IEC60870-5-104規(guī)約在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

張艷麗 徐興輝 趙學(xué)臣

【摘要】 首先介紹了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)微電網(wǎng)能量管理和優(yōu)化控制的特點(diǎn)，對(duì)IEC60870- 5- 104國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用研究，最后針對(duì)互操作性，給出了建議報(bào)文類型的選擇方案。

【關(guān)鍵詞】 微電網(wǎng) IEC60870- 5- 104規(guī)約 能量管理系統(tǒng)

微電網(wǎng)（Micro-Grid），是一種由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。其中，IEC60870-5-104規(guī)約（以下簡稱104規(guī)約）作為一種國際標(biāo)準(zhǔn)，除已經(jīng)在變電站自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用外，104規(guī)約在微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)中也被大量采用。

一、微電網(wǎng)前置通訊系統(tǒng)架構(gòu)

一種是采用通訊管理機(jī)進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，各種格式的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后統(tǒng)一以一種規(guī)約，如IEC60870-5-104規(guī)約，傳到微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的前置服務(wù)器。另一種，不需要專門的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，直接在微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的前置服務(wù)器上接入各種微電網(wǎng)設(shè)備，前置通訊服務(wù)器完成全部的數(shù)據(jù)采集功能。

二、104規(guī)約在微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中的擴(kuò)展應(yīng)用

微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)需要根據(jù)特定的運(yùn)行模式和控制策略，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)分布式發(fā)電與儲(chǔ)能功率等數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速響應(yīng)，同一時(shí)刻需要下達(dá)對(duì)多個(gè)設(shè)備的調(diào)節(jié)指令。標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約中，遙控、遙調(diào)指令的報(bào)文格式規(guī)定同一幀報(bào)文只能發(fā)送一條指令，無法滿足實(shí)時(shí)要求。另外，標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約中雖然可以傳送保護(hù)信息，但也不能完全滿足實(shí)際需求。

2.1 擴(kuò)展多點(diǎn)控制命令

在一幀中發(fā)送多個(gè)控制指令。類型53用于不帶時(shí)標(biāo)的多點(diǎn)遙控或多點(diǎn)設(shè)定值，類型54用于帶時(shí)標(biāo)的多點(diǎn)設(shè)定值。

<53>自定義： =多點(diǎn)控制方案命令 C_MC_ NA_1

標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約的遙控命令（C_DC_NA_1）和遙調(diào)命令（C_ RC_NA_1），需要首先發(fā)送選擇命令，返校正確后，再發(fā)送執(zhí)行命令。此處擴(kuò)展的多點(diǎn)控制方案命令將在一幀中直接傳送控制命令集下發(fā)到各個(gè)微網(wǎng)設(shè)備或者通訊管理機(jī)，遙控、遙調(diào)指令使用同一個(gè)數(shù)據(jù)幀類型。

信息幀格式依次為：

類型標(biāo)識(shí)（TYP）=53

可變結(jié)構(gòu)限定詞（VSQ）：高位K/T，低7位表示控制命令個(gè)數(shù)

傳送原因（COT）：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約7.2.3中定義

ASDU公共地址：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約7.2.4中定義

遙控信息對(duì)象1：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約中定義

……其余遙控信息對(duì)象

遙調(diào)信息對(duì)象1：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約中定義

……其余遙調(diào)信息對(duì)象

傳送原因：

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在監(jiān)視方向

<7>：=激活確認(rèn) <9>：=停止激活確認(rèn) <10>：=激活終止

K/T <0>：=表示是遙控 <1>：=表示是遙調(diào)

<54>自定義： =帶時(shí)標(biāo)多點(diǎn)設(shè)定值 C_SE_NA_2

本命令不同于C_SE_NA_1，可以帶多個(gè)設(shè)定值下行，而且可表示設(shè)定值時(shí)標(biāo)。信息幀格式依次為：

類型標(biāo)識(shí)（TYP）=54

可變結(jié)構(gòu)限定詞（VSQ）：高位為0，低7位表示控制命令個(gè)數(shù)

傳送原因（COT）：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約7.2.3中定義

ASDU公共地址：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約7.2.4中定義

遙調(diào)信息對(duì)象1：在標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約7.2.5和6.2.2中定義

……其余遙調(diào)信息對(duì)象

設(shè)定地址范圍為6201H～6400H，其中：

6400H用于年份，設(shè)定值高字節(jié)HI_BYTE=20，低字節(jié)LO_BYTE=年份-2000

63FFH用于月日，設(shè)定值高字節(jié)HI_BYTE表示月份，低字節(jié)LO_BYTE表示日

63FFH用于時(shí)分，設(shè)定值高字節(jié)HI_BYTE表示小時(shí)，低字節(jié)LO_BYTE表示分鐘

6201H～63FDH用于設(shè)定值。

傳送原因

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在監(jiān)視方向

<7>：=激活確認(rèn) <9>：=停止激活確認(rèn) <10>：=激活終止

2.2 擴(kuò)展保護(hù)命令

根據(jù)104規(guī)約中規(guī)定的配套標(biāo)準(zhǔn)定義，擴(kuò)展保護(hù)類型從151開始。

<151…>自定義： =擴(kuò)展保護(hù)信息 M_EP_TD_2 信息幀格式依次為：

類型標(biāo)識(shí)（TYP）=151

可變結(jié)構(gòu)限定詞（VSQ）：0

傳送原因（COT）

ASDU公共地址

幀序號(hào)

保護(hù)單元地址

數(shù)據(jù)長度

保護(hù)報(bào)文

其中：

類型標(biāo)識(shí)：從151開始根據(jù)不同保護(hù)類型分別擴(kuò)展，如151標(biāo)識(shí)103保護(hù)信息。

傳送原因：

COT=3 表示“突發(fā)”原因 COT=5 表示“請(qǐng)求/被請(qǐng)求”原因

幀序號(hào)：表示當(dāng)前幀為第幾幀，A/S表示是否還有后續(xù)的保護(hù)信息幀。0：無后續(xù)幀， 1：有后續(xù)幀。如果有后續(xù)幀，前七位表示本幀是第幾幀，如果無后續(xù)幀，前七位為0。一般情況下，該字節(jié)為0。

數(shù)據(jù)長度：指純保護(hù)報(bào)文的長度。

三、建議報(bào)文類型

監(jiān)視方向：

M_SP_NA_1單點(diǎn)信息

M_ME_NC_1短浮點(diǎn)數(shù)測量值

M_SP_TA_1帶時(shí)標(biāo)CP56Time2a的單點(diǎn)信息

控制方向：

C_SC_NA_1單命令

C_MC_NA_1多點(diǎn)控制指令

C_MC_NA_2帶時(shí)標(biāo)多點(diǎn)設(shè)定值

C_SE_TC_1帶時(shí)標(biāo)設(shè)定值命令

監(jiān)視、控制兩個(gè)方向：

C_IC_NA_1召喚命令

C_CS_NA_1時(shí)鐘同步命令

四、結(jié)語

為適應(yīng)微網(wǎng)能量管理與優(yōu)化調(diào)度控制的實(shí)時(shí)要求，對(duì)104規(guī)約進(jìn)行了擴(kuò)展，可以滿足一個(gè)數(shù)據(jù)幀中傳送多個(gè)控制指令。這種擴(kuò)展方法目前在多個(gè)微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，效果良好。從遠(yuǎn)景看，微電網(wǎng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)進(jìn)一步清晰，如考慮將IEC61850規(guī)范應(yīng)用在微電網(wǎng)建設(shè)中，有待進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張齊，史金偉，徐俊杰，104 規(guī)約在水電廠與電網(wǎng)調(diào)度通訊中的擴(kuò)展研究及應(yīng)用[J]，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，第39卷第15期，2011