基IEC104规约的配电终端测试软件设计
时间：2023-02-03 18:40:07 来源：千叶帆 本文已影响人
王莉
摘 要：从最初的电力网发展到今天，伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，这些技术被广泛地应用到电力网络中。随着电力物联网的提出，配电设备向着物联化、智能化方向转变，此次终端测试软件的设计目标就是一套基于IEC104协议的实时数据库的电力远程测试平台，以第三方视角对系统、设备、通信等多方面进行模型比对和数据分析，把被动的维护工作向主动的量化管理推进，更好地保障电网的安全稳定运行。
关键词：以太数据网 电力物联网 IEC104协议 远程测试
中图分类号：V242.4 3文献标识码：A 文章编号：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
由于地缘辽阔，地形复杂，使得电力网络显得非常的复杂而难以维护，各种网络的交织，还有可能使用着不同的通信协议，因此数据的准确传输就成了一大难题，通常需要大量的人力去巡查和记录，这无疑为维护电力网络增加了很大的成本，而且有些设备自身还存在着一定的缺陷、一系列的问题，大大增加了电网出现故障的风险。电力物联网的发展和提出，配电设备需要进行网络连接，也就是现在的物联网趋势，同时也需要设备地连接更加的智能化，从而保证配电房的高效稳定的运行。此次终端测试软件的设计目标就是一套基于IEC104协议的远程检测系统，能够实施的传输设备数据，从電力种端的交换机镜像端口，采集数据到检测系统，并要求数据是实时采集的，并根据实现定义好的数据检测算法，建立相应的数据模型，预先找到可能存在的问题，以第三方视角对系统、设备、通信等多方面进行模型比对和数据分析，把被动的维护工作向主动的量化管理推进，更好地保障电网的安全稳定运行。
1 IEC104规约
1.1 IEC104规约介绍
IEC104规约协议是一种国际规范的标准，用来定义电力远动方面，它的特点是能够保证数据的实时传输、数据传输效率高、传输的数据量大、 而且适用性好，支持多平台的网络传输;与之前的IEC101协议比较来看，IEC104协议对于数据的安全性方面有更好的保护作用[1] ，主要原理是之前的IEC101协议传输数据时，采用的是ASDU（应用服务数据单元），没有采用APCI（应用规约控制信息），这就使数据在传输过程中若丢失的话，就没法恢复，并且数据传输过程中如果有重复单元，也没有控制功能[2]。IEC104协议的传输比较遵照网络的OSI七层模型设计，主要使用的是七层模型中的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层来进行数据传输。
1.2 IEC104规约的工作原理
104规约目前采用的也是网络中流行的客户端（Client）/服务器端（Server）的架构，主要是以配电主站作为客户端（Client），配电终端为服务器端（Server），对于某些使用特殊场合（如 GPRS 模块为动态 IP）也可以是相反的设计，总之根据实际情况可以灵活改变。端口号一般采用默认的 2404 端口，如有特殊要求也可改变。支持定时总召和手动召唤，回答总召唤时必须用（SQ=1）连续地址方式传送。
2 IEC104规约终端测试软件设计
2.1 软件的体系结构
在设计此IEC104终端测试软件时，结构上首先是定义了开放的TCP/IP接口，其次是设计了一个局域网案例，该局域网中包含IEC60870-5-101ASDU的远动设备。最后让不同类型的广域网（如X.25、帧中继、ISDN等）的都可以通过定义的TCP/IP局域网接口进行互联。在此结构中，采用单独的路由器设计，
使用单独的路由器有如下优点。
（1）支持终端系统中平台的多样性，不需要特定的网络软件;（2）路由功能事先已经定义，因此终端中不需要具备路由功能;（3）网络管理也是由基本的网络架构实现，终端中无需有此服务; （4）终端系统是独立的，不需要远端厂商的支持; （5）可以在非特定的远端厂商中获得路由的支持，并用来适应各类网络;（6） 如果传输的网络结构有改变，不影响终端软件的使用，改变路由器即可;（7）能够与前期的IEC101协议的终端设备对接;（8）对于将来的改变也有很好的适应性。
2.2 应用规约控制信息（APCI）的定义
2.2.1 应用服务数据单元基本格式
在IEC104规约终端测试软件中，主要是电力设备数据的传输，因此如何定义好数据传输的单元就成了重要的课题，在此次的设计中，对于数据单元结构的定义，我们使用下面的方式：在数据单元中，使用一个字节用来进行标识数据类型;再使用一个字节用来定义可变的结构限定词;使用两个字节用来定义数据的传输因素;使用两个字节来定义数据在互联网中的公共IP地址;使用单个字节定义信息的物理地址[3]。
信息的集合可以是单个信息元素，也可以是信息元素集合，同时还可以是单个信息元素序列和信息元素集合序列[4]。
2.2.2 APCI的定义
APCI是应用规约控制信息，是数据传输的单元，可以用来实现对数据传输过程中出现的丢失和重复等问题，如何处理这些问题，主要是在用户对TCP接口 IEC60870-5-104传输接口中定义面向数据量的接口，为了解决数据传输过程中识别数据的开始和结束位，APCI中定义了启动字符和结束字符，这样可以方便的检测出数据传输过程中的差错，并通过一定的校验方式来纠错;在APCI中海定义了应用服务数据单元的长度规范、以达到对数据的控制目的。APCI数据单元在传输的过程中，可以传输完整的应用规约数据单元，也可以为了实现更好的控制目的，只传输规约控制信息域[5]。
APDU是APCI中的数据单位，一般称之为应用规约数据单元，它包含于APCI 中，早期的APCI数据单元就是单纯的ASDU，不包括4个控制域，因此没有对数据的控制功能，而现在的IEC104规约中，对于APDU做了改变， 它包括4个控制域八位位组和 ASDU。期中ASDU是包含了基本的传输数据，而4个控制域八位位组中则定义了报文的传输启动/停止，输出监视等内容，保证了数据的不丢失和不重复，ASDU的长度是有限制的，最大是249 [6]。
3 IEC104规约终端测试软件的实现
104规约测试软件主要是链接底层的设備，电闸之类的底层设备信号被接入继电保护装置，然后装置转换成信号，显示在继电保护装置中，并通过104规约测试软件传输到后台，把底层装置的数据读到软件里面，软件可以读取报文并且解析出来，而且还能通过软件去对底层装置进行遥控。软件具体的使用过程如下：
（1）把电脑IP和装置IP设置到同一段;
（2）PING装置IP是否能连接成功，成功后进行下一步;
（3）把模拟软件放在电脑D盘下，打开“101和104仿真”文件夹中的“ProtocalTool1”;显示如图1的界面。
在规约中选择规约复选框，在IP中输入装置的IP地址;
（4）点击菜单中的“文件”菜单选择登陆，出现输入口令的对话框，输入密码nari确定;
（5）点击菜单“联接”中的“启动”会看见对话框中有联接数据产生，表示联接成功。具体见图2。
（6）点击菜单“工具”中的“调试”，出现如图3所示的对话框。
在“单点遥控”点号中输入遥控点号24577，选择“合闸”，就可以“选择”如果通信正常，会看见装置中会出现“遥控选择成功”的字样，接下来点击“执行”装置就进行遥控合闸的操作。装置同期功能投入的情况下就进行同期合闸。
（7）遥控分闸的操作只要把“单点遥控”中的“合闸”改为“分闸”即可，具体见图4。
5 结语
该文介绍了IEC104规约终端测试软件的设计原理以及设计过程，详细介绍了IEC104规约终端测试软件的数据单元的设计方法以及传输规则，并在文章的最后详细介绍了IEC104规约终端测试软件的使用方法，使人们能够对次软件的设计有一个详细和全面的了解，最后该软件在实际的应用中可能还会遇到各种各样的实际问题，需要后期的调试和改进。
参考文献
[1] 刘志仁，薛明军，杨黎明，等.基于区域自组网的配电线路无线差动保护技术研究及应用[J].电力系统保护与控制，2021，49（21）：167-174.
[2] 王迎迎，陈凯，吴春年，等.基于104协议与PI实时数据库的电力远动监控平台建设[J].浙江电力，2017，36（3）：71-74，80.
[3] 马常霞，张占强 .TCP/IP网络协议分析及应用[M].南京：南京大学出版社，2020.
[4] 陈光华，王朋飞，赵应兵，等.智能变电站智能终端自动测试仪设计[J].电力系统保护与控制，2021，49（17）：162-169.
[5] 梁子龙，李晓悦，邹荣庆，等.基于5G通信智能分布式馈线自动化应用[J].电力系统保护与控制，2021，49（7）：24-30.
[6] 韩毅刚.通信网技术基础[M].北京：人民邮电出版社，2017.
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