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【摘要】变电站自动化是整个电网自动化中非常关键的一环。IEC 61870-5-103是变电站自动化系统通讯的国际标准，它代表了变电站自动化的一个发展方向。通过详细分析IEC60870-5-103标准的分层、信息交换方法、如何应用等主要技术特点，给出了变电站自动化中IEC60870-5-103标准实现的思路和方法。
【关键词】电网；自动化；103规约；通信规约
【中图分类号】TD611.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0295-02
引言
随着计算机技术、电力电子技术和网络技术的飞速发展，现代电力结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时性信息量不断增加，人们对调度自动化系统和变电站自动化系统的通信数据提出了越来越高的要求，变电站自动化系统的通信规则是实现变电站自动化系统可靠、快速通信的重要保证。不同产品及其应用系统的特点，产生了一系列用于电力系统的部颁及流行规约，但各规约间兼容性差，不利于各变电站间的信息互换。为了能够准确、快速地收集、处理并传送从变电站到远方终端、最终用户之间的各种实时信息，通信规约的标准化、统一化成为必然。国际电工委员会（IEC）制定了一系列用于变电站自动化系统的国际标准，其中，IEC60870 5 103规约（以下简称103规约）是用于控制系统与继电保护设备信息交换中的继电保护设备的信息接口配套标准，该规约适用于目前电力行业中绝大多数自动化系统中。
1、103规约分析
103规约是相应于IEC60870 5基础标准的配套标准，传送的信息主要为继电保护的相关信息。下面对其基本结构及信鼠交换方法作一简要介绍。
1.1 规约结构
103规约基于三层参考模型（增强性能结构），和按照ISO/IEC 74981基本参考模型的全七层结构比较起来，对于苛刻的信息来说可以得到快速响应时间，具体表示如下：
1.1.1 物理层
继电保护设备（或间隔单元）的数据电路终接设备（DCE）既可按光纤传输系统实现，也可按基于铜线（如RSa.85总线，但因其采用轮循方式进行通信，所以一条RS485总线不宜接太多保护设备，否则影响通信周期，并容易引起通信死锁）的传输系统实现。
1.1.2 链路层
103规约通信方式为主从一对多，所有的传输过程均由主站启动，即轮询问答过程：由启动站向从动站触发一次传输服务，或者成功完成，或者报告差错，之后才能开始下一轮的传输服务。103规约采用的链路服务级别为三级，其链路服务级别及功能下表所示。
链路层由一系列采用明确的链路规约控制信息LPcI的传输过程所组成。
1.1.3 应用层
应用层为用户提供服务，是用户的窗口，它的服务直接提供给应用进程。应用层包含一系列应用功能，它包含在源和目的之间应用服务数据单元ASDU的传送中。
规约数据单元由规约控制信息和服务数据单元组成，由于103规约未采用应用规约控制信息ACPI，所以在应用层中的应用规约数据单元APDU和应用服务数据单元ASDU及链路服务数据单元LSDU是一样的。因此在103规约中可将应用服务数据单元ASDU当作链路用户数据。
1.2 两种信息交换方法
1.2.1 兼容范围。严格规定应用服务数据单元和为传输“标准化”报文的应用过程。
1.2.2 通用分类服务。采用各间隔层单元自我描述和自我定义的方法对要求传输的信息进行定义。它具有传送任何类型数据的能力。数据可通过通用分类服务按同一种方式进行访问。所有数据可在所有设备上按相同方法构成，这样就解决了各厂家所要传输信息无法统一的矛盾。这使新技术不受限制，提高了开放的可能性。
3、103规约的实现过程
103规约采用的是一问多答，不问不答的通信方式，通信主动权在主站端。控制系统向保护设备常发的命令有初始化、对时、总查询、一类数据查询、二类数据查询、开关控制等，保护设备发回的报文较多，主要有确认、对时、测量、保护动作信息等。经过初始化等步骤，即可进行正常的报文询问，然后根据回答报文和标志位的不同，发出不同的报文来得到所需的信息。如有一类事件，则进行一类数据查询。如总查询或对时的定时时间到，可分别进行查询和对时。如果保护装置需要进行遥控，还需查询监控系统是否有遥控命令，如有，则应优于查询和对时发送。
3.1 初始化
主站首先发送复位通信单元命令，本单元执行之后回送确认帧；主站收到确认后发送复位帧计数位命令，保护单元执行后回送确认帧；收到确认帧后，主站查询一级用户数据，本单元以ASDU5应答，上传信息，初始化过程结束。
3.2 对时
主站定时向子站发送时钟同步命令，可以采用广播方式向所有的子站发送时钟也可以采用一对一的方式向某一个确定的模块发送时钟。时钟同步目的是为了在设备之间规定一个共同的时间参考。
3.3 总查询（总召唤）
继电保护设备即将所有属于总召唤的信息传送向控制系统，控制系统收到后即向继电保护设备发送请求一级数据帧，继电保护设备就以应用数据单元回答，过程一直持续，直到全部属于总召唤的内容传完为止。当属于.总召唤表格内容的全部报文传送完后，继电保护设备随即传送总召唤结束报文。且继电保护设备只有从控制系统接受到新的总查询启动命令才能启动新的总召唤循环。若在总召唤周期内又由控制系统启动一次总召唤，则新的总召唤周期从头开始进行，正进行的总召唤周期立即终止，并不用传送总召唤终止报文。
3.4 命令传输
控制系统使用应用服务数据单元发向某一个继电保护设备，对此继电保护设备发送指令，并对此指令用确认帧做出确认。控制系统发送的应用服务数据单元内包含控制系统赋于的返回信息标识，继电保护设备以应用服务数据单元作为响应帧用以向控制系统做出肯定或否定认可（在此认可报文中的状态信息是无关的），在此响应帧中继电保护设备将控制系统赋予的返回信息标识符作为应用服务数据单元的“附加信息”的八位位组，这样一来可以保证每一个认可被赋予和控制系统相对应的指令，即形成一一对应的关系。若在向控制系统对前一次的命令做出认可之前，继电保护设备又收到控制系统的命令报文，继电保护设备将以否定认可帧加以拒绝。
3.5 测试模式
在“测试模式”时，自发（突发）报文和召唤的被测值都可以向控制系统传送，即用COT 7“测试模式”代替在平时传送时，传送报文中的传送原因。其它报文不受影响。
若在测试模式中，当地参数设定被激活，由当地操作引起的变位产生的报文将都以COT=11“当地操作”。指出测试模式“激活”和“停止激活”的报文，这些报文可以用于打印记录。
4、结束语
实际运行表明，103规约具有响应迅速、信息量大且极为详细的特点，对测量更新、变位信息、保护动作发生等均可迅速、准确地做出反应。对我国实现大量变电站自动化系统之间的互联互通，起到了极大的推动作用。
【关键词】电网；自动化；103规约；通信规约
【中图分类号】TD611.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0295-02
引言
随着计算机技术、电力电子技术和网络技术的飞速发展，现代电力结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时性信息量不断增加，人们对调度自动化系统和变电站自动化系统的通信数据提出了越来越高的要求，变电站自动化系统的通信规则是实现变电站自动化系统可靠、快速通信的重要保证。不同产品及其应用系统的特点，产生了一系列用于电力系统的部颁及流行规约，但各规约间兼容性差，不利于各变电站间的信息互换。为了能够准确、快速地收集、处理并传送从变电站到远方终端、最终用户之间的各种实时信息，通信规约的标准化、统一化成为必然。国际电工委员会（IEC）制定了一系列用于变电站自动化系统的国际标准，其中，IEC60870 5 103规约（以下简称103规约）是用于控制系统与继电保护设备信息交换中的继电保护设备的信息接口配套标准，该规约适用于目前电力行业中绝大多数自动化系统中。
1、103规约分析
103规约是相应于IEC60870 5基础标准的配套标准，传送的信息主要为继电保护的相关信息。下面对其基本结构及信鼠交换方法作一简要介绍。
1.1 规约结构
103规约基于三层参考模型（增强性能结构），和按照ISO/IEC 74981基本参考模型的全七层结构比较起来，对于苛刻的信息来说可以得到快速响应时间，具体表示如下：
1.1.1 物理层
继电保护设备（或间隔单元）的数据电路终接设备（DCE）既可按光纤传输系统实现，也可按基于铜线（如RSa.85总线，但因其采用轮循方式进行通信，所以一条RS485总线不宜接太多保护设备，否则影响通信周期，并容易引起通信死锁）的传输系统实现。
1.1.2 链路层
103规约通信方式为主从一对多，所有的传输过程均由主站启动，即轮询问答过程：由启动站向从动站触发一次传输服务，或者成功完成，或者报告差错，之后才能开始下一轮的传输服务。103规约采用的链路服务级别为三级，其链路服务级别及功能下表所示。
链路层由一系列采用明确的链路规约控制信息LPcI的传输过程所组成。
1.1.3 应用层
应用层为用户提供服务，是用户的窗口，它的服务直接提供给应用进程。应用层包含一系列应用功能，它包含在源和目的之间应用服务数据单元ASDU的传送中。
规约数据单元由规约控制信息和服务数据单元组成，由于103规约未采用应用规约控制信息ACPI，所以在应用层中的应用规约数据单元APDU和应用服务数据单元ASDU及链路服务数据单元LSDU是一样的。因此在103规约中可将应用服务数据单元ASDU当作链路用户数据。
1.2 两种信息交换方法
1.2.1 兼容范围。严格规定应用服务数据单元和为传输“标准化”报文的应用过程。
1.2.2 通用分类服务。采用各间隔层单元自我描述和自我定义的方法对要求传输的信息进行定义。它具有传送任何类型数据的能力。数据可通过通用分类服务按同一种方式进行访问。所有数据可在所有设备上按相同方法构成，这样就解决了各厂家所要传输信息无法统一的矛盾。这使新技术不受限制，提高了开放的可能性。
3、103规约的实现过程
103规约采用的是一问多答，不问不答的通信方式，通信主动权在主站端。控制系统向保护设备常发的命令有初始化、对时、总查询、一类数据查询、二类数据查询、开关控制等，保护设备发回的报文较多，主要有确认、对时、测量、保护动作信息等。经过初始化等步骤，即可进行正常的报文询问，然后根据回答报文和标志位的不同，发出不同的报文来得到所需的信息。如有一类事件，则进行一类数据查询。如总查询或对时的定时时间到，可分别进行查询和对时。如果保护装置需要进行遥控，还需查询监控系统是否有遥控命令，如有，则应优于查询和对时发送。
3.1 初始化
主站首先发送复位通信单元命令，本单元执行之后回送确认帧；主站收到确认后发送复位帧计数位命令，保护单元执行后回送确认帧；收到确认帧后，主站查询一级用户数据，本单元以ASDU5应答，上传信息，初始化过程结束。
3.2 对时
主站定时向子站发送时钟同步命令，可以采用广播方式向所有的子站发送时钟也可以采用一对一的方式向某一个确定的模块发送时钟。时钟同步目的是为了在设备之间规定一个共同的时间参考。
3.3 总查询（总召唤）
继电保护设备即将所有属于总召唤的信息传送向控制系统，控制系统收到后即向继电保护设备发送请求一级数据帧，继电保护设备就以应用数据单元回答，过程一直持续，直到全部属于总召唤的内容传完为止。当属于.总召唤表格内容的全部报文传送完后，继电保护设备随即传送总召唤结束报文。且继电保护设备只有从控制系统接受到新的总查询启动命令才能启动新的总召唤循环。若在总召唤周期内又由控制系统启动一次总召唤，则新的总召唤周期从头开始进行，正进行的总召唤周期立即终止，并不用传送总召唤终止报文。
3.4 命令传输
控制系统使用应用服务数据单元发向某一个继电保护设备，对此继电保护设备发送指令，并对此指令用确认帧做出确认。控制系统发送的应用服务数据单元内包含控制系统赋于的返回信息标识，继电保护设备以应用服务数据单元作为响应帧用以向控制系统做出肯定或否定认可（在此认可报文中的状态信息是无关的），在此响应帧中继电保护设备将控制系统赋予的返回信息标识符作为应用服务数据单元的“附加信息”的八位位组，这样一来可以保证每一个认可被赋予和控制系统相对应的指令，即形成一一对应的关系。若在向控制系统对前一次的命令做出认可之前，继电保护设备又收到控制系统的命令报文，继电保护设备将以否定认可帧加以拒绝。
3.5 测试模式
在“测试模式”时，自发（突发）报文和召唤的被测值都可以向控制系统传送，即用COT 7“测试模式”代替在平时传送时，传送报文中的传送原因。其它报文不受影响。
若在测试模式中，当地参数设定被激活，由当地操作引起的变位产生的报文将都以COT=11“当地操作”。指出测试模式“激活”和“停止激活”的报文，这些报文可以用于打印记录。
4、结束语
实际运行表明，103规约具有响应迅速、信息量大且极为详细的特点，对测量更新、变位信息、保护动作发生等均可迅速、准确地做出反应。对我国实现大量变电站自动化系统之间的互联互通，起到了极大的推动作用。