《电力系统实时动态监测系统技术规范》中的通信规约

《电力系统实时动态监测系统技术规范》中的通信规约

A.1.电力系统同步相量测量传输信息格式

A.1.1.传输的信息

PMU能够和其他系统进行信息交换.PMU可以和主站交换4种类型的信息：数据帧、配置帧、头帧和命令帧。前三种帧由PMU发出，后一种帧支持PMU与主站之间进行双向的通讯。数据帧是PMU的测量结果；配置帧描述PMU发出的数据以及数据的单位，是可以被计算机读取的文件。头文件由使用者提供，仅供人工读取。命令帧是计算机读取的信息，它包括PMU的控制、配置信息。

所有的帧都以2个字节的SYNC字开始，其后紧随2字节的FRAMESIZE字和4字节的SOC时标。这个次序提供了帧类型的辨识和同步的信息。SYNC字的4－6位定义了帧的类型，细节如表1所示。所有帧以CRC16 的校验字结束，而数据帧可以用校验和来结束。CRC16 用X16+X12+X5+1多项式计算，其初始值为0（0000H）.所有帧的传输都没有分界符。图1描述帧传输的次序，SYNC字首先传送，校验字最后传送。多字节字最高位首先传送，所有的帧都使用同样的次序和格式。

该标准仅定义数据帧、配置帧、头帧和命令帧，以后可以扩充其他的帧。

图D-1  帧传输的次序

表D-1  不同帧的通用字段定义

字段	字节数	说明
SYNC	2	帧同步字 第一字节: AAH 第二字节: 帧类型和版本号 Bit 7: 保留未来定义 Bits 6-4: 000: 数据帧 001: 头帧 010: 配置帧 1 011: 配置帧2 100: 命令帧（PMU接收的信息） Bits 3-0:    版本号，二进制表示（1－15）
FRAMESIZE	2	帧字节数 16 位无符号整数. （0－ 65535）
SOC	4	世纪秒（UNIX时间）,以32位无符号整数表示的自1970年1月1日起始的秒计数；最大范围136年，到2106年完成一次循环；计数中不包括闰秒，因此除了闰年，每年都有相同的秒计数（800秒）。
CHK	2	CRC16校验；（数据帧可以使用校验和）

A.1.2.数据帧

数据帧包含测量信息，数据帧的具体格式见表D-2和表D-3的定义。

表D-2  数据帧的结构

编号	字段	长度 (字节)	说明
1	SYNC	2	帧同步字
2	FRAMESIZE	2	帧中的字节数
3	SOC	4	世纪秒，起始时间从1970年1月1日0时0分开始
4	FRACSEC	4	秒等分
5	STAT	2	按位对应标志的状态字
6	PHASORS	4×P_num	四个字节的定点相量数据，P_num为相量数量
7	FREQ	2	用定点数表示的频率值
8	DFREQ	2	用定点数表示的频率变化率
9	ANALOG	2×A_num	模拟量，A_num为模拟量数量
10	DIGITAL	2×D_num	开关量，D_num为开关量数量
	重复 5 – 10字段		根据配置帧中NUM_PMU 字段定义的相量测量装置个数对字段5－10的内容进行重复传送
11	检查字节	2	CRC16校验

表D-3  数据帧中特殊的字节定义

字段	长度（字节）	说明
FRACSEC	4	秒等分数，相量数据中的时标 Bit 31:闰秒，1表示闰秒，0则正常。 Bit 30:闰秒预告，1表示下一秒为闰秒，0则正常。 Bits 29 – 24:保留待用。 Bits 23 – 00:整数，秒等分数，单位时间由配置帧中的MEAS_RATE字段指定。
STAT	2	按位对应的标志 Bit 15:    数据可用标志，0表示可用，1表示异常。 Bit 14:    相量测量装置异常，0表示没有异常。 Bit 13:    相量测量装置的同步状态，0表示处于同步状态。 Bit 12:    数据排序，0表示按照时间排序，1表示按照接收顺序排序。 Bit 11:    相量测量装置触发标志，0表示没有触发。 Bits 10–08:    保留待用。 Bits 07-06:    时标质量： 00 = 同步精度5 s，或者对应0.1  的角度误差。 01 = 同步精度50  s，或者对应1  的角度误差。 10 = 同步精度500  s，或者对应10 的角度误差。 11 = 同步精度500  s，或者对应大于10 的角度误差。 Bits 05-04:    时标异常： 00 = 同步锁信，最好效果。 01 = 持续10秒锁信失败。 10 = 持续100秒锁信失败。 11 = 持续1000秒以上锁信失败。 Bits 03-00:    触发原因。 1111-1000: 保留待用 0111:开关量                0110:    线性组合 0101:频率变化率越限       0100:    频率越限 0011:相角差                0010:    幅值越上限 0001:幅值越下限           0000:    手动
PHASORS	4	16位的整数。 极坐标表示方式：幅值和相角 － 先传幅值，用0到65535的无符号整数表示。 － 再传角度，用16位的有符号整数表示，表示为（弧度x 104)，取值范围-  到 +  。
FREQ	2	频率偏移量，同额定频率的差值，表示为（Hz X 103）。 取值范围，–32.767 to +32.767 Hz。 用16位有符号整数表示。
DFREQ	2	频率的变化率，表示为 (Hz/sec X 102) 取值范围，–327.67 to +327.67 Hz/sec。 使用16位有符号的整数表示。
ANALOG	2	模拟量信息。使用16位有符号的整数表示。模拟量可以是采样量，例如控制信号或者变换器的值，数值的取值范围由用户自定义。
DIGITAL	2	开关量状态值。按位对应的状态值，保留给用户自定义使用。

A.1.3.头帧

该帧应是ASCII码文件，包含了相量测量装置、数据源、数量级、变换器、算法、模拟滤波器等的相关信息。该类帧同样具有SYNC、FRAMESIZE、SOC时标、CRC16，但头文件数据没有固定的格式。头帧结构如表D-4所示。

表D-4  头帧的结构

编号	字段	长度（字节）	说明
1	SYNC	2	帧同步字
2	FRAMESIZE	2	帧中的字节数。使用无符号的整数表示。表示范围为（0到65535）
3	SOC	4	世纪秒
4	DATA 1	1	ASCII 字符串, 第一个字节
N-1	DATA k	1	ASCII 字符串, 最后一个字节
N	CHK	2	CRC16 校验

A.1.4.配置帧

配置帧为PMU和实时数据提供信息及参数的配置信息，为机器可读的二进制文件。该帧可以通过表10.5的SYNC的4－6位辨识；可以定义2个配置文件：SYNC的第4位置0为CFG-1文件, 第4位置1则为CFG-2文件。CFG-1为系统配置文件，包括PMU可以容纳的所有可能输入量，CFG-2为数据配置文件，应该指出数据帧的目前配置状况，所有的字段都应有固定的长度，而且不使用分界符，帧的内容如表D-5，表D-6所示。

表D-5  配置帧结构

序号	字段	长度（字节）	说明
1	SYNC	2	同步字
2	FRAMESIZE	2	帧字节数
3	SOC	4	时标
4	D_FRAME	2	数据帧格式
5	MEAS_RATE	4	秒等分数，宜采用毫秒表示
6	NUM_PMU	2	数据帧包括的PMU的数量
7	STN	16	站名 – 16 字节ASCII码
8	IDCODE	8	8 字节 PMU 硬件标识符
9	FORMAT	2	数据帧的数据格式
10	PHNMR	2	相量数量 - 2 字节整数 (0 to 32767)
11	ANNMR	2	模拟量数量 - 2字节整数
12	DGNMR	2	开关量数量 – 2字节整数
13	CHNAM	16 x (PHNMR + ANNMR + DGNMR)	相量和通道的名称－每个相量、模拟量、开关量用16字节ASCII码，每次传送的次序相同。
14	PHUNIT	4 x PHNMR	相量通道的转换因子
15	ANUNIT	4 x ANNMR	模拟通道的转换因子
16	DIGUNIT	2 x DGNMR	开关量的转换因子
17	FNOM	2	额定频率和标志
	重复7–16字段		根据配置帧中NUM_PMU 字段定义的相量测量装置个数对字段7－16的内容进行重复传送
18	PERIOD	2	相量传送的周期

19

CHK

2

CRC16

表D-6  配置帧中特殊字节的定义

字段	长度（字节）	说明
D_FRAME	2	数据帧的数据格式，16位的标志， Bits 15 - 1: 未用 Bit 0: 数据帧的校验方式, 0 = CRC16, 1 = 校验和
MEAS_RATE	4	数据帧对应的秒等分数。FRACSEC的高字节置零表示去掉该标志字。 数据帧对应的等分秒数＝FRACSEC / MEAS_RATE 如果MEAS_RATE = 1,000,000, FRACSEC单位为微秒； 如果MEAS_RATE为采样率（如720，2880，5760等），数据帧的FRACSEC为采样点对应的点计数。
NUM_PMU	2	数据帧中包括的PMU的数量，每帧最大的数量为65535。
STN	16	站名－16位ASCII码
IDCODE	8	8字节，PMU的硬件标识，通常存储在ROM中。
FORMAT	2	数据帧的数据格式，16位标志。 Bits 15 - 4: 未用 Bit 3: 0 =数据窗最后一点进行时间同步, 1 = 数据窗第一个采样点进行时间同步 Bit 2: 0 = 固定的相量, 1 = 旋转的相量 Bit 1: 0 = 16位整数, 1 =浮点数 Bit 0: 0 = 实部/虚部（直角坐标）, 1 = 幅度/角度（极坐标）
PHNMR	2	相量数量 - 2 字节整数
ANNMR	2	模拟量数量 - 2字节整数
DGNMR	2	开关量数量 - 2字节整数
CHNAM	16	相量和通道的名称－每个相量、模拟量、开关量用16字节ASCII码，每次传送的次序相同。
PHUNIT	4	相量的转换因子。每个相量4个字节； 最高位：0＝电压；1＝电流； 最低位：24位无符号字，单位为10-5V/A，（如果用浮点数表示，该字可以忽略）
ANUNIT	2	模拟通道的转换因子
DIGUNIT	2	开关量的转换因子，每个开关量用2个字节表示。 Bit 4:    数字表示的正常状态 (0 or 1). Bit 0:    节点的正常状态 (0 = 常开, 1 = 常闭).
FNOM	2	额定频率 (16 位无符号整数) Bits 15 – 10:    保留 Bit 9:    1 –数据帧忽略DFREQ Bit 8:    1 –数据帧忽略FREQ Bits 7 – 1:     保留 Bit 0:     1 – 基波 = 50 Hz 0 – 基波 = 60 Hz
PERIOD	2	相量数据的传送周期-用2字节整型字（0-32767），两次连续的数据传送之间的时间间隔，大小为基波周期倍数×100，200即表示每2个基波周期发送一个数据帧。

IDCODE：8字节，相量测量装置的硬件标识符，正常情况在ROM中。

表D-7  IDCODE的格式说明

IDCODE字节	定义	备注
第0字节	FFH
第1－2字节	按照中华人民共和国行政区划标识的数字编码
第3－4字节	相量测量装置安装的厂站编号待定义
第5字节	相量测量装置的生产厂家编号
第6－7字节	相量测量装置的产品编号

DIGUNIT：    开关量通道的换算因数；每个开关量通道2字节，第0（最低位）位表示开关量的类型（0＝常开节点，1＝常闭节点），第4位表示开关量正常状态的定义。

bit4	bit0	说明
1	1	常闭节点；正常状态用1表示
1	0	常开节点；正常状态用1表示
0	1	常闭节点；正常状态用0表示
0	0	常开节点；正常状态用0表示

表D-8  DIGUNIT的定义

A.1.5.命令帧格式

子站和主站可以获得对方发来的指令，并且根据指令进行相应的操作。命令帧格式如图D-2所示。通过帧中8个字节的IDCODE同产品中预先存储的身份码校验，确定是否为该产品所需要接收并执行的指令。CMD是2字节的命令，其格式定义如表D-9所示。

图D-2  命令消息帧格式

表D-9  接收的命令(CMD)定义

命令字 Bit	定义
Bits 15－4	为用户使用保留
Bits 3－2－1－0	0001 关闭实时数据 0010 打开实时数据 0011 发送头文件 0100 发送CFG－1文件 0101 发送CFG－2文件 1000 以数据帧格式接收参考相量

本标准在对表D-9中Bits15-4的用户保留部分进行扩展，如表D-10所示。

表D-10  命令帧扩展定义

命令字 Bit	主站发送定义	子站发送定义
Bits 15－13	命令类型 101 启动暂态记录 111 确认命令	命令类型 111 确认命令
Bits 12－10	辅助控制 确认命令：被确认的命令类型 其它：000
Bits 9－4	保留
Bits 3－2－1－0	0001 关闭实时数据 0010 打开实时数据 0011 发送头文件 0100 发送CFG－1文件 0101 发送CFG－2文件 1000 以数据帧格式接收参考相量

表D-11  接收命令帧正确的确认命令

	SYNC	FRAMESIZE	SOC	IDCODE	CMD	CRC16
第1帧	AA  4X	XX  XX	发令时刻	目标方IDCODE	111,XXX, 000,000,0000	XXXX

表D-12  启动暂态记录命令

	SYNC	FRAMESIZE	SOC	IDCODE	CMD	CRC16
第1帧	AA  4X	XX  XX	发令时刻	目标方IDCODE	101,000, 000,000,0000	XXXX

注：暂态记录时间长度在本地配置中规定。

A.2.子站主站通信流程

定义：

1)  数据流管道：子站和主站之间，或者相量测量装置和数据集中器之间实时同步数据的传输通道。其数据传输方向是单向的，为子站到主站，或者相量测量装置到数据集中器；

2)  管理管道：子站和主站之间，或者相量测量装置和数据集中器之间管理命令、记录数据和配置信息等的传输通道。其数据传输方向是双向的。

A.2.1.系统启动或重建（数据流管道和管理管道均未建立）

子站启动过程

建立数据流管道：

1)  向主站提出建立数据流管道的申请，得到主站确认后建立数据流管道;

2)  等待主站发送“开启实时数据”命令后开始实时数据传输。

建立管理管道：

1)  等待主站建立管理管道的申请；

2)  接收并确认主站建立管理管道的申请后，建立与主站之间的管理管道；

3)  通过管理管道，接收和发送管理命令等，根据主站下发的命令分别处理；

4)  子站禁止接收网络上其它地址建立管理管道的申请。

主站启动过程

建立数据流管道：

1)  等待子站建立数据流管道的申请；

2)  接收并确认子站建立数据流管道的申请后，建立与子站之间的数据流管道；

3)  通过数据流管道接收子站的数据流。

建立管理管道：

1)  建立了数据流管道后，主站向子站提出建立管理管道的申请；

2)  得到子站确认后，建立与子站之间的管理管道；

3)  通过管理管道与子站传输控制命令、记录文件和配置信息等。

A.2.2.数据流管道重建（数据流管道故障断开，管理管道正常）

子站：

1)  等待主站发送“开启实时数据”命令。

2)  主站提出建立数据流管道的申请，得到主站确认后建立数据流管道。

3)  通过数据流管道，向主站发送实时数据。

主站：

1)  通过管理管道向子站发送“开启实时数据”命令。

2)  等待子站建立数据流管道的申请；

3)  接收并确认子站建立数据流管道的申请后，建立与子站之间的数据流管道。

4)  通过数据流管道接收子站的数据流。

5)  如果长期没有收到子站建立数据流管道的申请，或长期未收到子站的实时数据，则主站通过管理管道再次向子站发送“开启实时数据”命令。

A.2.3.管理管道重建（管理管道故障断开，数据流管道正常）

子站：

1)  等待主站建立管理管道的申请；

2)  接收并确认主站建立管理管道的申请后，建立与主站之间的管理管道；

3)  通过管理管道，接收和发送管理命令等，根据主站下发的命令分别处理；

4)  子站禁止接收网络上其它地址建立管理管道的申请。

主站：

1)  主站向子站提出建立管理管道的申请；

2)  得到子站确认后，建立与子站之间的管理管道；

3)  通过管理管道与子站传输控制命令、记录文件和配置信息等。

A.2.4.正常通信传输（管理管道和数据流管道均正常）

1)  实时数据流传输；

2)  通过数据流管道，子站按设定频率向主站发送实时同步数据，主站不发送任何命令；

3)  通过数据流管道，主站接收子站上送的实时同步数据，校验错误后丢弃该数据帧，并可以通过管理管道，向子站发送“上传实时记录数据”的命令。

A.2.5.管理命令和记录文件传输

通过管理通道，子站和主站交换命令。

图D-3  通信流程示意图