

筆者在建模時主要用靜態測試用例和泳道圖對對象和建模流程進行分析。 用例是對用戶需求(主要功能需求)的規范化描述，最終為用戶和開發者提供一種相互交流的手段。用例圖給出了用例之間和同用例參與者之間的聯系、系統需要什么功能、各功能之間的關系，如圖1所示。在圖1中，對遠動規約測試系統而言，它所需要實現的功能包括了新建項目、打開項目、項目屬性、啟停端口、屏顯操作、模擬主站或模擬子站等，測試人員以模擬主站或模擬子站的方式對系統的整體功能進行測試，最終來評定此系統是否符合用戶需求。

圖1 101測試用例圖

動態模型表達了所有時間內對象的變化和對象之間關系的變遷[5]。泳道圖是描述流程中對象與對象之間關系的特殊圖標，它有利于分清在流程過程中每個對象的工作范圍，同時對業務流程進行梳理，如圖2所示。在圖2中，101非平衡傳輸過程包括鏈路初始化過程、基本問答過程和其他問答過程。在鏈路初始化過程中首先主站向子站詢問，再由子站向主站詢問，其次主站發送總召喚命令，最后主站發送時鐘同步命令，最終完成初始化過程；在基本問答過程中，如果不存在1、2級數據，則否定報文回答(否定回答是單個字符“E5H”)；在其他問答過程中，遙控選擇命令以遙控選擇確認幀回答，遙控執行命令以遙控執行確認幀回答，召喚電度命令以傳送電度數據幀回答等。

主站和子站之間進行通信之前必須保證通信鏈路的暢通，通常由主站向子站發送請求鏈路狀態命令來檢測雙方通信鏈路是否正常。為了給主站、子站間的通信提供正確的時標或日期，子站與主站時鐘必須同步。

對于101非平衡主要有固定幀長報文和可變幀長報文兩種報文格式。分別以68、10H為報文頭，分析報文內容對測試后形成的報文進行分析，如果各項內容均符合標準，則認定該遠動設備采用的通信規約符合行業標準。所以報文分析是測試必備的條件，報文處理活動圖如圖3所示。

圖2 101非平衡傳輸過程

圖3 報文處理活動圖

3 系統設計與實現

筆者在Windows環境下，利用C++與 codeblocks為開發平臺，結合wxWidgets開源軟件庫等實現101規約的非平衡測試系統開發。

101規約測試系統的硬件電路連接圖如圖4所示。在鏈路傳輸過程中主站主動發送各種報文信息，子站只能被動接受。對鏈路層的通信規約可在應用層直接編程，由串口芯片自動完成鏈路層的功能。所以對于101規約只需在應用層上對每幀的同步字、控制字、信息字、校驗碼進行編程，而將串口設置通知串口設備即可完成通信任務[6，7]。通過圖5的軟件測試模型對系統進行整體測試得出完整的測試報告，為電力系統通信提供捷徑。

圖4 101規約測試系統的硬件電路連接圖

圖5 軟件測試模型

利用C++編制的軟件程序分析、轉化報文，獲得報文中傳送的初始化、召喚、遙控和這些數值所對應的地址。利用Access2003建立一個數據庫，來存儲程序中對101規約報文的轉化結果，轉化的數據最終以報表的形式輸出。

4 測試數據

在非平衡傳輸的方式下，模擬主站進行數據測試。包含在程序中的Access數據庫是一個動態數據庫，它與程序中的數據控件的記錄始終保持一致。在動態數據庫中，當分析完一個回復幀后，如果再分析下一個回復幀則上一幀的數據就會被覆蓋。因此每分析完一個幀就輸出一個報表。同時標識出它為上行或下行報文。

筆者以模擬主站進行測試，測試數據報表包括：鏈路初始化數據、總召喚測試數據、遙控過程測試數據(圖6)。

圖6 測試數據報表

5 結束語

筆者設計了一種對基于101規約的遠動設備進行測試分析的系統，通過該系統可以保證對使用101規約的不同遠動設備進行互聯。遠動規約測試系統的應用，不僅可以有效地對數據和報文進行處理與分析，而且利用數據庫將報文分析以報表的形式輸出能降低工作人員調試的工作量，提高分析和判斷能力，同時也保證了電網的安全、可靠運行。

[1] 肖翔，蔣曉宇.IEC60870-5-101協議應用淺析[J].電測與儀表，2010，(z1)：119.

[2] 狄文輝，李敬偉，劉晙.基于101規約的電力遠動通信測試軟件[J].計算機工程與設計，2009，30(12)：3031～3034.

[3] 董白丹.對電力遠動自動化測試系統的分析探討[J].通信電源技術，2012，29(7)：115～116.

[4] 李敬偉，翟海慶.一種101規約測試軟件的設計[J].甘肅科技，2008，24(20)：22～25.

[5] 任惠，趙洪山，刁錦峰.電力系統IEC870-5-101遠動規約面向對象分析與建模[J].華北電力技術，2002，(10)：7～8.

[6] 傅欽翠.基于FSM的電力遠動規約設計[J].電力自動化設備，2006，26(2)：62～65.

[7] 閆曉俊.遙測數據采集壓縮系統的LZW算法優化設計[J].電子技術應用，2015，41(8)：60～62.

(Continued from Page 271)

tion’s constant deviation and implements compression processing when the wavelet coefficient’s absolute value becomes less than threshold value. Comparing denoising results reveals that this method outperforms both soft threshold and hard threshold in SNR and MSE comparison.

Keywordsworking level signal, denoising, threshold function

TestStudyofIEC60870-5-101UnbalancedProtocolforTelecontrolEquipment

WANG Xin1,2, CAO Min1,2, LI Shi-lin1,2, HONG Can-mei3, LI Ying-na3, LI Chuan3

(1.ElectricalPowerInstitute,YunnanPowerGridCo.,Ltd.,Kunming650217,China;2.ChinaSouthernPowerGridKeyLaboratoryforElectricEnergyMeasurement,Kunming650217,China;3.FacultyofInformationEngineeringandAutomation,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,China)

In order to ensure data accuracy and reliability in power grid dispatching and to benefit both fault analysis and treatment in power grid communication, a IEC60870-5-101 protocol-supported testing and analytic system for telecontrol equipment was developed. Basing on analyzing the operation of Yunnan power grid dispatching system and the modeling analysis of 101 protocol, a test system was designed to test any telecontrol equipment in situ and to analyze any message of the running equipment at real time so that any failure of IEC60870-5-101 protocol-supported equipment can be diagnosed and processed so as to improve the work efficiency of staff members.

IEC60870-5-101 protocol, testing system, telecontrol equipment, message analysis

TH165+.2

A

1000-3932(2016)03-0308-05

2016-01-27(修改稿)

國家自然科學基金資助項目(51567013)；基于多源傳感的配網設備故障檢測數據融合關鍵技術研究項目(2013FZ021)