远动设备IEC60870-5-101非平衡规约的测试研究

王 昕 曹 敏 李仕林 洪灿梅 李英娜 李 川

(1. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2. 南方电网电能计量重点实验室，昆明650217；3. 昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明 650500)

远动设备IEC60870-5-101非平衡规约的测试研究

王 昕1,2曹 敏1，2李仕林1，2洪灿梅3李英娜3李 川3

(1. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2. 南方电网电能计量重点实验室，昆明650217；3. 昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明 650500)

为了确保电网调度远动设备传送信息的准确可靠和管理人员及时对电网通信过程中的故障进行分析、处理，开发了一个对使用传输规约IEC60870-5-101的远动设备进行测试分析的系统。根据云南电网调度自动化系统生产运行的实际情况，通过对101规约进行建模分析来实现测试系统的设计，利用此测试系统对远动设备进行实地测试，对所形成的报文进行分析得到设备的实时运行状态，能够准确诊断并快速处理远动信息的故障。通过对测试数据进行分析，达到对使用101规约的远动设备进行检测的目的，以便提高工作人员的工作效率。

传输规约IEC60870-5-101 测试系统 远动设备 报文分析

目前国际标准传输规约IEC60870-5-101(简称101规约)基本远动任务配套标准(即中国电力系统行业标准DL/T634.5101-2002/IEC60870-5-101：2002基本远动任务配套标准)在电力系统远动传输中已经广泛使用[1]。2008年狄文辉等在基于101规约的电力远动通信测试软件中对报文的分析算法进行了重点分析[2]。2012年董白丹在电力远动自动化测试系统分析和探讨中对系统的功能和原理方面做了分析[3]。随着电力系统设备越来越多，远动设备兼容性的问题也日益突出。而在实际应用中，为保证实现相同规约的不同设备能够通信，需要确定该设备的规约实现是否符合标准，这就需要有相应的测试工具，电力远动规约测试系统的出现，在一定程度上满足了这一需求[4]。

笔者根据云南电网调度的远动设备生产运行的实际情况，利用C++编程对远动设备101规约测试系统的对象进行建模、设计与实现，对测试的各模块和数据进行相应的分析。利用Access2003建立数据库来存储程序中101规约报文转化的结果。

1 101规约概述

101规约来自《中华人民共和国国家标准远动设备及系统》GB/T 16436.1-1996，具体指远动设备及系统传输规约第101篇——基本远动任务。其基本远动配套标准规定了电网的数据采集和监视控制系统中主站与子站之间以问答的方式进行数据传输。

笔者采用非平衡的传输方式，该方式针对信息采集、处理均由主站控制，实现简单，易于控制。101规约的传输帧格式有：单字符格式、固定帧格式和可变帧格式。单字符一般用于确认数据；固定帧主要用于链路层服务；可变帧主要用于主站和子站间的数据交换。101规约的3种级别服务和功能见表1。

表1 101规约级别服务和功能

2 101规约建模分析

笔者在建模时主要用静态测试用例和泳道图对对象和建模流程进行分析。 用例是对用户需求(主要功能需求)的规范化描述，最终为用户和开发者提供一种相互交流的手段。用例图给出了用例之间和同用例参与者之间的联系、系统需要什么功能、各功能之间的关系，如图1所示。在图1中，对远动规约测试系统而言，它所需要实现的功能包括了新建项目、打开项目、项目属性、启停端口、屏显操作、模拟主站或模拟子站等，测试人员以模拟主站或模拟子站的方式对系统的整体功能进行测试，最终来评定此系统是否符合用户需求。

图1 101测试用例图

动态模型表达了所有时间内对象的变化和对象之间关系的变迁[5]。泳道图是描述流程中对象与对象之间关系的特殊图标，它有利于分清在流程过程中每个对象的工作范围，同时对业务流程进行梳理，如图2所示。在图2中，101非平衡传输过程包括链路初始化过程、基本问答过程和其他问答过程。在链路初始化过程中首先主站向子站询问，再由子站向主站询问，其次主站发送总召唤命令，最后主站发送时钟同步命令，最终完成初始化过程；在基本问答过程中，如果不存在1、2级数据，则否定报文回答(否定回答是单个字符“E5H”)；在其他问答过程中，遥控选择命令以遥控选择确认帧回答，遥控执行命令以遥控执行确认帧回答，召唤电度命令以传送电度数据帧回答等。

主站和子站之间进行通信之前必须保证通信链路的畅通，通常由主站向子站发送请求链路状态命令来检测双方通信链路是否正常。为了给主站、子站间的通信提供正确的时标或日期，子站与主站时钟必须同步。

对于101非平衡主要有固定帧长报文和可变帧长报文两种报文格式。分别以68、10H为报文头，分析报文内容对测试后形成的报文进行分析，如果各项内容均符合标准，则认定该远动设备采用的通信规约符合行业标准。所以报文分析是测试必备的条件，报文处理活动图如图3所示。

图2 101非平衡传输过程

图3 报文处理活动图

3 系统设计与实现

笔者在Windows环境下，利用C++与 codeblocks为开发平台，结合wxWidgets开源软件库等实现101规约的非平衡测试系统开发。

101规约测试系统的硬件电路连接图如图4所示。在链路传输过程中主站主动发送各种报文信息，子站只能被动接受。对链路层的通信规约可在应用层直接编程，由串口芯片自动完成链路层的功能。所以对于101规约只需在应用层上对每帧的同步字、控制字、信息字、校验码进行编程，而将串口设置通知串口设备即可完成通信任务[6，7]。通过图5的软件测试模型对系统进行整体测试得出完整的测试报告，为电力系统通信提供捷径。

图4 101规约测试系统的硬件电路连接图

图5 软件测试模型

利用C++编制的软件程序分析、转化报文，获得报文中传送的初始化、召唤、遥控和这些数值所对应的地址。利用Access2003建立一个数据库，来存储程序中对101规约报文的转化结果，转化的数据最终以报表的形式输出。

4 测试数据

在非平衡传输的方式下，模拟主站进行数据测试。包含在程序中的Access数据库是一个动态数据库，它与程序中的数据控件的记录始终保持一致。在动态数据库中，当分析完一个回复帧后，如果再分析下一个回复帧则上一帧的数据就会被覆盖。因此每分析完一个帧就输出一个报表。同时标识出它为上行或下行报文。

笔者以模拟主站进行测试，测试数据报表包括：链路初始化数据、总召唤测试数据、遥控过程测试数据(图6)。

图6 测试数据报表

5 结束语

笔者设计了一种对基于101规约的远动设备进行测试分析的系统，通过该系统可以保证对使用101规约的不同远动设备进行互联。远动规约测试系统的应用，不仅可以有效地对数据和报文进行处理与分析，而且利用数据库将报文分析以报表的形式输出能降低工作人员调试的工作量，提高分析和判断能力，同时也保证了电网的安全、可靠运行。

[1] 肖翔，蒋晓宇.IEC60870-5-101协议应用浅析[J].电测与仪表，2010，(z1)：119.

[2] 狄文辉，李敬伟，刘晙.基于101规约的电力远动通信测试软件[J].计算机工程与设计，2009，30(12)：3031～3034.

[3] 董白丹.对电力远动自动化测试系统的分析探讨[J].通信电源技术，2012，29(7)：115～116.

[4] 李敬伟，翟海庆.一种101规约测试软件的设计[J].甘肃科技，2008，24(20)：22～25.

[5] 任惠，赵洪山，刁锦峰.电力系统IEC870-5-101远动规约面向对象分析与建模[J].华北电力技术，2002，(10)：7～8.

[6] 傅钦翠.基于FSM的电力远动规约设计[J].电力自动化设备，2006，26(2)：62～65.

[7] 闫晓俊.遥测数据采集压缩系统的LZW算法优化设计[J].电子技术应用，2015，41(8)：60～62.

(Continued from Page 271)

tion’s constant deviation and implements compression processing when the wavelet coefficient’s absolute value becomes less than threshold value. Comparing denoising results reveals that this method outperforms both soft threshold and hard threshold in SNR and MSE comparison.

Keywordsworking level signal, denoising, threshold function

TestStudyofIEC60870-5-101UnbalancedProtocolforTelecontrolEquipment

WANG Xin1,2, CAO Min1,2, LI Shi-lin1,2, HONG Can-mei3, LI Ying-na3, LI Chuan3

(1.ElectricalPowerInstitute,YunnanPowerGridCo.,Ltd.,Kunming650217,China;2.ChinaSouthernPowerGridKeyLaboratoryforElectricEnergyMeasurement,Kunming650217,China;3.FacultyofInformationEngineeringandAutomation,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,China)

In order to ensure data accuracy and reliability in power grid dispatching and to benefit both fault analysis and treatment in power grid communication, a IEC60870-5-101 protocol-supported testing and analytic system for telecontrol equipment was developed. Basing on analyzing the operation of Yunnan power grid dispatching system and the modeling analysis of 101 protocol, a test system was designed to test any telecontrol equipment in situ and to analyze any message of the running equipment at real time so that any failure of IEC60870-5-101 protocol-supported equipment can be diagnosed and processed so as to improve the work efficiency of staff members.

IEC60870-5-101 protocol, testing system, telecontrol equipment, message analysis

TH165+.2

A

1000-3932(2016)03-0308-05

2016-01-27(修改稿)

国家自然科学基金资助项目(51567013)；基于多源传感的配网设备故障检测数据融合关键技术研究项目(2013FZ021)