1  引言
               
　　社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)電能的依賴(lài)和需求日益增多，當(dāng)前國(guó)家大力倡導(dǎo)優(yōu)先發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，加大對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)，促進(jìn)能源高效利用，這為水電的開(kāi)發(fā)利用迎來(lái)了一個(gè)發(fā)展機(jī)遇期。在水電廠(chǎng)特別是大型水電廠(chǎng)并網(wǎng)的同時(shí)，調(diào)度對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)的手段和方式有了更高要求。為此南網(wǎng)調(diào)度要求子站101通道具備接收和反措計(jì)劃曲線(xiàn)功能并能自動(dòng)按計(jì)劃曲線(xiàn)實(shí)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。本文對(duì)iec101規(guī)約作了擴(kuò)展研究，并通過(guò)nc2000監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)子站對(duì)設(shè)定日計(jì)劃負(fù)荷曲線(xiàn)的接收與反措功能。實(shí)際工程應(yīng)用表明，擴(kuò)展后的iec101能夠滿(mǎn)足南網(wǎng)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行要求。
           
2  iec60870-5-101規(guī)約
               
　　iec101規(guī)約全稱(chēng)是：iec60870-5-101，是中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：dl/t634.5101-2002。
               
　　iec60870-5協(xié)議集是國(guó)際電工委員會(huì)(iec)第57技術(shù)委員會(huì)電力系統(tǒng)控制以及通訊委員會(huì)為適應(yīng)電力系統(tǒng)(包括ems、scada和配電自動(dòng)化系統(tǒng))及公用事業(yè)的需要而制定的一系列傳輸規(guī)約[1]。101規(guī)約自1995年出版了iec60870-5-101:2002（2.0版）。我國(guó)也對(duì)這個(gè)新版本的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了等同采用。iec101規(guī)約是基于串行接口通訊模式，非平衡式傳輸，通常采用4線(xiàn)制通道，是中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：dl/t634.5101-2002。
               
　　調(diào)度主站與廠(chǎng)站側(cè)通訊數(shù)據(jù)主要是“四遙”信息，分別為：遙信、遙測(cè)、遙調(diào)和遙控。數(shù)據(jù)傳輸方向分為：監(jiān)視方向和控制方向，其中遙信和遙測(cè)屬于監(jiān)視方向數(shù)據(jù)（常稱(chēng)為：上行數(shù)據(jù)），遙調(diào)和遙控屬于控制方向數(shù)據(jù)（常稱(chēng)為：下行數(shù)據(jù)）。
               
　　iec101允許采用固定幀長(zhǎng)和可變幀長(zhǎng)，也可采用單個(gè)控制字符。當(dāng)傳輸應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(asdu)時(shí)，采用可變幀長(zhǎng)幀。當(dāng)沒(méi)有asdu傳輸時(shí)，采用固定幀長(zhǎng)幀或者單字節(jié)幀。單個(gè)控制字符：e5，表示當(dāng)子站無(wú)所需求的數(shù)據(jù)時(shí)，采用單個(gè)控制字符應(yīng)答；固定幀長(zhǎng)幀通常用于鏈路層服務(wù)；可變幀長(zhǎng)幀常用于傳輸應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元（asdu）數(shù)據(jù)，通用結(jié)構(gòu)定義如下：如圖1所示[2]。
               
　　其中asdu主要由信息對(duì)象標(biāo)識(shí)和信息對(duì)象組成。對(duì)于可變幀長(zhǎng)幀的完整結(jié)構(gòu)定義如圖2所示[2]。
          
　　 鏈路控制域定義了報(bào)文報(bào)文傳輸方向、功能作用以及鏈路不至丟失和重復(fù)傳送的控制信息等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

            表1   曲線(xiàn)“拐點(diǎn)”對(duì)應(yīng)關(guān)系表

            圖1  apdu的通用結(jié)構(gòu)組成示意圖

            圖2  可變幀長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu)組成示意圖

            圖3  鏈路控制域結(jié)構(gòu)示意圖

　　其中：
           
　　res：保留位，始終為0；
           
　　prm：信源信息，其中1表示：報(bào)文從被控站（響應(yīng)站）發(fā)出；0表示：報(bào)文從控制站（啟動(dòng)站）發(fā)出；
           
　　fcb：幀計(jì)數(shù)位，控制站通過(guò)判斷其是否翻轉(zhuǎn)來(lái)決定是否重發(fā)上一幀報(bào)文；
           
　　fcv：幀計(jì)數(shù)位有效位，值為1表示fcb有效，值為0表示fcb無(wú)效；
           
　　acd：請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)一級(jí)用戶(hù)數(shù)據(jù)，值為1，表示被控站有一級(jí)數(shù)據(jù)；
           
　　dfc：數(shù)據(jù)流控制位，值為1表示被控站不能接收后續(xù)報(bào)文；
           
　　本文的規(guī)約擴(kuò)展主要是可變幀長(zhǎng)幀下的asdu類(lèi)型標(biāo)識(shí)的擴(kuò)展。
           
　　2.1 iec101規(guī)約應(yīng)用狀況
           
　　國(guó)內(nèi)目前多數(shù)網(wǎng)調(diào)和省調(diào)采用iec101規(guī)約作為104通訊的備用通信傳輸規(guī)約，進(jìn)行“四遙”信息的傳輸。但有些地方不具備網(wǎng)絡(luò)通訊條件，或者一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，iec101規(guī)約將作為下行令通道進(jìn)行設(shè)值或者控制。但對(duì)于調(diào)度與電廠(chǎng)通信而言，通過(guò)遙調(diào)設(shè)值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷所采用的模式仍然是電網(wǎng)給定瞬時(shí)設(shè)定值[3]。此種方式不足之處在于：調(diào)度預(yù)測(cè)幾天內(nèi)的負(fù)荷變化趨勢(shì)無(wú)法下達(dá)到電廠(chǎng)，從而給火電廠(chǎng)的煤炭?jī)?chǔ)存和水電廠(chǎng)的水庫(kù)蓄水帶來(lái)不便，因調(diào)節(jié)的延時(shí)性，造成電廠(chǎng)負(fù)荷出力無(wú)法保持與負(fù)荷變化同步。因此，南方電網(wǎng)調(diào)度要求通過(guò)設(shè)定12日內(nèi)的日計(jì)劃曲線(xiàn)與反措模式解決此問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全校正與超前控制功能[4]，從而將電廠(chǎng)出力與電網(wǎng)負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)誤差降到最低，達(dá)到負(fù)荷短期預(yù)測(cè)目的。
           
　　2.2 南方電網(wǎng)與水電廠(chǎng)間的iec101規(guī)約應(yīng)用
           
　　由于水電廠(chǎng)調(diào)節(jié)性能好，調(diào)節(jié)速度快，一般情況下由水電廠(chǎng)來(lái)承擔(dān)電力系統(tǒng)中日負(fù)荷中的峰荷和腰荷，自動(dòng)發(fā)電控制（agc）也就隨之出現(xiàn)在水電廠(chǎng)的控制調(diào)節(jié)領(lǐng)域。通常電網(wǎng)負(fù)荷首先通過(guò)電網(wǎng)agc系統(tǒng)計(jì)算獲得，再下發(fā)到電廠(chǎng)。調(diào)度給定的方式主要有兩種，一是瞬間負(fù)荷給定值方式，即按電網(wǎng)agc定時(shí)計(jì)算出給定值即時(shí)下達(dá)給電廠(chǎng)執(zhí)行。另一種則是日負(fù)荷給定曲線(xiàn)的方式，通常是電網(wǎng)調(diào)度中心在前一日下達(dá)次日的全天負(fù)荷計(jì)劃曲線(xiàn)給電廠(chǎng)，到當(dāng)天零時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)將此預(yù)先給定的日負(fù)荷曲線(xiàn)存于當(dāng)天該執(zhí)行的日負(fù)荷曲線(xiàn)存放區(qū)，以便電廠(chǎng)agc自動(dòng)執(zhí)行[5-7]。南方電網(wǎng)調(diào)度要求水電廠(chǎng)具備接收給定日負(fù)荷計(jì)劃曲線(xiàn)并對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行反措的能力，電廠(chǎng)agc具備按照設(shè)定負(fù)荷曲線(xiàn)執(zhí)行的能力。調(diào)度將執(zhí)行誤差作為考核成本，并對(duì)agc進(jìn)行輔助考核[8-9]。因此，需要研究iec101規(guī)約擴(kuò)展及其應(yīng)用。
           
3  iec101規(guī)約擴(kuò)展應(yīng)用
           
　　3.1 iec101規(guī)約擴(kuò)展傳送計(jì)劃曲線(xiàn)
           
　　iec101規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議未定義曲線(xiàn)報(bào)文類(lèi)型，因而需要對(duì)asdu類(lèi)型進(jìn)行定義擴(kuò)展。南網(wǎng)調(diào)度iec101規(guī)范中定義了曲線(xiàn)asdu類(lèi)型為137號(hào)報(bào)文（帶cp56time2a時(shí)標(biāo)計(jì)劃曲線(xiàn)傳送命令），asdu結(jié)構(gòu)分為[2]：
           
　　多個(gè)非連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)值結(jié)構(gòu)（如圖4所示）和多個(gè)連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)值結(jié)構(gòu)（如圖5所示）。
           
　　帶有cp56time2a時(shí)標(biāo)的計(jì)劃曲線(xiàn)傳送主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是多個(gè)非連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)，另一類(lèi)是多個(gè)連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)。計(jì)劃曲線(xiàn)主要是按照agc調(diào)節(jié)要求，每5分鐘作為一個(gè)點(diǎn)，全天24小時(shí)被分割成離散的288個(gè)點(diǎn)，表示信息對(duì)象地址，對(duì)應(yīng)的范圍是（0~287），其中：每天的零點(diǎn)零分作為第0點(diǎn)，每天的23時(shí)55分作為第287點(diǎn)。按照南網(wǎng)規(guī)范所定義的兩種結(jié)構(gòu)，則日設(shè)定計(jì)劃負(fù)荷曲線(xiàn)相應(yīng)的可以分為兩種傳輸模式：一種是將288點(diǎn)全部傳輸，由于南網(wǎng)調(diào)度并不是頻繁設(shè)定負(fù)荷曲線(xiàn)，且一天中多數(shù)點(diǎn)時(shí)刻的計(jì)劃值也都是相同的，從而沒(méi)必要將288點(diǎn)都傳送。此模式的弊端是需要3幀才能將288點(diǎn)全部傳送完，占用了系統(tǒng)傳輸資源和傳輸時(shí)間；另一種就是只傳輸變化點(diǎn)，即非連續(xù)的信息對(duì)象實(shí)現(xiàn)整條曲線(xiàn)傳輸。為此，引入“拐點(diǎn)”概念，所謂拐點(diǎn)，就是某點(diǎn)與其相鄰兩點(diǎn)的測(cè)值或者方向發(fā)生改變，則此點(diǎn)就為拐點(diǎn)。如圖6所示。
           
　　圖6中，紅圈所注的點(diǎn)為拐點(diǎn)。此種傳輸方法，可以減少占用系統(tǒng)的傳輸資源，以較少的數(shù)據(jù)量將288點(diǎn)全部描述出來(lái)。即使不是拐點(diǎn)的第1點(diǎn)和第288點(diǎn)也必須傳輸，它們將作為完整曲線(xiàn)的開(kāi)始和結(jié)束的判斷依據(jù)。水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)必須具備將離散的288點(diǎn)繪制成一條完整曲線(xiàn)的能力。目前，通過(guò)南瑞水利水電公司nc2000監(jiān)控平臺(tái)，可以將離散的288點(diǎn)繪制成一條完整的曲線(xiàn)，并通過(guò)友好的界面將曲線(xiàn)動(dòng)態(tài)地展示給用戶(hù)。

           
　　南網(wǎng)調(diào)度要求水電廠(chǎng)應(yīng)具備接收12天計(jì)劃曲線(xiàn)的能力，并且原先次日曲線(xiàn)在時(shí)間過(guò)零點(diǎn)后能夠自動(dòng)平穩(wěn)過(guò)渡為其前一日曲線(xiàn)，南瑞水利水電公司的nc2000監(jiān)控平臺(tái)能夠達(dá)到以上要求。

            圖4  多個(gè)非連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)值結(jié)構(gòu)

            圖5  多個(gè)連續(xù)的信息對(duì)象計(jì)劃曲線(xiàn)值結(jié)構(gòu)

            圖6  “拐點(diǎn)”示意圖

            圖7  入庫(kù)曲線(xiàn)圖

　　3.2 曲線(xiàn)反措
               
　　為確保南網(wǎng)調(diào)度下發(fā)曲線(xiàn)的正確性和寫(xiě)入水電廠(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性，子站必須具備對(duì)下發(fā)的調(diào)度曲線(xiàn)進(jìn)行反措的能力。反措并非簡(jiǎn)單的鏡像報(bào)文返回，而是通過(guò)收到的曲線(xiàn)報(bào)文對(duì)曲線(xiàn)測(cè)值和曲線(xiàn)時(shí)間兩方面進(jìn)行判斷后返送調(diào)度，具體方法如下：主站通過(guò)讀命令(102號(hào)報(bào)文)讀取曲線(xiàn)，子站通過(guò)計(jì)算得出曲線(xiàn)拐點(diǎn)值送調(diào)度，并將當(dāng)?shù)貢r(shí)間作為曲線(xiàn)時(shí)標(biāo)一同返送調(diào)度，調(diào)度再根據(jù)子站返回的報(bào)文，判斷子站是否正確接收曲線(xiàn)。若正確，此條曲線(xiàn)才能入子站數(shù)據(jù)庫(kù)，并作為電廠(chǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，否則，子站須丟棄此曲線(xiàn)，調(diào)度可重新下發(fā)曲線(xiàn)或者告知電廠(chǎng)運(yùn)行人員。拐點(diǎn)的計(jì)算策略如下，令：

            delt=pcurve[i+1]-pcurve[i]        (1)
            delt1=pcurve[j+1]-pcurve[j]       (2)    
            j=i+1                             (3)
            |delt-delt1|＞0.5                 (4)
           
　　其中pcurve[]表示曲線(xiàn)中5分鐘點(diǎn)的測(cè)值，i的取值范圍為0~287；如果公式(4)滿(mǎn)足，或者delt與delt1方向相反，則j是拐點(diǎn)。調(diào)度下發(fā)的日計(jì)劃曲線(xiàn)只帶有一個(gè)cp56time2a時(shí)間時(shí)標(biāo)，有效位是年、月、日，其它位置零，用于說(shuō)明該計(jì)劃曲線(xiàn)值是哪一天的，時(shí)間為當(dāng)天的則為第一條曲線(xiàn)，時(shí)間為明日的為第二條曲線(xiàn)，以此類(lèi)推。子站系統(tǒng)根據(jù)收到曲線(xiàn)報(bào)文分析為第幾條并結(jié)合自身的當(dāng)?shù)貢r(shí)間，確定返送曲線(xiàn)的時(shí)間時(shí)標(biāo)，從而與計(jì)算得出的曲線(xiàn)拐點(diǎn)一道上送調(diào)度。通過(guò)測(cè)試表明，曲線(xiàn)反措功能能夠有效發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，確保曲線(xiàn)下發(fā)的安全性和可靠性。以南網(wǎng)下發(fā)的全廠(chǎng)負(fù)荷計(jì)劃曲線(xiàn)報(bào)文為例(曲線(xiàn)點(diǎn)起始地址為0x6701)：

            68 59  59  68  54  1  89  13  6  1  1  67  0  0  2  67  58  2  23 
            67  58  2  26  67  5e  1  47  67  5e  1  4a  67  58  2  6b  67  58 
            2  6e  67   84  3  8c  67  84  3  8f 67   58  2  a7  67  58  2  aa 
            67  84  3  cb 67  84  3  ce  67  58  2   e3  67  58  2 e6 67  84  3 
            fe  67  84  3    1  68  58  2 21 68  58  2   0  0  0  0 51  6  a  0 
            16

　　對(duì)該報(bào)文分析有：共有19個(gè)拐點(diǎn)，其中6701點(diǎn)值為0，表示傳送整條曲線(xiàn)，非曲線(xiàn)點(diǎn)第一點(diǎn)，6702和6821表示曲線(xiàn)的開(kāi)始和結(jié)束。真正的拐點(diǎn)及測(cè)值如表1所示。
           
　　報(bào)文的最后3個(gè)字節(jié)表示日、月和年，時(shí)間為2010年6月17日，其中日只取字節(jié)的低5位，年需加上2000。
          
　　 反措報(bào)文為：

            68 59  59  68  8  1  89  13  6  1  1  67  0  0  2  67  58  2  23  67
             58  2  26  67  5e  1  47  67  5e  1  4a  67  58  2  6b  67  58  2 
            6e  67   84  3  8c  67  84  3  8f 67   58  2  a7  67  58  2  aa  67 
            84  3  cb 67  84  3  ce  67  58  2   e3  67  58  2 e6 67  84  3  fe 
            67  84  3    1  68  58  2 21 68  58  2   0  0  0  0 51  6  a  b4  16
           
　　反措報(bào)文正確，此曲線(xiàn)有效，可入庫(kù)。當(dāng)前的時(shí)間為2010年6月16日，此曲線(xiàn)是第2天計(jì)劃曲線(xiàn)（明日計(jì)劃曲線(xiàn)），存入數(shù)據(jù)庫(kù)中明日計(jì)劃曲線(xiàn)位置。288點(diǎn)中非拐點(diǎn)按照斜線(xiàn)斜率方法獲得，它們的值按以下策略計(jì)算：
           
　　令：
            delt=(pcurve[i]-pcurve[j])/(j-i)       (5)
            pcurve[m]=pcurve[i]+(m-i)×delt      
            (6)
            i＜j                                              (7)
            i＜m＜j                                       (8)
           
　　其中：pcurve[]表示曲線(xiàn)中5分鐘點(diǎn)的測(cè)值，i、j為拐點(diǎn)，m為非拐點(diǎn)。只有公式5、6、7和8條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，計(jì)算結(jié)果才有效。通過(guò)此策略可獲得曲線(xiàn)的其他267個(gè)非拐點(diǎn)的測(cè)值，從而完整地描述整條曲線(xiàn)。通過(guò)nc2000系統(tǒng)展示如圖7所示。

           
　　3.3 曲線(xiàn)應(yīng)用效果
           
　　子站系統(tǒng)對(duì)南網(wǎng)調(diào)度預(yù)先下發(fā)未來(lái)12天的計(jì)劃曲線(xiàn)接收并進(jìn)行反措，確保了水電廠(chǎng)能夠按照計(jì)劃曲線(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷出力，更好地滿(mǎn)足“無(wú)人值班”（少人值守）要求[5]。水電廠(chǎng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(edc)，在滿(mǎn)足計(jì)劃負(fù)荷曲線(xiàn)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)的綜合管理利用，更好地控制水庫(kù)的出庫(kù)和入庫(kù)流量，調(diào)節(jié)庫(kù)容，達(dá)到以最節(jié)省的水資源獲得最大發(fā)電量的目的，從而產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，曲線(xiàn)接收和反措已在廣西龍灘水電廠(chǎng)、貴州構(gòu)皮灘水電廠(chǎng)、云南小灣水電廠(chǎng)、貴州天生橋一級(jí)、貴州天生橋二級(jí)、廣西光照水電廠(chǎng)和云南魯布革水電廠(chǎng)等電廠(chǎng)中得到實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)用效果非常理想。
           
4  結(jié)束語(yǔ)
               
　　通過(guò)對(duì)iec104規(guī)約的擴(kuò)展應(yīng)用，南網(wǎng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)了采用日計(jì)劃值曲線(xiàn)模式下發(fā)負(fù)荷調(diào)節(jié)計(jì)劃給各個(gè)電廠(chǎng)，使各電廠(chǎng)可以更好地根據(jù)計(jì)劃曲線(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行廠(chǎng)內(nèi)agc，提高負(fù)荷調(diào)節(jié)效率，滿(mǎn)足電網(wǎng)的負(fù)荷需求，達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷的目的，提升了自動(dòng)化應(yīng)用水平。通過(guò)曲線(xiàn)反措措施，確保曲線(xiàn)設(shè)值更加安全和可靠，更好地滿(mǎn)足“無(wú)人值班”(少人值守)要求。若將設(shè)定負(fù)荷計(jì)劃曲線(xiàn)方法應(yīng)用到自動(dòng)開(kāi)停機(jī)曲線(xiàn)中，那么水電廠(chǎng)可自動(dòng)按照開(kāi)停機(jī)曲線(xiàn)執(zhí)行對(duì)機(jī)組的操作，從而調(diào)度具備遠(yuǎn)方對(duì)水電廠(chǎng)機(jī)組進(jìn)行計(jì)劃性的開(kāi)機(jī)和停機(jī)操作能力，這必將進(jìn)一步提高電廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用水平，豐富調(diào)度手段，有效地促進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度的遠(yuǎn)控和遠(yuǎn)調(diào)的工作效能。