IEC60870-5-104规约在微电网能量管理系统中的应用

张艳丽 徐兴辉 赵学臣

【摘要】 首先介绍了微电网能量管理系统的通讯系统结构，然后根据微电网能量管理和优化控制的特点，对IEC60870- 5- 104国际标准规约进行扩展应用研究，最后针对互操作性，给出了建议报文类型的选择方案。

【关键词】 微电网 IEC60870- 5- 104规约 能量管理系统

微电网（Micro-Grid），是一种由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控保护装置汇集而成的小型发配电系统。其中，IEC60870-5-104规约（以下简称104规约）作为一种国际标准，除已经在变电站自动化、调度自动化等领域得到广泛应用外，104规约在微电网监控与能量管理系统中也被大量采用。

一、微电网前置通讯系统架构

一种是采用通讯管理机进行规约转换，各种格式的数据经转换后统一以一种规约，如IEC60870-5-104规约，传到微网能量管理系统的前置服务器。另一种，不需要专门的规约转换装置，直接在微网能量管理系统的前置服务器上接入各种微电网设备，前置通讯服务器完成全部的数据采集功能。

二、104规约在微网能量管理系统中的扩展应用

微网能量管理系统需要根据特定的运行模式和控制策略，实时调节分布式发电与储能功率等数据。为实现实时快速响应，同一时刻需要下达对多个设备的调节指令。标准104规约中，遥控、遥调指令的报文格式规定同一帧报文只能发送一条指令，无法满足实时要求。另外，标准104规约中虽然可以传送保护信息，但也不能完全满足实际需求。

2.1 扩展多点控制命令

在一帧中发送多个控制指令。类型53用于不带时标的多点遥控或多点设定值，类型54用于带时标的多点设定值。

<53>自定义： =多点控制方案命令 C_MC_ NA_1

标准104规约的遥控命令（C_DC_NA_1）和遥调命令（C_ RC_NA_1），需要首先发送选择命令，返校正确后，再发送执行命令。此处扩展的多点控制方案命令将在一帧中直接传送控制命令集下发到各个微网设备或者通讯管理机，遥控、遥调指令使用同一个数据帧类型。

信息帧格式依次为：

类型标识（TYP）=53

可变结构限定词（VSQ）：高位K/T，低7位表示控制命令个数

传送原因（COT）：在标准104规约7.2.3中定义

ASDU公共地址：在标准104规约7.2.4中定义

遥控信息对象1：在标准104规约中定义

……其余遥控信息对象

遥调信息对象1：在标准104规约中定义

……其余遥调信息对象

传送原因：

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在监视方向

<7>：=激活确认 <9>：=停止激活确认 <10>：=激活终止

K/T <0>：=表示是遥控 <1>：=表示是遥调

<54>自定义： =带时标多点设定值 C_SE_NA_2

本命令不同于C_SE_NA_1，可以带多个设定值下行，而且可表示设定值时标。信息帧格式依次为：

类型标识（TYP）=54

可变结构限定词（VSQ）：高位为0，低7位表示控制命令个数

传送原因（COT）：在标准104规约7.2.3中定义

ASDU公共地址：在标准104规约7.2.4中定义

遥调信息对象1：在标准104规约7.2.5和6.2.2中定义

……其余遥调信息对象

设定地址范围为6201H～6400H，其中：

6400H用于年份，设定值高字节HI_BYTE=20，低字节LO_BYTE=年份-2000

63FFH用于月日，设定值高字节HI_BYTE表示月份，低字节LO_BYTE表示日

63FFH用于时分，设定值高字节HI_BYTE表示小时，低字节LO_BYTE表示分钟

6201H～63FDH用于设定值。

传送原因

在控制方向

<6>：=激活 <8>：=停止激活

在监视方向

<7>：=激活确认 <9>：=停止激活确认 <10>：=激活终止

2.2 扩展保护命令

根据104规约中规定的配套标准定义，扩展保护类型从151开始。

<151…>自定义： =扩展保护信息 M_EP_TD_2 信息帧格式依次为：

类型标识（TYP）=151

可变结构限定词（VSQ）：0

传送原因（COT）

ASDU公共地址

帧序号

保护单元地址

数据长度

保护报文

其中：

类型标识：从151开始根据不同保护类型分别扩展，如151标识103保护信息。

传送原因：

COT=3 表示“突发”原因 COT=5 表示“请求/被请求”原因

帧序号：表示当前帧为第几帧，A/S表示是否还有后续的保护信息帧。0：无后续帧， 1：有后续帧。如果有后续帧，前七位表示本帧是第几帧，如果无后续帧，前七位为0。一般情况下，该字节为0。

数据长度：指纯保护报文的长度。

三、建议报文类型

监视方向：

M_SP_NA_1单点信息

M_ME_NC_1短浮点数测量值

M_SP_TA_1带时标CP56Time2a的单点信息

控制方向：

C_SC_NA_1单命令

C_MC_NA_1多点控制指令

C_MC_NA_2带时标多点设定值

C_SE_TC_1带时标设定值命令

监视、控制两个方向：

C_IC_NA_1召唤命令

C_CS_NA_1时钟同步命令

四、结语

为适应微网能量管理与优化调度控制的实时要求，对104规约进行了扩展，可以满足一个数据帧中传送多个控制指令。这种扩展方法目前在多个微电网监控系统中得到了应用，效果良好。从远景看，微电网的通讯标准将会进一步清晰，如考虑将IEC61850规范应用在微电网建设中，有待进一步的研究。

参考文献

[1]IEC60870-5系列协议应用指南[M]，王首顶主编，北京：中国电力出版社 2008

[2] 张齐，史金伟，徐俊杰，104 规约在水电厂与电网调度通讯中的扩展研究及应用[J]，电力系统保护与控制，第39卷第15期，2011