1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué),河北保定071001;2.華北電力大學(xué),河北保定071003)

摘要:對國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約IEC60870-5-101規(guī)約在我國配電自動化應(yīng)用中的一些問題進(jìn)行了探討,并結(jié)合實際工程進(jìn)行配電自動化通信系統(tǒng)程序開發(fā)。采用面向?qū)ο蟮腣isualC#語言作為開發(fā)工具,利用多線程串行通信技術(shù)和高效率的光纖通信,嚴(yán)格遵守多點共線方式下101規(guī)約的快速-校驗-過程規(guī)定,提出具體的開發(fā)思想,成功開發(fā)了配電自動化通信系統(tǒng),保證了主站與FTU之間的通信,實現(xiàn)了FTU采集的數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確上傳。經(jīng)過實際測試,系統(tǒng)滿足開發(fā)要求,數(shù)據(jù)收集實時準(zhǔn)確,目前該系統(tǒng)已成功穩(wěn)定運行。事實證明,101規(guī)約能很好地滿足現(xiàn)代配電自動化系統(tǒng)的要求,有很高的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞:101規(guī)約;配電自動化;串行通信中圖分類號:TN915.04;TM76文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:100324897(2006)2220056204

0引言

配電自動化系統(tǒng)是利用現(xiàn)代通信和計算機(jī)技術(shù)、對配電網(wǎng)在線運行的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前應(yīng)用的遠(yuǎn)動規(guī)約有多種,我國討論較多的適用于配電自動化系統(tǒng)的通訊規(guī)約主要有DNP3.0規(guī)約和101規(guī)約兩種。DNP3.0規(guī)約是一種在北美流行,并且采用平衡式傳輸方式的通信規(guī)約。101規(guī)約是由IEC電力系統(tǒng)控制和通信技術(shù)委員會(TC57)制定的基本遠(yuǎn)動配套標(biāo)準(zhǔn),我國制定并出版的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T634.510122002(代替[1]DL/T63421997)等同采用IEC頒布的IEC60870252基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合實際工101程,介紹了101規(guī)約在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用和通信系統(tǒng)程序的開發(fā)思想和實現(xiàn)過程。

構(gòu)都采用非平衡式傳輸并采用快速—校驗—過程通信規(guī)約的規(guī)定來判斷故障區(qū)域,這樣保證了FTU的重要數(shù)據(jù)的優(yōu)先、快速上傳。

2101規(guī)約簡介

2.1規(guī)約的參考網(wǎng)絡(luò)模型及幀格式

1配電自動化系統(tǒng)對通信規(guī)約的要求

[2]

配電自動化系統(tǒng)信息傳輸?shù)奶攸c是:有些信息是重要信息,需要立即傳輸,有較高的傳輸優(yōu)先級;有些信息傳輸優(yōu)先級較低,可以慢慢地傳輸?；诖嗽瓌t,在我們開發(fā)的配電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)中,故障發(fā)生時優(yōu)先、快速、準(zhǔn)確傳送故障狀態(tài)信息成為快速判斷故障區(qū)域的關(guān)鍵。由于FTU是沿著配電線路安裝,考慮到通信通道節(jié)約投資的問題,比較合理有效的通信通道配置是采用多點共線方式。101規(guī)約嚴(yán)格規(guī)定只有在點對點或多個點對點的全雙工通道才采用平衡式傳輸,對于其它網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)

基金項目:河北省科技廳(032135109)

增強(qiáng)性能模型結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO的OSI七層標(biāo)準(zhǔn)模型轉(zhuǎn)化而來的?？紤]到傳輸?shù)男?101規(guī)約使用的參考模型只有3層,即應(yīng)用層、鏈路層、物理層。[1,4]101規(guī)約采用的幀格式是基本標(biāo)準(zhǔn)中的FT1.2異步式字節(jié)傳輸幀格式,分為FT1.2可變幀長幀(如圖1)和波終端。光纖通信的優(yōu)點是可靠性高,帶寬寬,不易受干擾。本系統(tǒng)就是采用了光纖通信技術(shù)實現(xiàn)主站系統(tǒng)與饋線上FTU的通信。3.3.1配電自動化通信系統(tǒng)串行通信的實現(xiàn)思想實現(xiàn)計算機(jī)的串行通信有多種方法,由于MSComm控件使用靈活簡單,本系統(tǒng)采用MSComm控件實現(xiàn)串行通信程序,在通過串口對FTU進(jìn)行控制之前首先對串口進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)定,比如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗方式、流控制方式等。由于實際饋線的FTU數(shù)量較多,因此配電自動化通信系統(tǒng)大多采用多串口通信方式來減輕后臺計算機(jī)的壓力。實現(xiàn)多串口同時通信有輪詢式和線程式,輪詢式實現(xiàn)簡單,但實時性不高;線程式實現(xiàn)復(fù)雜,但實時性良好。本系統(tǒng)所應(yīng)用的配電自動化系統(tǒng)對實時性的要求較高,因此本文選用多線程方式實現(xiàn)多串口通信,每個串口的通信由1個主線程控制,每個串口對應(yīng)多點共線的6～7個FTU。硬件方面采用臺灣生產(chǎn)的Moxa(摩莎卡)擴(kuò)展串口,根據(jù)實際配電網(wǎng)情況選用16串口摩莎卡。該產(chǎn)品穩(wěn)定性能好,為以后配電網(wǎng)增大時預(yù)留串口擴(kuò)展空間。串口與FTU的數(shù)據(jù)通信通過異步通信光模塊ODM2完成,該模7塊通道數(shù)多,組網(wǎng)能力強(qiáng),工作方式靈活,可靠性高,已經(jīng)在很多地區(qū)的配電網(wǎng)上成功應(yīng)用,是性價比較高的異步通信光傳輸模塊。3.3.2配電自動化系統(tǒng)通信程序流程圖的實現(xiàn)本文嚴(yán)格采用101規(guī)約的快速-校驗-過程規(guī)定,實現(xiàn)了主站端與FTU的通信,滿足了收集各FTU數(shù)據(jù)的要求,尤其實現(xiàn)了對1級數(shù)據(jù)的快速采集。通信程序流程圖如圖3所示。3.3.3數(shù)據(jù)解析程序的實現(xiàn)過程主站與FTU通信過程中,通過串口收到的FTU上傳數(shù)據(jù)幀是否符合規(guī)約規(guī)定直接關(guān)系到主站端能否對配電網(wǎng)運行狀況做到正確認(rèn)識和判斷。因此本[4]系統(tǒng)在程序編制時把數(shù)據(jù)解析程序做為重點來抓。把數(shù)據(jù)解析程序放入VisualC#的一個類中來調(diào)用,通信主程序開辟一個單獨的線程始終保持對

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繼電器信息體是非順序排列,信息體個數(shù)由可變結(jié)構(gòu)限定詞的低七位二進(jìn)制數(shù)表示,每一個信息體對應(yīng)一個信息對象地址;SQ=0表示信息體是順序排列,后續(xù)信息體地址為第一個信息對象地址依次加1。按照信息體的個數(shù)依次取出各個信息體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,存入相應(yīng)的SQLServer數(shù)據(jù)庫表中,為故障診斷、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、潮流計算、線損計算等高級功能模塊提供原始數(shù)據(jù)。3.4配電自動化通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能及問題解決系統(tǒng)在與FTU進(jìn)行通信時,主要實現(xiàn)了以下功能:時間同步、召喚1級數(shù)據(jù)、召喚2級數(shù)據(jù)、總召喚、召喚電能量、讀取遠(yuǎn)方參數(shù)、設(shè)置遠(yuǎn)方參數(shù)、遙控等。在系統(tǒng)實際運行過程中,重點解決了以下問題:(1)在對各FTU進(jìn)行總召喚時,發(fā)現(xiàn)主站只能收到FTU上傳的召喚確認(rèn)幀和遙測幀,而收不到遙信幀和總召喚結(jié)束幀,經(jīng)研究是主站設(shè)定的匹配超時時間過短,由于干擾等原因?qū)е轮髡径嗽谑盏秸賳敬_認(rèn)幀和遙測幀后定時時間到,主站繼續(xù)下發(fā)數(shù)據(jù)幀命令,導(dǎo)致FTU上傳的數(shù)據(jù)不完整。因此在主站設(shè)定匹配超時時間時要考慮到數(shù)據(jù)幀長短、發(fā)送接收是否受到干擾、波特率等因素,合理設(shè)定匹配超時時間以保證數(shù)據(jù)的完整性和實時性。(2)在配電自動化系統(tǒng)中,故障發(fā)生時1級數(shù)據(jù)尤其是故障電流能否準(zhǔn)確傳送成為快速進(jìn)行故障診斷的重要因素。在召喚1級數(shù)據(jù)時,FTU將故障前后各5個周波的數(shù)據(jù)組成讀命令響應(yīng)幀上傳,程序在設(shè)計過程中加入了故障錄波回放功能,在給定的界面上描述了故障前后的電流波形,更直觀地表示故障前后電流變化情況。

圖3程序流程圖

Fig3Procedureflowchart.

串口進(jìn)行監(jiān)視,直到收到線路空閑間隔狀態(tài),表明讀到了一次數(shù)據(jù),把讀到的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū),然后調(diào)用數(shù)據(jù)解析類對該緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,該類包括對鏈路層的解析和對應(yīng)用層的解析。(1)鏈路層解析函數(shù)鏈路層解析函數(shù)包括對兩個啟動字符、兩個L、控制域、地址域、幀校驗和、結(jié)束字符的解析。首先判斷數(shù)組的啟動字符,可變幀長幀為68H,固定幀為10H,對沒有啟動字符的數(shù)據(jù)視為無效幀,舍棄后讀取下一個緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。如果啟動字符正確,對于固定幀,幀長度為5字節(jié),對于可變幀長幀,幀長度為L+6,特別注意的是不能按照結(jié)束字符16H來判斷一個完整幀,因為在幀中也可能包括一個或多個16H,容易造成錯誤分析。結(jié)束字符的前一位是幀校驗和,對于校驗和錯誤的幀一定要堅決舍棄。在對控制域分析時,如果要求訪問位ACD=1,程序應(yīng)立即對FTU請求1級數(shù)據(jù)。鏈路層各部分的解析在數(shù)據(jù)解析類中通過一個公共的鏈路層分析函數(shù)已得到很好的解決,經(jīng)鏈路層分析函數(shù)解析通過的數(shù)據(jù)幀接著調(diào)用應(yīng)用層解析函數(shù)繼續(xù)分析。(2)應(yīng)用層解析函數(shù)應(yīng)用層解析函數(shù)包括對數(shù)據(jù)類型標(biāo)識、可變結(jié)構(gòu)限定詞、傳送原因、公共地址、信息體的解析。幀中的類型標(biāo)識和傳送原因決定了幀的類型(包括遙信幀、遙測幀、故障錄波、事件順序記錄幀等),本系統(tǒng)將不同類型的幀建立不同的分析函數(shù),將應(yīng)用層數(shù)據(jù)放入對應(yīng)的函數(shù)分析。通過判斷可變結(jié)構(gòu)限定詞的SQ位,可得出信息體的排列方式,SQ=0表示

4結(jié)論

本系統(tǒng)在實際設(shè)計、實現(xiàn)過程中,全面分析了101規(guī)約在配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用,充分利用VisualC#面向?qū)ο蟮膹?qiáng)大開發(fā)功能,嚴(yán)格遵守101規(guī)約的規(guī)定,