一种易于实现伸缩性和扩展性的保护通信协议

　　0 引言

　　传统的保护通信协议对于不同命令的报文采用不同类型的代码，这些不同类型的代码可能相同，它们通过对应不同的命令来区分。但是在实际保护动作过程中，一个保护动作的通信报文中可能含有多个同一类型的代码，而且个数可能不确定。例如：在高压线路保护中，在正方向近距离内发生单相接地短路，则接地距离一段、零序一段、重合闸都可能动作，如果重合于永久性故障，则还有后加速动作;在低压线路保护中，过流、低电压、重合闸多个保护元件可能动作。因此，一个报文中同一类型的代码必须解决伸缩性的问题。解决的方法有两种：①传多个报告，每一个报告表达一个保护动作元件;②传一个报告来表达多个保护动作元件。第1种方法的效率高，可较好地表达一个事件过程中多个保护元件之间的联系，用户较习惯，但是必须解决伸缩性的问题。

　　另外，在实际保护动作过程中，为了全面反映一个保护动作事件，通信报文中需要含有不同类型的代码，而且个数可能不确定。例如：需要知道保护的动作类型、故障相别、故障相的测量值、故障相的相角差、与保护动作有关的开入量、故障测距值等。因此，一个报文中必须解决不同类型的代码的伸缩性的问题，而且随着用户对保护信息的要求的提高，还可能出现新的类型，必须解决扩展性的问题。目前的解决方法有两种：①在报告中固定各种类型的数量和排列顺序;②在报告中加上描述性的报文。对于第1种方法，如果报告中固定的各种类型信息的数

　　量比较少，可能会限制了一些保护信息的上送;如果固定的各种类型的信息数量按照最大化设计，则在大多数情况下通信的代码有冗余，降低了通信的效率，而且也不能穷尽各种可能出现的新的信息。第2种方法能解决不同类型的代码的伸缩性和扩展性的问题，但是由于描述性的报文过长，影响了通信的效率。因此，保护产品迫切需要一种简捷的、易于实现伸缩性和扩展性的通信协议。

　　1 新的保护通信协议

　　针对这些问题，本文提出了一种新颖的保护通信协议。不同于其他保护通信协议对不同类型的代码分别编码，本协议对各种类型代码采用统一编码，使得其易于伸缩和扩展。此协议的前提条件是尽管保护通信的类型和代码比较多，但所有类型的代码数量的总和不会多于65535个，即2个字节能表示所有的代码。

　　如果所有类型的代码数量的总和多于65535个，可定义从F000H到FFFFH的代码区用于扩展代码，即当代码是从F000H到FFFFH，则下面紧跟的2个字节不再是其对应的数值，而是扩展的代码。

　　本协议采用统一惟一编码，类似于微软的COM指定接口和对象用128 bit全局惟一标识符(GUID)来标识。

　　2 应用举例

　　在我们实际使用的通信协议中，各种类型的代码区的分配见表1。

　　a.为了能区分类型和与其对应的数值，规定数值也采用2个字节来表示，两者交替排列，使得类型和数值不会混淆;

　　b.类型和与其对应的数值作为一个描述组，描述组的数量和顺序可灵活摆放，便于扩展;

　　c.描述组的个数可通过报文中2个字节的长度值换算得到;

　　d.从报文头到描述绝对时刻结束的一段报文是固定格式;

　　e.“动作类型”后续的数值是其对应的“动作毫秒”，而不是“动作数值”，因为没有“动作数值”，而动作相对于绝对时刻的相对滞后时间是需要的;

　　f.“故障类型”后续的数值是其对应的“故障测距”，而不是“故障数值”，因为没有“故障数值”，而“故障测距”是可能需要的，如果无测距，则置“0FFFFH”;

　　g.“诊断类型”后续的数值是其对应的相对于绝对时刻的相对滞后时间;

　　h.为了便于分析故障，对于有1个以上动作元件的事件报告，可在第1个动作元件描述完后，再接第2个动作元件的描述，第3个动作…以此类推，对于第1个以后的动作元件可省略前面已描述的类型及其数值;

　　i.定值也可采用此格式;

　　j.送故障录波的格式和数据可套用此格式。

3 存在的问题及其解决方法

　　本协议的缺点是有些类型的代码(例如测量和诊断类型的代码)不超过256个，若不采用统一惟一编码，则用1个字节即能表示一个某一类型的代码，所以在这种情况下采用2个字节的统一惟一编码会增加报文的长度，但由于这些类型在整个报文中数量很少，并且这些报文不常收发，所以对软硬件资源和通信传输时间影响不大。

　　4 实际应用

　　表2为一个针对CAN通信的110 kV线路发生AB两相接地瞬时短路，距离保护的距离一段、零序一段、重合闸动作的具体保护动作报告的例子。

　　从上述例子可以看出，由于本协议对各种类型代码采用统一编码，使得其易于伸缩和扩展。实际系统的联调显示了其强大的伸缩性和扩展性。