IEC61850和IEC60870-5-104协议转换网关的研究
IEC60870-5-104规约介绍
IEC60870-5-101、IEC60870-5-104规约介绍
Page 2
规约简介
• 应用环境：
网络通信协议: 1. 专用光纤或数据网。
2. 需要辅助设备。
网络接口、交换机、路由器、光纤收发器、协议转换器。
IEC60870-5-101、IEC60870-5-104规约介绍
Page 3
规约简介
在创建一个TCP连接后，发送和接收序列号都被设置成0。
IEC60870-5-101、IEC60870-5-104规约介绍
Page 14
报文传输安全控制机制
• 测试过程
未使用但已建立的连接会通过发送测试APDU( TESTFR=激活)并得到接收站发回 的TESTFR=确认，在两个方向上进行周期性测试。 发送站和接收站在某个具体时间段内没有数据传输（超时）会启动测试过程。每 一帧的接收 – I帧，S帧或U帧 – 会重新计时t3.。B站要独立地监视连接。 只要它接收 到从A站传来的测试帧，它就不再发送测试帧。
• 常用名词：
1. K 发送方未被确认的I格式的APDU最大数目 2. W 接受方最多收到的未被确认的I格式APDU的数目。
3. t0
4. t1 5. t2 6. t3
网络建立链接超时时间。
发送或测试APDU超时时间。 接受方无数据报文时发送确认的超时时间。 通道长期空闲时发送测试的超时时间。 带发送编号的信息传送格式。
第一个八位位组的第一位比特 = 0
第三个八位位组第一位比特 = 0
特别规定
I格式的APDU至少必须包含一个ASDU
比特 8 7 6 5 4 3 2 1 0 八位位组 1 八位位组 2 0 八位位组 3 八位位组 4
变电站自动化系统IEC608705103和IEC608705104协议的分析和实施
变电站自动化系统IEC60870-5-103和IEC60870-5-104协议的分析和实施徐立子( 中国电力科学研究院，北京100085 )摘要：阐述了国际电工委员会（IEC）制定的用于变电站自动化系统的国际标准IEC 60870－5－101、IEC 60870－5－104和IEC60870－5－103。
（我国行标DL／T 667－1999）分析了这些标准对变电站自动化系统所提出的要求和实现。
关键词：变电站自动化系统；传输规约；智能电子设备；RS485总线；光纤传输系统；以太网1IEC60870-5-103标准1．1为互换性和互操作性对物理层的规范要求IEC60870－5－103标准为继电保护设备（智能电子设备（IED）或间隔单元）信息接口配套标准。
此标准规定，在变电站自动化系统中物理层应采用光纤传输系统和／或RS485总线系统。
（1）光纤传输系统为了提高抗电磁干扰能力和传输距离，应采用光纤传输系统，继电保护设备（或间隔单元或IEDs）的接口必须是光纤连接器。
光纤连接器应为：BFOC／2．5（IEC60874－10说明）或F－SMA （IEC60874－2说明）。
对玻璃光纤：渐变型（graded－index），纤芯直径和包层直径分别为62．5和125μm，光波长为820～860 nm，传输功率最小为－16 dBm，最小接收功率最小为－24 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为1000 m，温度范围为－5～＋55℃。
对塑料光纤：阶跃型（step－index），纤芯直径和包层直径分别为980和1000μm，光波长为660nm，传输功率最小为－7 dBm，最小接收功率最小为－20 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为40 m，温度范围为－5～＋55℃。
（2）EIARS485接口作为上述光纤传输的一种变通，在控制系统和继电保护设备或间隔单元之间可以采用基于双绞线的传输系统。
此种传输系统应符合EIARS485标准。
浙江电网IEC 61850标准应用与研究工作报告
IEC61850工程实施面临的问题
外陈变工程经验
• 厂家应开发面向工程的IED配置软件，用于 生成ICD文件以及接受SCD文件的配置，避 免现场手动修改配置文件错误引起装置功能 不稳定 • 进一步统一模型，有利于厂家研发、用户维 护、事故调查等 • 完善网络报文记录分析仪，充分利用它来分 析通信问题
外陈变工程经验
• 装置应支持取代服务，减少调试工作量，体 现标准的优势 • 交换机网络结构有待进一步研究，以保证网 络可靠性 • 智能操作箱功能可以扩大，作为没有智能开 关和闸刀的过渡设备 • 应出台智能操作机构的技术规范，明确其技 术要求和功能职责
谢谢大家！ 谢谢大家！
外陈变应用特点
• 首次采用网络报文记录分析仪，该记录仪不 间断地记录了：
– 两台主机MMS报文 – 保护双网GOOSE报文 – 测控联闭锁GOOSE报文
• 提供了通信异常情况下网络报文分析的手段
I母 测控 A 35kV主 变测控 B
220kV 公用测 控
220kV主 变测控
#1所变
所变测控 保护合一
外陈变的意义
• 全国电力系统管理信息及其信息交换标 准化技术委员会变电站工作组组织的
《IEC61850国际标准工程化实施技术规范》 研讨会上以下吸取外陈经验 ：
– 系统集成时的实例配置内容 – 继电保护GOOSE方式下的出口压板模式 – 模型自描述方式
104规约向IEC61850信息模型转换的研究与实现
收稿日期:20072052301基金项目:国家自然科学基金资助项目(60574037)1104规约向IEC 61850信息模型转换的研究与实现李 强,朱永利,董志敏(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘要:面向点的传统规约向面向对象技术的IEC 61850转换是网络技术发展的必然趋势。
文章在深入研究IEC 60870-5-104和IEC 61850协议的基础上,建立了一种兼顾现有系统又遵循IEC 61850的新型电力远动通信系统网络结构。
通过应用XML Schema 技术对协议映射建模这种新的规约映射方法来设计规约转换网关。
该转换网关是利用以太网通信、信息建模以及XML 等技术来实现传统通信协议与IEC 61850协议的无缝转换,它具有配制灵活、通用性强的优点。
关键词:IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;转换网关;无缝通信中图分类号:TM764 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)02-0098-05Research and implementation of conversion of 104protocol toward IEC 61850information modelL I Qiang ,ZHU Y ong 2li ,Dong Zhi 2min(School of Electrical and Electronic Engineering ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China )Abstract :The conversion of traditional protocol of the dot 2oriented technique toward object 2oriented IEC 61850is an inevitable trend.Based on the in 2depth study on IEC60870-5-104and IEC 61850,a new network architecture of telecontrol communication which puts both the existing system and IEC 61850into consideration is established .Through applying a new protocol mapping method that uses XML Schema technology to model the protocol mapping ,a conversion gateway is designed.The gateway uses the technique of Ethernet Communication ,Information Modeling and XML to realize the seamlessly conversion between the traditional communication protocol and IEC 61850,it is en 2abled to have the characteristics of smart configuration and strong universality.K ey w ords :IEC 60870-5-104;IEC 61850;XML Schema ;conversion gateway ;seamless communication0 引 言目前,在我国电力系统远动信息交换中使用较多的是IEC60870-5-104。
IEC-60870-5-104报文解析汇报
-----------------------------------------------------------------------------------------IEC-60870-5-104：应用模型是：物理层，链路层，网络层，传输层，应用层物理层保证数据的正确送达，保证如何避免冲突。
（物理层利用如RS232上利用全双工）链路层负责具体对那个slAvE的通讯，对于成功与否，是否重传由链路层控制（RS485 2线利用禁止链路层确认）应用层负责具体的一些应用，如问全数据还是单点数据还是类数据等（网络利用CSMA/CD等保证避免冲突的发生）---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------基本定义：端口号2404，站端为SErvEr 控端为CliEnt，平衡式传输，2BytE站地址，2BytE传送原因，3BytE信息地址。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------注： APDU 应用规约数据单元（整个数据） = APCI 应用规约控制信息（固定6个字节） + ASDU 应用服务数据单元（长度可变）---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------APDU长度（系统-特定参数，指定每个系统APDU的最大长度）APDU的最大长度域为253（缺省）。
基于IEC 61850的配网自动化开放式通信体系
网络通信：IEC 60870-5-101/104
常规DA通信技术存在的问题/1
常规通信规约只解决了数据传输问题，实现互联 互通还需要“数据规约”说明数据“是什么”。 数据按模拟量、状态量、控制量等类型打包传输
数据含义（来源）不明，无法直接对号入座。 数据之间无关联 终端与主站之间需要人工通过书面文件的交流说明数 据的具体来源、含义
不能完全适应配网自动化的需求
IEC 61850-DA
信息模型（逻辑结点）的扩充
短路故障检测
小电流接地故障检测
小电流接地故障选线
信息交换模型
发现/注册模型
历史数据的获取
映射
IEC 61850-DA/2
配电站的统一标识
柱上开关、环网柜、开闭所、配电所、配变
配置描述语言
相邻终端的描述
映射
Web Services + 104
实时性
PC(Client)+MK420（Server）400次/S
实时数据 104
结论
配网自动化通信应用IEC61850是发展方向
实现终端设备的互插互联、即插即用
减少通信配置、安装调试工作量
IEC61850逻辑节点覆盖了绝大部分配网自动 化应用 IEC61850定义的信息交换模型、通信服务映 射方法完全适用于配网自动化通信
SCADA监控逻辑节点（LN)
XSWI :负荷开关
CSWI:开关控制器
MMXU:SCADA测量，电压、电流、有功、无功等。 MMAI:谐波、间谐波 MSQI:序量与不平衡值 TCTR:电流互感器
TVTR：电压互感器
GGIO：通用输入/输出（开关量）
21
故障检测类逻辑节点（LN)
IEC 60870-5-104规约与IEC 61850互相转换通信网关的研究
ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｍｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０ ｃ ａ ｎ ｃ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｕ ｅ ．
０ 弓 ｉ 言
随着计算机技 术 、 通信技 术和 电力 电子技 术 的不 断进步 ， 电力 系统对信 息共享 和应用集 成 的需 求越发 迫切 为此 ， 国际 电工 技术委 员会 （ Ｉ Ｅ Ｃ ） 的第 ５ ７ 技术
委 员会 （ Ｉ Ｅ Ｃ Ｔ Ｃ ５ ７ ） 制定 了用于 变 电站 Ｓ Ａ Ｓ （ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 的 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０标 准 ．目前 ， 在 数
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：１ ０４ ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ；Ｉ ＥＣ ６ １ ８５ ０；ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ；ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｔ ｅ ｗａ ｙ
准 是 目前 智 能变 电站 内部 通 信 网 络 的 唯一 标 准 ， 也
摘
４ ４ ３ ０ ０ ２ ）
要： 面 向点 的ｌ Ｅ ｃ ６ ０ ８ ７ ０ — ５ — １ ０ ４ 规约 向面 向对 象的 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０ 标准 转换是 变电站智能化发展 的必然趋势。在
IEC60870-5-104远动规约应用中的常见工程问题
IEC60870-5-104远动规约应用中的常见工程问题摘要：根据当前国内IEC60870-5-104远动规约不良应用状况，再结合湖南500kV电网集控自动化系统中IEC60870-5-104远动规约一次通讯异常案例，剖析了出现该远动规约通讯异常的内在原因，并针对上述原因进行具体整改。
经实际测试表明，规约通讯恢复正常。
关键词：远动规约IEC60870-5-104 数据传输电网集控Abstract: Based on the current domestic IEC60870-5-104 remote Statute the bad application status, combined Hunan 500kV power grid centralized control automation systems IEC60870-5-104 remote Statute time communications abnormal cases, analyzed the emergence of the telecontrol protocol communication errorunderlying reasons, and for these reasons specific rectification. Actual tests show that the Statute of communication back to normal.Keyworks: Telecontrol protocolIEC60870-5-104Data transmission Grid centralized control前言随着电力通信网的发展，大容量、高质量的光纤通信环网己基本覆盖到变电站[1]，为数字网络通道在变电站自动化系统，以及在变电站到调度自动化系统应用提供了技术基础。
IEC60870-5-104协议作为一种国际标准协议，具有实时性好、可靠性高、数据流量大、便于信息量扩充、支持网络传输等优点，非常适合500kV及以上电压等级变电站集控自动化系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
IEC61850和IEC60870-5-104协议转换网关的研究摘要：为了使采用IEC60870-5-104标准的系统能够和新型数字化变电站（采用IEC61850标准）相互兼容，在远动系统侧有必要针对IEC61850到IEC60870-5-104安装一个协议转换网关。
本文介绍了IEC61850及IEC60870-5-104标准内容及其特性，阐述了规约转换理论，并设计一种遵循IEC61850~智能变电站通信网关，以促进104规约和IEC6l850标准二者的无缝隙转换。
关键词：IEC61850，IEC60870-5-104，协议转换，网关引言IEC61850协议作为变电站通信系统普遍性适用的标准，为过程层建立了统一的通信协议。
目前，IEC61850及其草案仍处于制定阶段，在未来的较长时间里，IEC61850、非IEC61850系统仍旧长期共存，并逐步过渡。
所以，确保非IEC61850到IEC61850系统的顺利过渡，推广IEC61850系统的应用，有着重要的探索意义和研究价值。
在电力系统中，IEC60870-5-104属于使用频繁的一种远动通信协议。
为了使系统能够和新型数字化变电站保持兼容，我们在远动系统侧需要安装一个网关，使数据能够从IEC61850成功转换到IEC60870-5-104系统。
1两种标准的特性分析及比较1.1 tEG60870-5-04标准简介IEC60870-5-104协议表示：“将1EC60870-5-101的应用层、TCP/IP传输功能相进行组合，赋予相同的定义。
IEC60870-5配套标准提及的ASDUs均可以和TCP/IP组合，不过本标准并未做详细的阐述”。
在应用层，IEC60870-5-104规约遵从的是TCP/IP网络传输协议，以获取安全的连接。
本层级中，应用协议数据单元（APDU）涵盖了两个核心的部分：一是规约控制信息（APCI），二是服务数据单元（ASDU）。
APDU中，启动字符68H界定了数据流中的起始点，而APDU主体长度受到APDU长度的影响。
IEC60870-5-104介绍了3种不同的控制域格式：①信息传输（I格式）、②监视功能（s格式）、③控制功能（u格式，无编号）。
以启停方式来控制数据的传输，U帧的STARTDT代表激活链接，而STOPDT则代表解除激活。
发送序列号N（s）、接受序列N（R）的作用，是避免报文丢失或是重复发送。
104规约ASDU中，只规定了公共地址域，却取消了之前101规约ASDU中设定的链路地址域。
究其根源，利用IP地址，104规约中的IP层早就明确了主站、子站各自的位置，无需利用其他地址进行二次确认。
1.2IEC61850的特性分析2004年，IECTC57技术委员会正式颁布了IEC61850标准，为过程层、间隔层以及变电站层三者的通信建立了统一的标准。
同时，解决了多个厂家在产品方面的兼容性问题。
到现在，IEC61850标准成为变电站内通用性的系统标准。
相较于之前的通信规约，IEC61850标准存在如下显著的特征：1）分层体系结构，能够对功能进行灵活配置；2）依托ACSI、映射SCSM技术，和应用层协议不存在关联，对网络技术有较高的适用性；3）利用信息建模技术，构建了一套信息模型，简化了运维流程；4）设备自描述，构建了语义空间，支持一致性声明，为后期的功能扩展提供可能，在设备方面也支持即插即用；5）开放性体系，有助于延长自动化系统本身的周期，省去大量的人力、财力；6）对电力系统进行统一建模，确立无缝体系结构。
IEC61850第2版同时还新增了IEC61850-80-1，以保证IEC61850、IEC60870-5-101/104二者的数据转换，该转换协议对变电站、控制中心二者的通信十分有利。
另外，对终端、主站通信也有较高的参考意义。
不过，两种标准建立了不同的服务模型。
IEC61850-80-1在某些情况下并不支持整个服务模型，其中无法映射的部分，需改为MMS。
2规约转换的理论研究IEC61850，实质上是面向对象实现的一种建模方式。
相比之下，IEC60870-5-104协议有较大的区别，属于面向点的服务协议。
面向点，也就是依靠不同的数据地址“点”，对海量信息进行区分，如开关状态、电压、功率等。
为了促进变电站、控制中心二者的无缝连接，比较理想的做法是参照协议转换网关，将IEC60870-5-104协议无缝地转换为IEC61850标准，如图1。
图1 采用通信协议转换网关的变电站系统结构IEC60870-5-104、IEC61850两条规约之间的转换，均需依靠通信协议转换网关来完成。
一是IEC60870-5-104规约可以搜集变电站在不同时段的远动信息；二是该规约同时也是一个服务器，能够为控制中心提供通信方面的服务。
通信网关涵盖了4个不同的模块：IED配置工具、IEC6185oN业务以及协议转换模块，包括IEC61850实时数据库，如图2。
图2 协议转换网关软件结构2.1元数据和lED配置工具元数据是一组清晰、直观的词汇，可以描述数据的变化。
模型文件，又叫元数据实例。
通常，XML语言是元数据最常用的表现形式。
IEC61850规约中，需依托SCLSchema技术来描述变电站中各类数据、接口包括通信。
整个模型文件，均可交给计算机进行解析、操作。
IEC61850模型文件同样也有4个主类：①ICD （IED功能描述文件）、②SSD（变电站功能模型描述文件）、③SCD（变电站及通信配置文件）、④CID（IED最终配置描述文件）。
而IED配置工具，同样也可以提供元数据及其相关的映射服务。
根据元数据相关描述，可以配置协议转换模块中的具体结构。
IEC61850实时库，构建了IEC61850模型，其中就有部分遗留的IED。
根据元数据映射得到的信息，原遗留协议、1EC61850模型之间同样也可以完成自动映射，如图3。
图3 1EC61850网关模型2.2协议转换模块协议转换模块，其功能在于协议转换，利用解析工具可以获得元数据相关信息，对环境予以初始化。
结合模型配置，协议转换模块可以对IEC60870-5-104报文进行解析，得到遥测、遥信等必要的数据，接着，根据映射模型将这些数据快速地写入IEC61850实时库中。
同时，其他IEC61850装置在和遗留装置之间建立通信时，该协议转换模块同样也可以先对IEC61850数据或是服务进行转化，使其成为IEC60870-5-104协议下的单元格式（ASDU）和对应的控制信息。
2.3IEC61850实时库实时数据库，其用途是对遗留lED传递的各类实时数据进行存储，属于内存数据库。
从实现机制分析，实时数据库有两种不同的存在方式，一是共享内存，二是文件映射。
实践得知，确立一种安全、高效的内存管理机制，得到数据库实体是非常关键的。
从设计模式上分析，我们可以价格实时库归为三种：一是关系型、二是层次型、三是对象型。
IEC61850是一种层次结构，按逻辑设备、数据对象以及数据属性进行逐层划分，建议引入实时库设计模式，在内存中实现整个IEC61850模型。
2.4IEC 61850服务模块以协议转换模块、实时库为前提，IEC61850nE务模块需借助编程工具、语言来为间隔层设备提供IEC61850-8-x、IEC61850-9-l服务子集。
3 IEC60870-5-104向IEC 61850标准的转换（1）服务映射，IEC60870-5-lO4、IEC61850~E服务映射需遵从行业的规则。
协议转换，前提是处理好数据地址、逻辑节点二者在数据属性方面的映射关系。
（2）信息模型的构建。
选取合适的逻辑节点，代表遥信、遥测和遥调信息，完成服务映射，如IEC6185-5-104规约提到的保护装置、事故告警、测量值以及断路器开合，它们依次对应IEC61850的PDIF、PDIS、PDIR，GGIO，MMXU -MV -instMag-i/f，CSW I-pos-stval。
（3）根据IED配置工具来自动生成和获得一份CID模型文件；在104协议中，点信息也要和1EC61850模型中的节点数据属性保持对应。
结合映射关系，将IEC60870-5-104量值更改为IEC61850逻辑节点上对应的数据属性。
4 lEC61850向IEC6087 10砖换IEC61850映射~t]IEC60870-5-104，其目的在于对过程信息进行实时交换，提供IEC61850传输文件和必要的日志服务。
IEC61850-80-1中详细阐述了IEC61850模型、IEC60870-5-101/104完成映射过程必要的数据类型和具体方法。
选取面向对象的描述方法，坚持同样的命名规范，使用配置描述语言SCL来完成描述。
结语由于接入能力和通道建设因素的限制，电力调度仍沿用IEC60870-5-101/104规约。
在今后的很长一段时间，非IEC61850系统、IEC61850系统还将继续共存、循序过渡。
本阶段，促进IEC60870-5-104、IEC61850两种规约的转换十分迫切。
本文分析了IEC60870-5-104、IEC61850的信息模型，结合XML技术设计了规约转换网关，通过以太网通信、IEC61850信息建模、信息映射以及配置文档描述来实现规约转换，对后续研究有重要的指导意义。
参考文献：[1]冷慧玲.数字化牵引变电所远动通信单元软件设计[D].西南交通大学,2019.[2]朱永利,王德文,王艳. 基于IEC 61850的电力远动通信建模方法[J].电力系统自动化. 2019(21)[3]付娟．基于IEC61850标准的AcsI服务模型研究[J]．电子设计工程，2012，20(20)：150-152．。