IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-104
一、介绍
IEC 60870 - 5 - 104 是电力系统自动化领域的一种通信协议。它是基于 TCP/IP 网络的远动通信协议，是 IEC 60870 - 5 - 101 协议在网络环境下的扩展。该协议为电力系统中不同设备之间的数据传输和通信提供了标准的规则和格式，使得各种电力自动化设备，如变电站自动化系统、调度自动化系统等能够可靠、高效地进行数据交互，实现对电力系统的实时监控、控制和管理。
二、发展历史
IEC 60870 - 5 系列标准最早于 20 世纪 80 年代开始制定，最初主要关注的是点对点和多点链路的通信，即 IEC 60870 - 5 - 101 协议。随着计算机网络技术的飞速发展，特别是 TCP/IP 网络的广泛应用，为了满足电力系统在网络环境下的通信需求，国际电工委员会（IEC）在 IEC 60870 - 5 - 101 协议的基础上，制定了 IEC 60870 - 5 - 104 协议。该协议于 1997 年首次发布，之后经过不断的修订和完善，逐渐成为电力系统自动化领域广泛应用的网络通信标准。
三、技术原理
（一）网络架构
IEC 60870 - 5 - 104 协议基于 TCP/IP 网络，采用客户机/服务器（C/S）模式。在电力系统中，调度主站通常作为客户机（控制站），变电站自动化设备等作为服务器（被控站）。客户机发起连接请求，服务器响应连接并提供数据服务。
（二）数据传输机制
- 数据封装：IEC 60870 - 5 - 104 协议将应用层的数据封装在 TCP 报文段中进行传输。应用层数据遵循 IEC 60870 - 5 - 101 协议的格式，包括启动字符、长度、控制域、应用服务数据单元（ASDU）等部分。
- 传输控制：利用 TCP 协议的可靠传输机制，确保数据的准确传输。TCP 协议提供了面向连接的、可靠的字节流服务，能够进行错误检测、重传和流量控制，保证了 IEC 60870 - 5 - 104 协议数据的完整性和可靠性。
- 数据传输模式：支持循环数据传输、召唤数据传输和突发数据传输等多种模式。循环数据传输是指被控站按照一定的周期主动向控制站发送数据；召唤数据传输是指控制站向被控站发送召唤命令，被控站根据命令返回相应的数据；突发数据传输是指当电力系统发生异常事件时，被控站立即向控制站发送相关的事件数据。
（三）通信过程
- 连接建立：控制站（客户机）向被控站（服务器）发送 TCP 连接请求，服务器响应请求，建立 TCP 连接。之后，控制站和被控站通过发送启动报文（STARTDT）和确认报文（STARTDT_ACK）来建立 IEC 60870 - 5 - 104 应用层连接。
- 数据传输：连接建立后，控制站和被控站可以进行数据的交互。控制站可以发送各种控制命令，如遥控、遥调命令；被控站可以发送实时数据，如遥测、遥信数据。
- 连接断开：当通信结束或出现异常情况时，控制站或被控站可以发送停止报文（STOPDT）来断开 IEC 60870 - 5 - 104 应用层连接，然后关闭 TCP 连接。
四、应用场景
（一）变电站自动化系统
在变电站自动化系统中，IEC 60870 - 5 - 104 协议用于实现变电站内各种设备与调度主站之间的通信。变电站内的测控装置、保护装置等设备通过该协议将实时的电气量数据（如电压、电流、功率等）和设备状态信息（如开关位置、保护动作信号等）上传到调度主站。调度主站可以通过该协议向变电站设备发送控制命令，实现对变电站设备的远程控制和调节，如开关的分合闸操作、变压器的调压操作等。
（二）电网调度自动化系统
电网调度自动化系统负责对整个电网的运行状态进行实时监控和调度管理。IEC 60870 - 5 - 104 协议在该系统中起着关键作用，它使得调度主站能够收集各个变电站、发电厂的实时数据，进行电网运行状态的分析和评估。调度人员可以根据这些数据做出合理的调度决策，如负荷分配、电网故障处理等。同时，调度主站还可以通过该协议向发电厂和变电站发送控制指令，实现对电网的实时控制。
（三）分布式能源接入系统
随着分布式能源（如太阳能、风能等）的大规模接入，需要对分布式能源发电设备进行有效的监控和管理。IEC 60870 - 5 - 104 协议可以用于分布式能源发电设备与电网调度系统之间的通信，实现分布式能源发电设备的实时数据采集和远程控制。例如，调度系统可以通过该协议获取分布式能源发电设备的发电功率、设备状态等信息，根据电网的需求对分布式能源发电设备进行调节，提高电网的稳定性和可靠性。