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101规约在配电自动化系统中的应用与开发


维控 普骑 资讯 http://www.cqvip.com 继电器第34卷第22期2006年11月l6日Vo1.34 No22NOV 16. 200656RELAY 关键词 : 101 规约 ;。 配 电 自 动 化; 串行通信中 图分(c) 类号:TN915+04;TM76 文 献 标识码 :A-文章 : 10034897(2006)22-00564)4 构 都采用非平衡式 传

输并 采用快速~校 验对 一于其 过程通信 规约 的结 规自 定动 来字 判绮 断为 故障 区域, 这样 保域的 证 了兀、u的重要 数 据的 优先、快速上 。息是重要信息,需要立即 传输 ,有 较 高的 传输优 先 级 ; 有些信息 传输优 先编号 级较 低,可以慢慢地 传输 则 , 在我们开发 的配电网综 合自 动化系 统中,故障 发 生时优传输 先、快速、准确 传送故障 状态 信息成 快速判 断故障 区 关键 由于 FTU是沿着配 电线传 路安装,考 虑 到通信通道 节约 投 资 的问题 ,比 较合理有效 的通信通道配置是采用多点共 线方式。101 规约严 格规 定只有在点 对点或多 个 点 对 点[brmatofvariablelengthframe基金 的全 双工通道才采用平衡式 , 它网络 拓扑 (68II)Lf(同上)自 动 字符 (68l)I控制 埘 链 路地址域A() 链 路用 户数 据(可 变长 度) 帧 和(cS) 结 束字符(16H) 图 1。基于此原 可 变帧长帧 格式Fig.1 fhe 项 目:河北省科技 厅 (032135109)

101规约在配电自动化系统中的应用与开发
王建杰,霍利民,张敬平,刘伟娜,张立国
(1.河北农业大学,河北保定071001; 2.华北电力大学,河北保定071003)
摘要: 对国际标准规约IEC60870—5—101规约在我国配电自动化应用中的一些问题进行了探讨,并结合实际 工程进行配电自动化通信系统程序开发。 采用面向对象的 VisualC#语言作为开发工具,利用多线程串行通信技术 和高效率的光纤通信,严格遵守多点共线方式下 10l规约的快速一校验一过程规定,提出具体的开发思想,成功开发了配 电自动化通信系统,保证了主站与FTU之间的通信,实现了兀'U采集的数据的快速准确上传 经过实际测试,系统满足 开发要求,数据收集实时准确, 目前该系统已成功稳定运行。事实证明,101规约能很好地满足现代配电自动化系统的要 求,有很高的应用价值。



引言

配 电 自动化系统是利用现代通信和计算机技 术、 对配电网在线运行的设备进行远方监视和控制的网络系 统。 目前应用的远动规约有多种,我国讨论较多的适用于 配电自动化系统的通讯规约主要有DNP3. 0规约和10 1规约两种。DNP3.0规约是一种在北美流行 ,并且 采用平衡式传输方式的通信规约。 101规约是由 IE C电力系统控制和通信技术委员会 (TC57) 制定的基 本远动配套标准, 我国制定并出版的电力行业标准DL/T 634.5101-2002(代替DL/T634—19 97) 等同采用IEC颁布的IEC60870—5— 101基本远动任务配套标准。 本文结合实际工程,介绍 了 101规约在配电自动化系统中的应用和通信系统程序 的开发思想和实现过程。 l 配电自动化系统对通信规约的要求 配电自动化系统信息传输的特点 是:有些信



101规约简介

2.1规约的参考网络模型及帧格式 1EC60870-5—101远动规约的参考网 络模型 是 EPA(EnhancedPerformanceAr chitecture)结构,该增强性能模型结构是根 据ISO的OSI七层标准模型转化而来的。 考虑到传输 的效率, 101规约使用的参考模型只有3层, 即应用层、 链路层、物理层。 101规约采用的帧格式¨ 是基本标准中的F T1,2异步式字节传输帧格式,分为FT1.2可变帧 长帧如(图1)和FT1.2固定帧长帧两种(如图2)。 FT1. 2可变帧长格式用于主站向子站传输数据或由子站 向主站传输数据;FT1.2固定帧长格式用于子站同答主 站的确认报文或主站向子站的询问报文。

维普资讯 http://www.cqvip.com_==三I建杰,等

101规约在配电自动化系统中的应用与开发57

启动事符 {10H) 控制域 () 链路地址域 A() 帕校验和 (CS) 结束字符 (16H)

并实施相应措施,对减小 由于线路故障造成的损失起到了 很好的作用。 本系统在开发设计的过程中采用了这种规定。 3.3 配电自动化通信系统程序开发 本系统采用面向对象的 VisualC#语言编程, 应 用串行通信技术,利用串口实现计算机对 u的集中控 制。 目前,在国内已有很多配电网采用 r新型的光纤传 输设备来替代原有的配电线载波终端。 光纤通信的优点是 可靠性高,带宽宽,不易受干扰。 本系统就是采用 了光纤 通信技术实现主站系统与馈线上FTu的通信。

图2
Fig.2

固定帧长帧格式

Theformatoffixed lengthframe



101规约在配电自动化系统的应用实例

本系统所应用的配电 自动化系统馈线上安装的 3.3.1配电自动化通信系统申行通信的实现思想 各个FTu的通道结构是多点共线,101规约明确规定, 实现计算机的串行通信有多种方法,由于 在全双工、 多点共线的馈线自动化中, 不采用101规约的 MSComm控件使用灵活简单,本系统采用 MSCom 状态量变位主动上报的方式 平( 衡传输的方式),而采用 m控件实现串行通信程序, 在通过串口对丌Lj进行控制之 101规约的快速一校验一过程规定。 前首先对串 ][进行基本参数设定,比如波特率、数据位、 3.1 采用101规约的平衡传输的方式的局限性 停止位、校验方式、流控制方式等。由于实际馈线的 FT 在配电自动化的全双工、多点共线的情况下, U数量较多, 因此配电自动化通信系统大多采用多串口通信 如果采用 101的平衡传输方式,当在馈线的某个区段发 方式来减轻后台计算机的压力。 实现多串 口同时通信有轮 生故障时,将会有不只 1个 F1、u检测到故障电流,产 询式和线程式,轮询式实现简单,但实时性不高;线程式实 生l级数据,各个F1、u将同时向主站发送1级数据,因 现复杂,但实时性良好。 本系统所应用的配电自动化系统 此就产生了信息传输冲突,主站无法正确收集到各个丌u的 对实时性的要求较高, 因此本文选用多线程方式实现多串口 1级数据。为了避免冲突,只能采用载波监测的方式。在各 通信,每个串口的通信由 1个主线程控制,每个串口对应 个FTU监测通道是否被其它FTU占用的同时也增加了 多点共线的6~7个F1、u。硬件方面采用台湾生产的M 该Frru信息上传的时间, 还有丢失报文的可能, 同时 F oxa摩 ( 莎卡) 扩展串口, 根据实际酉己电网情况选用 1 Tu硬件设计的难度增大。 主站不能及时地收集到所有 F 6串口摩莎卡。 该产品稳定性能好,为以后配电网增大时 TU的 1级数据,做不到快速准确地确定故障区域,因此 预留串[J扩展空间。串口与丌u的数据通信通过异步通信 就不 光模块 ODM-7完成,该模块通道数多,组网能力强, 能迅速采取减小配电网损失的措施,导致不能很好地满足 工作方式灵活,可靠性高,已经在很多地区的配电网上成功 现代配电自动化系统的要求。 因此多点共线的情况下采用 应用,是性价比较高的异步通信光传输模块。 101的平衡传输方式具有一定的局限性 。 3.3.2 配电自动化系统通信程序流程图的实现 3.2 采用101规约快速一校验一过程规定 本文严格采用 101规约的快速一校验一过程规 在全双工、多点共线的情况下应该严格采用1叭规约 定,实现了主站端与 FTU的通信,满足了收集各FTU 的快速一校验一过程规定,具体介绍见文献[2]。这样 数据的要求,尤其实现了对 l级数据的快速采集。通信程 主站是主动向各个rru召唤数据,而不是被动地等待接 序流程图如图3所示。 收数据。 这种情况下一旦有多个rru同时产生 1级数 3.3.3 数据解析程序的实现过程 据,主站可以采用一些检索方法来及时确定故障区域,比 主站与FTU通信过程中,通过串口收到的FTU 如依次召唤各个丌、u的l级数据,或者应用对半分割检 上传数据帧是否符合规约规定直接关系到主站端能否对配 索方法,线路上串联7个丌u,主站只需召唤3次,用时 电网运行状况做到正确认识和判断。 因此本系统在程序编 0.66S就可以确定故障区域,从而进行故障隔离,恢 制时把数据解析 程序做为重点来抓。 把数据解析程序放 复供电,然后就向ACD置1(即有要求访问位)的FT 入VisualC#的一个类中来调用 ,通信主程序开辟 u召唤1级数据。 一个单独的线程始终保持对 采用 101规约的快速一校验一过程规定可以减 少数据收集的时间,能够快速准确地判断故障区域

维普资讯 http://www.cqvip.com58继电器

信息体是非顺序排列 ,信息体个数 由可变结构限定词的低七位 二进制数表示,每一个信息体对应一个信息对象地址;SQ=0 表示信息体是顺序排列,后续信息体地址为第一个信息对象地址 依次加1。 按照信息体的个数依次取出各个信息体数据进行分析, 存入相应的SQLSmwer数据库表中,为故障诊断、网络重 构、潮流计算 、线损计算等高级功能模块提供原始数据 3.4 配电自动化通信系统主要实现功能及问题解 决 系统在与FTU进行通信时,主要实现了以下功 能:时间同步、召唤1级数据、召唤2级数据、总召唤、召唤电 能量、读取远方参数、没置远方参数、遥控等。 在系统实际运行 过程中,重点解决了以下问题: (1)在对各FTU进行总召唤时,发现主站只能 收到 FTU上传的召唤确认帧和遥测帧,而收不到遥信帧和总 召唤结束帧,经研究是主站设定的匹配超时时间过短,由于干扰
图3
Fig.3

程序流程图
Procedureflow chart

等原冈导致主站端在收到召唤确认帧和遥测帧后定时时间到,主 站继续下发数据帧命令,导致门u上传的数据不完整。 因此在主 站设定匹配超时时间时要考虑到数据帧长短 、发送接收是否受 到 :f扰、波特率等因素,合理设定匹配超时时间以保证数据的 完整性和实时性。 (2)在配电 自动化系统中,故障发生时 l级数 据尤其是故障电流能否准确传送成为快速进行故障诊断的重要网 素。 在召唤 l级数据时,FTU将故障前后各 5个周波的数据 组成读命令响应帧上传,程序在设计过程巾加入 r故障录波回放 功能, 在给定的界面上描述了故障前后的电流波形, 更直观地表示 故障前后电流变化情况。

串口进行监视,直到收到线路空闲间隔状态,表明凄到了一 次数据,把渎到的数据放人缓冲区,然后调用数据解析类对该 缓冲区内数据进行分析, 该类包括对链路层的解析和对应用层 的解析。 (1)链路层解析函数 链路层解析函数包括对两个启动字符、两个 L、 控制域、地址域、帧校验和、结束字符的解析。 首先判断数 组的启动字符,可变帧长帧为 68H,固定帧为10H,对 没有启动字符的数据视为无效帧 ,舍弃后读取下一个缓冲区 内数据进行判断。 如果启动字符正确,对于固定帧,帧长度 为 5字节,对于可变帧长帧,帧长度为 I+6,特别注意的 是不能按照结束字符16H来判断一个完整帧, 因为在帧中也



结论

本系统在实际没计、实现过程中,全面分析了 充分利用Visua 可能包括一个或多个 16H,容易造成错误分析。 结束字符 l01规约在配电自动化系统的应用, lc#面向对象的强大开发功能,严格遵守 101规约的 的前 规定 ,重点在通信的呵靠性和实时性,多线程串行通信提 位是帧校验和,对于校验和错误的帧一定要坚决一 高了通信效率,减少了计算机的资源浪费,同时考虑了该通 信系统与其他厂家的 FTu的兼容性。目前该系统已应用 舍弃。在对控制域分析时,如果要求访问位ACD=1,程 序应立即对FTU请求l级数据。 链路层各部分的解析在数据 在某县供电公司的配电自动化系统中,数据传输实时准确, 解析类中通过一个公共的链路层分析函数已得到很好的解决, 满足 1级数据快速上传的要求,程序层次分明,维护方便 简单,运行稳定,通用性强。 目前系统运行状况良好,表 经链路层分析函数解析通过的数据帧接着调用应用层解析函 明101规约完全满足现代配电自动化系统的要求,有很高 数继续分析。 的实际应用价值。
(2)应用层解析函数 应用层解析函数包括对数据类型标识、可变结 构限定词、传送原因、公共地址、信息体的解析..帧中的类 型标识和传送原因决定了帧的类型 (包括遥信帧、遥测帧、故 障录波、事件顺序记录帧等),本系统将不同类型的帧建立不 同的分析函数, 将应用层数据放人对应的函数分析。 通过判断 可变结构限定词的 sQ位, 可得出信息体的排列方式, SQ= 0表示

维 普资讯 1O1 http://www.cqvip.com lrlrll 2 3] 1●j 1J建杰,等 101 规约在配 电自动 化系 统中的 应 用 与开发 59Appli cationsandSotiware,2005,22(9):65—66.[4] 魏民,教 罗授, 安.使用面向 埘人工智能及其 象的 设汁技术实现电 力通信 规约 [J]. 电网技 术 ,2002,26(3):68—71.WEIMin,LUO An. Implement ationofPowerSystemCommunicationProtocolbyObject—orientedMethodJ1.PowerSystem_rechnology,2002,26(3):68-71.[5] 夏 远 福,江道灼, 黄 民翔. 规约在馈线自动化系 统中的应用[J].继电器,2002,30(10):29—32.XIAYuan—fu.JIANGDao—zhuo,HUANGMin—xiang.Ap—plicationof101Protocolt)(F eederAutomationSystemlJ1.Relay,2002,30(10):29—32. 参考文 献:收稿日期: 2006-06—26作者 简 介:王建杰 (1979一),男, 硕 士研究生, 研究方向 为 人工智能在 电 力系 统中的 应 用;E—m ail:wangjianjie2007@l63.com霍利民 (1965一),男,博士, 研究方向 为 应用,电 力系统 分析和 计算。—百 一=—口 r =4 — ——i - -i

中华人民共和国电力行 标准 DL/T634—5101— 2002/IEC608—70-5—101:2002 [M].北京:中国电力出版社,2003.
TheIndustrialStandardotElectricPowerinthePeople Republic ofChina DL/T634—5101—2002/IEC6

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Applicationand developmentof101protocoltodistribution automa tion WANGJian—lie’,HUOLi—arin,ZHANGJing—ping,LIUWei— guo (1.HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071001,China; 2.NoflhChinaElectricPowerUniversity,Baoding071002,Chi na)
Abstract: SomespecialproblemsofapplyingthestandardprotocolIEC60870-5-101todistrib

,ZHANGLi—

utionautomationsystemarediscussedinthispaper. Basedonengineeringpractice. thecommun ieatkm systemfordistributionautomationisdevelopedbytakingVisualC#whichisohjeet-ori entedasdevelopingtoolandmakinguseofmult—ithreadingserialcommunicationtechnique,ari dthedatacollectedbyFTUisalsoguaranteedtotransmitquicklyandaccurately Accordingtoth

erealtesttothissystem, therequirementofdevelopmentissatisfied,nowthissystem runssuc cessfullyandstahility. Theapplicationsindicatethat101protocolhashighapplicationvalu e.
Keywords:
一 i4 i1一

101protocol;
—= 0皂r皂-

distributionautomation;

serialc0mmunicati)(n

(上接第13页

continuedfrompage13)
Analysisofinversetimezero-sequencecurrentrelayand ivity
ZANGRut.LIAOXiao-yu.ZHANG Yu一

itsselect

(HenanPowerDispatchingand ComnmnicationCenter, Zhengzhou 450 052,China)
Abstract: Thispaperanalyzesthedistributionofzero—sequenceeu ̄enttogmund faults. Itdiscusse

sthatinsomeoperatingcond—itions, henextline.

zero-sequencecurrentofthefaultlinemaybelessthanorequaltot Evenif

Sotheinversetimezero—sequencerelayofnextlinewilltripbeforethefaultline.

thebreakersofthethenextlinetrip successively, rentrelaycannotbeprovided.

theselectivityofinverse timezero—se—queneecur inversetim

Asanalternativeofsimplifyingzero—sequenceprotection,

ezero—sequencecur—rentprotectionwithalagged timercanheusedasanauxiliaryto thegroundingdista nceprotection, Itwillprovidesensitivity tohighimpedanceground faults. Keywords: transmissionline; inversetimezero—sequenceprotection; selectivity; zero—se

quenceprotection;

simplifiedcaleu一】ation


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