电网远动传输网络协议

电网远动传输网络协议
一电力系统远动通信规约
1.1按通信传输模式的不同，远动规约大致可以分为以下两种：
1 循环式远动规约（CDT规约），其特点是以RTU为主动方，循环不断地向调度端发送遥测，遥信等远动数据。

2 问答式远动规约（Polling规约），其特点是以调度为主动方，RTU按照调度端的要求发送数据，调度端可以按需要指定RTU发送某一帧或某种类型的远动数据。

1.2常见远动通信规约介绍
下面介绍循环式远动规约CDT，问答式远动规约IEC60870-5-101以及最新的IEC61850规约。

1.3两种不同传输模式的规约比较
1．31循环式远动规约
发送站按照规定的顺序，周期性地主动将远动信息送给发送站。

这种循环传输模式不需要主站干预。

传输信息时只需要使用单向信道。

当传输过程中某些数据出现差错时，由于是循环传送，因而可用下一循环的数据来补救。

循环传输模式的传输时延与传送的波特率以及一个循环中传送的远动字数有关。

传送字数越多，传送时延就越长。

此外，这种传输模式不论情况如何，即使用户数据毫无变化，也照样不断地循环向主站发送数据，因此在正常的情况下，信道的利用率不高。

1.32问答式远动规约
问答式传输模式是主站作为发动通信的一方，由它向被控方发送请求传送的命令。

被控站则按主站的请求来组织发送有关信息。

这种传输模式通常以问答的方式进行通信。

在问答传输模式中，主站可以请求被控站发送某一远动信息，也可以要求发送某些类型的信息等，工作方式灵活。

问答式传输模式需要双向通信，因此需要双工信道。

问答式远动通常由一个主站逐一轮询各个子站，如此循环不停。

循环一周需要一定时间。

如果被控站有事件发生，但由于传送信息的主动权在主站，因而被控站一时难以将信息立即发送给主站。

为了使主站及时掌握各子站是否有事件发生，应采取辅助措施，例如在子站给主站的问答信息中附加标志，表明有无紧急情况请求发送，或者在主站查询完一个子站后，就询问各个子站是否有紧急情况要发送等。

1.4 循环式远动规约CDT简介
1991年我国原电力工业部颁发的《循环式远动规约》（CDT规约）是典型的循环式规约。

它是总结我国电网数据采集和监控在规约方面的多年经验，为满足我国电网调度安全监控系统对远动信息实时性，可靠性的要求而制定在我国电网调度自动化系统中应用最广泛的一种规约。

本规约适用于点对点的远动通道结构及以循环字节同步方式传送远动信号的远动设备和系统，采用可变帧长度，多种帧类别循环传送，变位遥信优先传送，重要遥测量更新循环时间较短，区分循环量，随机量和插入量采用不同形式传送信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。

信息按其重要性有不同的优先级和循环时间。

本规约没帧都以同步字开头，并有控制字随后是信息字。

信息字的数量依据实际需要设定，帧长度可变。

向通道发送二进制规则：低字节先送，高字节后送；字节内低位先送，高位后送。

本规约采用CRC校验，控制字和信息字的末字节分别是对其前5个字节的检验码。

本规约定义了遥信，遥测，遥控，遥调，对时，复归，广播，传送电能脉冲数值和事件顺序记录，子站工作状态等等基本的远动传输功能
1.5帧结构
循环式远动规约的帧结构如下图2.1所示。

每帧都以同步字开头，并有控制字。

除了少数帧外每帧均应有信心字。

信息字的数量根据实际需要设定，帧的长度可变
同步字按通道传送顺序为3组EB90H，6个字节。

控制字是对本帧信息的说明，共6个字节，如图2.2所示。

1.6帧类别
1.7校验码
控制字和信息字都是6个字节的（48,40）码，采用循环沉余校验（CRC），生成多项式
，陪集码为FFH。

1.8信息字结构
每个信息字结构由6个字节组成，如图2.3所示。

为了区分信息的不同用途，设有一个字节的功能码。

1.9帧系列和信息字的传送顺序
帧系列和信息字的传送顺序只要满足规定的循环时间和优先级要求，可以任意组织，帧系列采用下列三种方式传送：
1.固定循环传送，用于传送A,B,C,D1，D2帧。

2.帧插入传送，用于传送E帧。

SOE可能连续传送，当轮到送E帧时，用软件指针定好
发送界限，后续出现的下一次再送。

3.信息字随机插入传送，用于传送下列三种信息：a，对时的子站时钟返回信息；b，变位
遥信;c,遥控，升降命令的返校信息。

二．IEC60870-5-101规约简介
本规约约定了电网数据采集和监视控制系统（SCADA）中主站和子站（远动终端）间以问答方式进行数据传输的帧格式，链接层的传输规则，服务原语，应用数据结构，应用数据编码，应用功能和报文格式。

适用于电网数据采集和监视控制系统以及调度时间以问答式规约转发实时远动信息的系统。

适用于网络拓扑结构为点对点，多个点对点，多点共线，多点环形和多点星形网络配置的远动系统中。

通道可以是双工或半双工。

本规约采用FT1.2帧格式，其中又分为可变帧长和固定帧长。

具体的帧格式在IEC60870-5传输帧格式中有介绍，属于国际通用格式。

在点对点和多个点对点的全双工通道结构中采用了子站事件启动触发传输，此种传输方式属于平衡式传输。

即当发生遥信变位时，子站能主动触发传输服务，将事件报告给主站。

对于多点共线、多点环形和多点星形网络配置的非平衡式的远动系统，可以采用快速-校验-过程的事件收集以加快非平衡通信系统的事件收集。

对超过了应用服务数据单元最大长度的信息体，就需要文件传输功能，在这种情况下，信息体按段的形式传送到目的地。

文件结构在两个方向上完个相同，文件可以分为许多节，可以分成许多段，段按顺序传送。

2.1IEC60870-5-101规约的帧格式
固定帧长格式如表2.2所示
可变帧长格式如表2.3所示
2.2IEC60870-5-101规约的链路传输规则
本标准规定了窗口尺寸为1的非平衡方式传输的链路传输规则，适用各种网络配置（包括点对点、多个点对点）。

所谓窗口尺寸为1，即主站向子站触发一次传输服务，或者成功地完成或者报告产生误差之后才能开始下一轮的传输服务。

对于发送/确认（SEND/CONFIRM）和请求/响应（REQUEST/RESPOND）传输服务在传输过程中受到干扰，用等待-超时-重发或等待-超时方式发送下一帧。

发送/确认和请求/响应这两种服务由一系列在请求站和响应站间不可分割的对话要素组成，本标准内采用的链路服务级别为3级，如图2.4所示。

2.3IEC60870-5-101规约的控制域和地址域
控制域的定义如表2.4所示
控制域各位的说明：
DIR：传输方向位。

DIR=0：表示报文是主站向子站传输。

DIR=1：表示报文是子站向主站传输。

PRM：启动报文位。

PRM=0：从动站，报文为确认报文或响应报文。

PRM=1：启动站，报文为发送或请求报文。

FCB：帧计数位。

FCB=0启动站向从动站传输。

启动站向从动站传输新一轮的发送/确认、请求/响应服务时，将前一轮FCB取相反值。

FCV：帧计数有效位。

启动站向从动站传输FCV=0：表示FCB变化无效。

FCV=1：表示FCB变化有效。

ACD：要求访问位。

主站做从动站时ACD位无实际意义，ACD=0.子站做从动站时ACD=0：表示子站无1级用户数据；ACD=1：表示子站有1级用户数据，希望向主站传输。

DCF：数据流控制位。

从动站向启动站传输DCF=0：表示子站可以继续接收数据。

DCF=1：表示子站数据区满，无法接收新数据。

功能码（D3-D0）：功能码范围为0-15（00H-0FH）；功能
码代表的意义较为繁琐。

2.4IEC60870-5-101规约的应用服务数据单元
由于远动系统在有限传输带宽下要求特别短的反应时间，故本标准采用增强性能结构，这种模型仅用3层即物理层、链路层、应用层。

应用服务数据单元即报文的数据区，其一般结构如图2.5所示
三IEC61850规约简介
IEC61850标准主要目的之一是对变电站内不同应用提供开放的可互操作的功能和对信息交换进行规范，目前是国际上关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系，其发展方向是实现“即插即用”，在工业控制通信上最终实现“一个世界、一种技术、一个标准”。

3.1IEC61850的主要思想
IEC61850是一个开放的标准，它具有开放系统的特点，体现在以下几个方面：
1.对不同厂家设备间信息的自由交换开放，即实现IEC的互操作IEC61850采用XML实
现IED设备的自描述，采用统一的信息描述方法实现不同设备间的可识别的信息交换或互享。

2.对在通信中采用最新技术开放，在IEC61850的运用中，将特定领域的应用从通信栈分
离出来，这样就允许标准采用最新的通信技术。

将来只需采用特定的映射，而对象模型和相关的服务无需改变。

3.对不同的、变化的系统原理开放IEC61850支持功能的自由分配，即功能与设备无关
4.对最新的系统技术开放随着时间的推移，应用领域往往会出现新的功能，IEC61850提
供了扩展规则，以支持新出现的技术。

5.对工程和维护开放。

3.2IEC61850的几个重要术语
1.功能
功能就是变电站自动化系统执行的任务，如继电任务、监视、控制等。

一个功能由称作逻辑节点的子功能组成，它们之间相互交换数据。

按照定义，只有逻辑节点之间才交换数据，因此一个功能要同其他功能交换数据必须包含至少一个逻辑节点。

2.逻辑节点
用来交换数据的功能的最小单元，一个LN表示一个物理设备内的某个功能，它执行一些特定的操作，逻辑节点间通过逻辑连接交换数据。

一个LN就是一个用它的数据和方法定义的对象。

3.逻辑设备
一种虚拟设备，为了通信目的能够聚集相关的逻辑节点和数据。

按照IEC61850的定义，
一个实际的物理设备可以根据实际应用的需要映射为一个或多个逻辑设备。

有关逻辑设备的定义不是标准IEC61850的范围，在实际应用中可以根据需求定义逻辑设备。

4.服务器
一个服务器用来表示一个设备外部可见的行为。

在通信网络中，一个服务器就是一个功能节点，它能够提供数据或允许其他功能节点访问它的资源。

5.数据和数据属性
数据是服务访问的基本元素，代表位于变电站自动化设备中应用的有用信息，它是由一个或多个数据项构成的信息，用以描述设备信息，内含数据属性。

IEC61850总结电力系统中信息类型，例如状态信息、测量信息、可控状态信息以及描述信息，定义了29个公共数据类。

IEC61850定义的几百种数据对象都是由公共数据类派生出来的对象实体。

3.3IEC61850的抽象通信服务
IEC61850采用对象技术定义通信服务，服务接口采用抽象通信服务接口ACSI的方法，也就是说标准关心的是描述通信服务的具体原理，而有关设备间交换的具体报文及编码并未与服务同时定义，这些特定通信服务映射SCSM中指定，这样就实现了通信服务和具体采用的通信技术的独立。

ACSI定义了变电站设备的公共实用服务。

有两组通信服务，一组使用客户服务器模型，它提供控制、取数据值等服务；另外一组使用对等网络模型，该模型支持实时应用，它提供GOOSE/GSSE服务。

在IEC61850-7-2定义了抽象通信服务接口ACSI，基本上覆盖了变电站自动化功能的需求，标准按照不同的类模型分别定义各自的ACSI服务。

IEC61850标准采用面向对象技术，定义了基本客户服务器结构数据模型。

每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个多个逻辑设备。

逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据。

数据则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。

从通信而言，IED 同时也扮演客户的角色。

任何一个客户可以通过抽象通信服务接口和服务器通信访问数据，如图2.8所示
客户可以通过服务器提供的GetServerDirectory收集服务器中的逻辑设备名字和文件名字，通过GetLogicalServerDirectory收集每个逻辑装置中逻辑节点名字，通过GetLogicalNodeDirectory收集每个逻辑节点中的数据名字，通过GetDataDirectory收集每个数据中数据属性名字。

通过服务器提供的这一系列服务，为客户提供了直接访问现场设备的方法，对于各个制造厂的设备客户都能用同一种方法进行访问，从而建立起自己完整的分层数据模型。

IEC61850还定义了通用面向对象变电站事件的传输服务、提供快速、周期性的采样值传输服务、时间同步服务和文件传输服务等等。