基IEC104規約的配電終端測試軟件設計

王莉

摘??要：從最初的電力網發展到今天，伴隨著計算機技術、網絡技術和通信技術的發展，這些技術被廣泛地應用到電力網絡中。隨著電力物聯網的提出，配電設備向著物聯化、智能化方向轉變，此次終端測試軟件的設計目標就是一套基于IEC104協議的實時數據庫的電力遠程測試平臺，以第三方視角對系統、設備、通信等多方面進行模型比對和數據分析，把被動的維護工作向主動的量化管理推進，更好地保障電網的安全穩定運行。

關鍵詞：以太數據網???電力物聯網???IEC104協議???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，地形復雜，使得電力網絡顯得非常的復雜而難以維護，各種網絡的交織，還有可能使用著不同的通信協議，因此數據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絡增加了很大的成本，而且有些設備自身還存在著一定的缺陷、一系列的問題，大大增加了電網出現故障的風險。電力物聯網的發展和提出，配電設備需要進行網絡連接，也就是現在的物聯網趨勢，同時也需要設備地連接更加的智能化，從而保證配電房的高效穩定的運行。此次終端測試軟件的設計目標就是一套基于IEC104協議的遠程檢測系統，能夠實施的傳輸設備數據，從電力種端的交換機鏡像端口，采集數據到檢測系統，并要求數據是實時采集的，并根據實現定義好的數據檢測算法，建立相應的數據模型，預先找到可能存在的問題，以第三方視角對系統、設備、通信等多方面進行模型比對和數據分析，把被動的維護工作向主動的量化管理推進，更好地保障電網的安全穩定運行。

1?IEC104規約

1.1?IEC104規約介紹

IEC104規約協議是一種國際規范的標準，用來定義電力遠動方面，它的特點是能夠保證數據的實時傳輸、數據傳輸效率高、傳輸的數據量大、?而且適用性好，支持多平臺的網絡傳輸;與之前的IEC101協議比較來看，IEC104協議對于數據的安全性方面有更好的保護作用[1]?，主要原理是之前的IEC101協議傳輸數據時，采用的是ASDU（應用服務數據單元），沒有采用APCI（應用規約控制信息），這就使數據在傳輸過程中若丟失的話，就沒法恢復，并且數據傳輸過程中如果有重復單元，也沒有控制功能[2]。IEC104協議的傳輸比較遵照網絡的OSI七層模型設計，主要使用的是七層模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層來進行數據傳輸。

1.2?IEC104規約的工作原理

104規約目前采用的也是網絡中流行的客戶端（Client）/服務器端（Server）的架構，主要是以配電主站作為客戶端（Client），配電終端為服務器端（Server），對于某些使用特殊場合（如?GPRS?模塊為動態?IP）也可以是相反的設計，總之根據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）連續地址方式傳送。

2?IEC104規約終端測試軟件設計

2.1?軟件的體系結構

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

使用單獨的路由器有如下優點。

（1）支持終端系統中平臺的多樣性，不需要特定的網絡軟件;（2）路由功能事先已經定義，因此終端中不需要具備路由功能;（3）網絡管理也是由基本的網絡架構實現，終端中無需有此服務;?（4）終端系統是獨立的，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，并用來適應各類網絡;（6）?如果傳輸的網絡結構有改變，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協議的終端設備對接;（8）對于將來的改變也有很好的適應性。

2.2?應用規約控制信息（APCI）的定義

2.2.1?應用服務數據單元基本格式

在IEC104規約終端測試軟件中，主要是電力設備數據的傳輸，因此如何定義好數據傳輸的單元就成了重要的課題，在此次的設計中，對于數據單元結構的定義，我們使用下面的方式：在數據單元中，使用一個字節用來進行標識數據類型;再使用一個字節用來定義可變的結構限定詞;使用兩個字節用來定義數據的傳輸因素;使用兩個字節來定義數據在互聯網中的公共IP地址;使用單個字節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是應用規約控制信息，是數據傳輸的單元，可以用來實現對數據傳輸過程中出現的丟失和重復等問題，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據量的接口，為了解決數據傳輸過程中識別數據的開始和結束位，APCI中定義了啟動字符和結束字符，這樣可以方便的檢測出數據傳輸過程中的差錯，并通過一定的校驗方式來糾錯;在APCI中海定義了應用服務數據單元的長度規范、以達到對數據的控制目的。APCI數據單元在傳輸的過程中，可以傳輸完整的應用規約數據單元，也可以為了實現更好的控制目的，只傳輸規約控制信息域[5]。

APDU是APCI中的數據單位，一般稱之為應用規約數據單元，它包含于APCI?中，早期的APCI數據單元就是單純的ASDU，不包括4個控制域，因此沒有對數據的控制功能，而現在的IEC104規約中，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據，而4個控制域八位位組中則定義了報文的傳輸啟動/停止，輸出監視等內容，保證了數據的不丟失和不重復，ASDU的長度是有限制的，最大是249?[6]。

3?IEC104規約終端測試軟件的實現

104規約測試軟件主要是鏈接底層的設備，電閘之類的底層設備信號被接入繼電保護裝置，然后裝置轉換成信號，顯示在繼電保護裝置中，并通過104規約測試軟件傳輸到后臺，把底層裝置的數據讀到軟件里面，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。

在規約中選擇規約復選框，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，出現輸入口令的對話框，輸入密碼nari確定;

（5）點擊菜單“聯接”中的“啟動”會看見對話框中有聯接數據產生，表示聯接成功。具體見圖2。

（6）點擊菜單“工具”中的“調試”，出現如圖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“遙控選擇成功”的字樣，接下來點擊“執行”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?結語

該文介紹了IEC104規約終端測試軟件的設計原理以及設計過程，詳細介紹了IEC104規約終端測試軟件的數據單元的設計方法以及傳輸規則，并在文章的最后詳細介紹了IEC104規約終端測試軟件的使用方法，使人們能夠對次軟件的設計有一個詳細和全面的了解，最后該軟件在實際的應用中可能還會遇到各種各樣的實際問題，需要后期的調試和改進。

參考文獻

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

[2] 王迎迎，陳凱，吳春年，等.基于104協議與PI實時數據庫的電力遠動監控平臺建設[J].浙江電力，2017，36（3）：71-74，80.

[3] 馬常霞，張占強?.TCP/IP網絡協議分析及應用[M].南京：南京大學出版社，2020.

[4] 陳光華，王朋飛，趙應兵，等.智能變電站智能終端自動測試儀設計[J].電力系統保護與控制，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用[J].電力系統保護與控制，2021，49（7）：24-30.

[6] 韓毅剛.通信網技術基礎[M].北京：人民郵電出版社，2017.