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[摘 要]随着化石能源的快速枯竭，世界各国正面临能源转型的重大挑战，开发和利用清洁能源是解决全球能源问题的最佳途径。综合能源控制系统则是当前各国研究人员的重点研究方向，同时也是促进清洁能源发展的关键技术。IEC104规约的开发和应用已为综合能源控制系统数据通讯提供了技术保障，其基本原理主要包括应用协议数据单元、应用协议控制信息、应用服务数据单元、主站与子站等4个方面。本文介绍了一种综合能源系统按IEC104 规约进行数据通讯的实现方法。
[关键词]综合能源系统;IEC104规约;数据通讯
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Application of the IEC104 Statute in Data Communication of the Integrated Energy Control System
Guan Shao-feng， Liu Ning
[Abstract]With the rapid depletion of fossil energy， countries around the world are facing major challenges in energy transformation. The development and utilization of clean energy is the best way to solve the global energy problem. Integrated energy control system is the key research direction of researchers in various countries and the key technology to promote the development of clean energy. IEC104 development and application of the protocol has provided a technical guarantee for the data communication of the integrated energy control system. Its basic principles mainly include four aspects： application protocol data unit， application protocol control information， application service data unit， master station and sub-station. A method of data communication for integrated energy system according to IEC104 protocol is introduced in this paper.
[Keywords]integrated energy systems; IEC104 protocol; data communications
现今社会能源的应用已经成为人类生活生存以及各国社会发展的基础，但是在社会快速发展的同时一些不可再生资源如煤炭或是是石油变得短缺同时对于它们的应用也带来了新的社会问题。在可控核聚变发电安全商业化运营这个梦想实现之前，能源问题仍是人类需要面对的日益严峻的巨大挑战。当前，世界各国应对能源问题的解决方案是开发和利用清洁能源，包括水能、风能、潮汐能、太阳能、生物质能等，减少对传统化石能源的依赖，这是实现人类可持续发展的必由之路。然清洁能源存在波动和间歇性，可控性较差，发出来的电输入大量输入电网时，电网的安全风险增大，对电能的供给造成十分大的影响。对于这种情况就需要提供更多的备用负荷对电网进行有效的调整，在这个情况中也就意味着需要更多的火力发电，这也就直接造成电网系统的经济性变得更差。
另外一点就是目前社会经济状况发展迅速人们对能源的依赖性更加强烈需求量变得更加多也越来越多样化其中包括热、电、冷、天然气等多种负荷类型。当前，社会的各种不同类型的能源供应系统的运行都是比较独立的，并不能实现理论或者预想的相互利用或是做到循环可持续的运行发展，能源的转化利用率很低。所以为了更好的利用能源提升能源的利用效率以及转化的效率，实现能源发展和利用的可持续性，综合能源系统由此孕育而生，综合能源系统的原理就是应用物理信息技术以及在行业类型当中新颖的管理模式相互结合，将不同区域内拥有的化石能源、风能、光能、电能等多种能源整合起来综合利用，并联通用户对电、热、冷、天然气的各种能源需求，建成综合式能源一体化系统，实现各种不同性质的能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应，以达到互补互济的目的。所以综合能源不但可以满足能源系统内多远化的供應需求可以对能源的综合利用水品有效的促进和提升，促进能源可持续发展。
随着新能源发电项目大量建设并投产，能源供给侧的稳定性和可靠性降低，综合能源系统的建设进程变得迫在眉睫，这就需要大量的新科技和新技术来确保系统建设的稳定、高效和合理。图1是综合能源系统的一个基本的运行框架图，可以看出其各层级之间需要大量的数据交换，为实现系统的自动控制，则需要各层级之间的数据传输方式系统性、协调性和统一性。当前，研究人员开发的IEC104规约可以为分散控制系统的数据通讯控制的逻辑可能性提供坚实的技术基础，并且可以有效的将控制级与其他层级设备的数据相互联系交做，与此同时更是为综合能源系统的协调运行奠定基础。
1 IEC104规约概述
IEC60870-5-104规约（简称IEC104规约）是国际电工委员会TC57技术委员会制定的国际化的标准，这规约应用于远动设备和系统相互之间的之间信息传输。IEC60870-5-104规约结合了IEC101规约当中的应用层规范还有当中的网络传输应用范围内的TCP/IP协议，这样有效的将比特（Bit）形式所传输的远动信息的网络通讯形成标准的模式。IEC104规约当中关于传输层以及网络层当中采用TCP/IP的协议，并且固定使用TCP层2404端口号。这就可以让它具有它具有高实时性、并且它的可靠性增强、同时还支持多种底层网络等诸多的优点。在现阶段当中，这项规约在电力生产等一些地理分散过程的监视与控制已经应用的很广泛了。 1.1 应用协议数据单元
IEC104规约当中的单位传输信息是一项应用协议数据的单元（APDU），主要包括协议控制信息（APCI）和应用服务数据单元（ASDU）这2部分。
1.2 应用协议控制信息
应用协控制信息当中共计包含6个不同的字节，包含一个信息启动字节，一个指定应用协议数据单元的主体长度字节，以及后4个控制域字节，后4个控制域字节对报文的格式进行设置，并且传输启动以及设置防止报文的丢失还有就是对重传的信息进行控制在IEC104规约当中定义了3种类型的报文格式，分别是I帧、S帧和U帧，利用控制域8位组1的最低2位来区分。I帧是用来对信息帧进行表达，使用00B标识进行表示，在当中还包含了ASDU单元，其长度上一定会在6字节以上，同时也需要在APCI控制域当中进行设定发送序号和接收序号，用于传输各类远动数据，序号数为15位。当中的S帧是用来对确认帧进行表达，使用标识01B进行表示，对接收到的I帧报文进行有效的确认。当中的U帧是用来对控制帧进行表达的，并且使用10B标识进行表示，对控制报文进行传输并且对报文进行测试。
1.3 服务数据单元的应用
在应用服务数据单元当中主要由数据单元标识以及信息体两部分进行组成，当中的数据单元标识是由四部分进行组成的，主要包含类型标识、可变结构的限定词、传送原因以及公共地址，信息体部分一般包含多个对象，用于携带信息。
1.4 主站与子站
在IEC104规约下，数据通讯主要在主站和子站之间相互进行，当中主站的应用主要进行控制系统、发布指令，子站则负责执行主站下发的指令以及上传反馈信息至主站，主站一般只有一个，子站则可以根据实际情况设置多个。传输方面进行主要使用TCP/IP，应用层方面主要用IEC104规约进行通讯，而子站相互之间是不能够对数据进行传输的，主站以及子站相互建立链接后即可按IEC104规约进行数据传输。
2 基于IEC104规约的通讯实现
在IEC104规约当中相关数据通讯则需要拥有两个软件包含虚拟控制器（VXCU）和IEC104Slave.exe子站进行实现。这个软件当中两VXCU作为主站，主站分别与两个子站的能量路由器的同期装置共同构成了两个能够独立运行的IEC104的通讯系统;软件当中IEC104Slave的软件被作为子站进行运行，并且与主站能量管理系统共同构成了一个IEC104的通讯相关的系统。当中包含的通讯信号有双向传输的模拟量以及开关的数量，当中两项分被称为“四遥”信号，“四遥”信号则分别对应IEC104的相关的规约的遥信量、遥测量、遥控量以及遥调量。
2.1 主站的实现
在IEC104规约的调配之下，当中遥信量以及遥测量的相关传输完全可以直接一步就进行完成。调配过程当中如果主站下发总召唤命令时或者调配过程当中子站对相关数据主动进行上传的同时，子站会主动的向主站发送遥信量或者是遥测量的APDU的数据帧，这时当主站接收并且对该APDU帧进行解析时，会依据相关的ASDU的信息对象地址还有就是VXCU中的站号、卡件号以及通道号之间的映射的相关的关系，从而对应开关量或者是模拟量输入的测点的数值进行。
在IEC104协议当中的典型应用场景来说，例如电力生产调度这些场景等。操作过程当中想要避免操作上的一些错误，从而对系统的安全进行保证，那么就需要对遥控量以及遥调量的传发，需要按下选择-确认-执行（撤销）这3项步骤。在下图2中所显示的远程控制命令进行发送。同时在发送的过程中当中，第一步骤是有由主站发送遥控选择报文，第二步骤从子站接收该报文，并将遥控返校报文返回给主站;第三步骤由主站接收该项相关的报文，接收应答之后，会向下对遥控执进行发送或者是向下取消该项的消息。此时发出远程控制命令已完成，子站站将执行远程控制命令，并将确认报文和远程控制结束报文发送到主站。
采用上述设计的遥控命令逻辑后，变电站所上传的遥控回电的信号进线确认相关信号需要人工来进行判断和处理这一步驟就可以省略，操作变得更加便捷，在主站对返校的报文进行接收后，系统会自动的产生遥控执行脉冲的相关信号，用来对相关线程发送的远程控制执行报文进行有效的激活。通过这种类型的逻辑设计对遥控器的操作进行了很多的简化，同时减少的工人工作的工作量提升了工作的效率，这种设置对综合能源系统远程控制的应用很适用。
在能源路由器子系统遥调量当中通常包括总功率期望值有5个、光伏DC/DC有功功率期望值、储能DC/DC有功功率期望值等，对其的可靠性要求相对较低，没有遥控命令那么重要，所以可以通过IEC104协议设置指令一步完成。
2.2 子站实现
IEC104的子站的创建是现场的工程师进行的，设定被动的对上层的能量管理系统发送运行过程当中综合能源系统运行的相关数据信息，同时对主站能源管理系统要求下优化控制和调节指令进行有效接收。相关步骤分为两步进行。一，对工程文件进行有效的配置，设置对主站IP地址进行设置、对子站的公共地址、以及各类“四遥”信号的起始地址进行设置;二，将“四遥”信号的相关代码写入测点配置的文件当中其中要按照相关类型以及相关序号进行写入;最后，要对IEC104Slave.exe子站的相关程序进行设定，这样就可以对数据进行有效的传输了。
3 结束语
综合能源系统是未来能源生产和消费的新模式，可以有效促进清洁能源的利用，提高能源利用率，降低环境污染。IEC104规约通过简化遥控命令的发送过程，提高了运行人员的工作效率，结合TCP/IP网络协议和IEC104协议可以高效的实现综合能源控制系统数据通讯。在未来，IEC104规范对综合能源系统的开发和设计有重要的价值。
参考文献
[1] 吴克河，王继业，李为，等.面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究[J].中国电机工程学报，2019，39（4）：966-979.
[2] 华丽云，金珺，孙坚栋，等.IEC104规约在综合能源控制系统数据通讯中的应用[J].仪器仪表用户，2020，27（1）：79-84.
[3] 华丽云，孙坚栋，王振，等.基于多能互补的综合能源控制系统研究及应用[J].浙江电力，2020，39（7）：108-114.
[4] 张程，刘斯烟，文维，等.多能协同的综合能源系统协调优化控制研究[J].电子设计工程，2020，28（13）：9-13.
[5] 张望妮，牛瑞.利用IEC104远动规约解决实际问题[J].电子技术与软件工程，2018（21）：159-160.
[6] 李乐为，王雷，史金伟.基于IEC104规约的省地负荷批量控制技术研究[J].供用电，2018，35（10）：37-43.
[7] 张俊伟，关峰，汪文熙，等.电力系统IEC104规约典型报文应用解析[J].电子测试，2016（24）：33，18.
[8] 华丽云，金珺，孙坚栋，等.lEC104规约在综合能源控制系统数据通讯中的应用[J].仪器仪表用户，2020，27（1）：79-84.
[9] 巩慧韬，李玉辉.基于Java的IEC104通讯规约在反传监控数据中的应用[C]//梯级调度控制研究论丛——2012年学术交流论文集（下册），2014.
[10] 吴连杰，林中达.基于IEC60870-5-104远动规约的通信技术在电厂SIS系统中的应用[J].工业控制计算机，2008（4）：99-101.
[关键词]综合能源系统;IEC104规约;数据通讯
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03
Application of the IEC104 Statute in Data Communication of the Integrated Energy Control System
Guan Shao-feng， Liu Ning
[Abstract]With the rapid depletion of fossil energy， countries around the world are facing major challenges in energy transformation. The development and utilization of clean energy is the best way to solve the global energy problem. Integrated energy control system is the key research direction of researchers in various countries and the key technology to promote the development of clean energy. IEC104 development and application of the protocol has provided a technical guarantee for the data communication of the integrated energy control system. Its basic principles mainly include four aspects： application protocol data unit， application protocol control information， application service data unit， master station and sub-station. A method of data communication for integrated energy system according to IEC104 protocol is introduced in this paper.
[Keywords]integrated energy systems; IEC104 protocol; data communications
现今社会能源的应用已经成为人类生活生存以及各国社会发展的基础，但是在社会快速发展的同时一些不可再生资源如煤炭或是是石油变得短缺同时对于它们的应用也带来了新的社会问题。在可控核聚变发电安全商业化运营这个梦想实现之前，能源问题仍是人类需要面对的日益严峻的巨大挑战。当前，世界各国应对能源问题的解决方案是开发和利用清洁能源，包括水能、风能、潮汐能、太阳能、生物质能等，减少对传统化石能源的依赖，这是实现人类可持续发展的必由之路。然清洁能源存在波动和间歇性，可控性较差，发出来的电输入大量输入电网时，电网的安全风险增大，对电能的供给造成十分大的影响。对于这种情况就需要提供更多的备用负荷对电网进行有效的调整，在这个情况中也就意味着需要更多的火力发电，这也就直接造成电网系统的经济性变得更差。
另外一点就是目前社会经济状况发展迅速人们对能源的依赖性更加强烈需求量变得更加多也越来越多样化其中包括热、电、冷、天然气等多种负荷类型。当前，社会的各种不同类型的能源供应系统的运行都是比较独立的，并不能实现理论或者预想的相互利用或是做到循环可持续的运行发展，能源的转化利用率很低。所以为了更好的利用能源提升能源的利用效率以及转化的效率，实现能源发展和利用的可持续性，综合能源系统由此孕育而生，综合能源系统的原理就是应用物理信息技术以及在行业类型当中新颖的管理模式相互结合，将不同区域内拥有的化石能源、风能、光能、电能等多种能源整合起来综合利用，并联通用户对电、热、冷、天然气的各种能源需求，建成综合式能源一体化系统，实现各种不同性质的能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应，以达到互补互济的目的。所以综合能源不但可以满足能源系统内多远化的供應需求可以对能源的综合利用水品有效的促进和提升，促进能源可持续发展。
随着新能源发电项目大量建设并投产，能源供给侧的稳定性和可靠性降低，综合能源系统的建设进程变得迫在眉睫，这就需要大量的新科技和新技术来确保系统建设的稳定、高效和合理。图1是综合能源系统的一个基本的运行框架图，可以看出其各层级之间需要大量的数据交换，为实现系统的自动控制，则需要各层级之间的数据传输方式系统性、协调性和统一性。当前，研究人员开发的IEC104规约可以为分散控制系统的数据通讯控制的逻辑可能性提供坚实的技术基础，并且可以有效的将控制级与其他层级设备的数据相互联系交做，与此同时更是为综合能源系统的协调运行奠定基础。
1 IEC104规约概述
IEC60870-5-104规约（简称IEC104规约）是国际电工委员会TC57技术委员会制定的国际化的标准，这规约应用于远动设备和系统相互之间的之间信息传输。IEC60870-5-104规约结合了IEC101规约当中的应用层规范还有当中的网络传输应用范围内的TCP/IP协议，这样有效的将比特（Bit）形式所传输的远动信息的网络通讯形成标准的模式。IEC104规约当中关于传输层以及网络层当中采用TCP/IP的协议，并且固定使用TCP层2404端口号。这就可以让它具有它具有高实时性、并且它的可靠性增强、同时还支持多种底层网络等诸多的优点。在现阶段当中，这项规约在电力生产等一些地理分散过程的监视与控制已经应用的很广泛了。 1.1 应用协议数据单元
IEC104规约当中的单位传输信息是一项应用协议数据的单元（APDU），主要包括协议控制信息（APCI）和应用服务数据单元（ASDU）这2部分。
1.2 应用协议控制信息
应用协控制信息当中共计包含6个不同的字节，包含一个信息启动字节，一个指定应用协议数据单元的主体长度字节，以及后4个控制域字节，后4个控制域字节对报文的格式进行设置，并且传输启动以及设置防止报文的丢失还有就是对重传的信息进行控制在IEC104规约当中定义了3种类型的报文格式，分别是I帧、S帧和U帧，利用控制域8位组1的最低2位来区分。I帧是用来对信息帧进行表达，使用00B标识进行表示，在当中还包含了ASDU单元，其长度上一定会在6字节以上，同时也需要在APCI控制域当中进行设定发送序号和接收序号，用于传输各类远动数据，序号数为15位。当中的S帧是用来对确认帧进行表达，使用标识01B进行表示，对接收到的I帧报文进行有效的确认。当中的U帧是用来对控制帧进行表达的，并且使用10B标识进行表示，对控制报文进行传输并且对报文进行测试。
1.3 服务数据单元的应用
在应用服务数据单元当中主要由数据单元标识以及信息体两部分进行组成，当中的数据单元标识是由四部分进行组成的，主要包含类型标识、可变结构的限定词、传送原因以及公共地址，信息体部分一般包含多个对象，用于携带信息。
1.4 主站与子站
在IEC104规约下，数据通讯主要在主站和子站之间相互进行，当中主站的应用主要进行控制系统、发布指令，子站则负责执行主站下发的指令以及上传反馈信息至主站，主站一般只有一个，子站则可以根据实际情况设置多个。传输方面进行主要使用TCP/IP，应用层方面主要用IEC104规约进行通讯，而子站相互之间是不能够对数据进行传输的，主站以及子站相互建立链接后即可按IEC104规约进行数据传输。
2 基于IEC104规约的通讯实现
在IEC104规约当中相关数据通讯则需要拥有两个软件包含虚拟控制器（VXCU）和IEC104Slave.exe子站进行实现。这个软件当中两VXCU作为主站，主站分别与两个子站的能量路由器的同期装置共同构成了两个能够独立运行的IEC104的通讯系统;软件当中IEC104Slave的软件被作为子站进行运行，并且与主站能量管理系统共同构成了一个IEC104的通讯相关的系统。当中包含的通讯信号有双向传输的模拟量以及开关的数量，当中两项分被称为“四遥”信号，“四遥”信号则分别对应IEC104的相关的规约的遥信量、遥测量、遥控量以及遥调量。
2.1 主站的实现
在IEC104规约的调配之下，当中遥信量以及遥测量的相关传输完全可以直接一步就进行完成。调配过程当中如果主站下发总召唤命令时或者调配过程当中子站对相关数据主动进行上传的同时，子站会主动的向主站发送遥信量或者是遥测量的APDU的数据帧，这时当主站接收并且对该APDU帧进行解析时，会依据相关的ASDU的信息对象地址还有就是VXCU中的站号、卡件号以及通道号之间的映射的相关的关系，从而对应开关量或者是模拟量输入的测点的数值进行。
在IEC104协议当中的典型应用场景来说，例如电力生产调度这些场景等。操作过程当中想要避免操作上的一些错误，从而对系统的安全进行保证，那么就需要对遥控量以及遥调量的传发，需要按下选择-确认-执行（撤销）这3项步骤。在下图2中所显示的远程控制命令进行发送。同时在发送的过程中当中，第一步骤是有由主站发送遥控选择报文，第二步骤从子站接收该报文，并将遥控返校报文返回给主站;第三步骤由主站接收该项相关的报文，接收应答之后，会向下对遥控执进行发送或者是向下取消该项的消息。此时发出远程控制命令已完成，子站站将执行远程控制命令，并将确认报文和远程控制结束报文发送到主站。
采用上述设计的遥控命令逻辑后，变电站所上传的遥控回电的信号进线确认相关信号需要人工来进行判断和处理这一步驟就可以省略，操作变得更加便捷，在主站对返校的报文进行接收后，系统会自动的产生遥控执行脉冲的相关信号，用来对相关线程发送的远程控制执行报文进行有效的激活。通过这种类型的逻辑设计对遥控器的操作进行了很多的简化，同时减少的工人工作的工作量提升了工作的效率，这种设置对综合能源系统远程控制的应用很适用。
在能源路由器子系统遥调量当中通常包括总功率期望值有5个、光伏DC/DC有功功率期望值、储能DC/DC有功功率期望值等，对其的可靠性要求相对较低，没有遥控命令那么重要，所以可以通过IEC104协议设置指令一步完成。
2.2 子站实现
IEC104的子站的创建是现场的工程师进行的，设定被动的对上层的能量管理系统发送运行过程当中综合能源系统运行的相关数据信息，同时对主站能源管理系统要求下优化控制和调节指令进行有效接收。相关步骤分为两步进行。一，对工程文件进行有效的配置，设置对主站IP地址进行设置、对子站的公共地址、以及各类“四遥”信号的起始地址进行设置;二，将“四遥”信号的相关代码写入测点配置的文件当中其中要按照相关类型以及相关序号进行写入;最后，要对IEC104Slave.exe子站的相关程序进行设定，这样就可以对数据进行有效的传输了。
3 结束语
综合能源系统是未来能源生产和消费的新模式，可以有效促进清洁能源的利用，提高能源利用率，降低环境污染。IEC104规约通过简化遥控命令的发送过程，提高了运行人员的工作效率，结合TCP/IP网络协议和IEC104协议可以高效的实现综合能源控制系统数据通讯。在未来，IEC104规范对综合能源系统的开发和设计有重要的价值。
参考文献
[1] 吴克河，王继业，李为，等.面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究[J].中国电机工程学报，2019，39（4）：966-979.
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[3] 华丽云，孙坚栋，王振，等.基于多能互补的综合能源控制系统研究及应用[J].浙江电力，2020，39（7）：108-114.
[4] 张程，刘斯烟，文维，等.多能协同的综合能源系统协调优化控制研究[J].电子设计工程，2020，28（13）：9-13.
[5] 张望妮，牛瑞.利用IEC104远动规约解决实际问题[J].电子技术与软件工程，2018（21）：159-160.
[6] 李乐为，王雷，史金伟.基于IEC104规约的省地负荷批量控制技术研究[J].供用电，2018，35（10）：37-43.
[7] 张俊伟，关峰，汪文熙，等.电力系统IEC104规约典型报文应用解析[J].电子测试，2016（24）：33，18.
[8] 华丽云，金珺，孙坚栋，等.lEC104规约在综合能源控制系统数据通讯中的应用[J].仪器仪表用户，2020，27（1）：79-84.
[9] 巩慧韬，李玉辉.基于Java的IEC104通讯规约在反传监控数据中的应用[C]//梯级调度控制研究论丛——2012年学术交流论文集（下册），2014.
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