IEC 104协议，全称为IEC 60870-5-104.是国际电工委员会(IEC)制定的一项核心通信协议，专为电力自动化系统和工业远程监控领域设计。可以将其理解为电力系统控制中心的“神经网络”，它定义了控制中心(主站)与变电站、发电厂等远程终端单元(RTU)或智能电子设备(IED)之间，通过现代TCP/IP网络进行实时数据交换和远程控制的规约。本质上，它是IEC 60870-5-101协议的“网络化升级版”，将原有的串行通信方式迁移到了基于IP的网络环境中。
一、IEC 104协议的起源与定位
为了更深刻地理解IEC 104.需要了解其在标准体系中的位置：
系列标准的一部分：IEC 104属于IEC 60870-5标准系列，该系列是专门为电力系统监控制定的通信协议。
从串行到网络的演进：其前身IEC 60870-5-101(简称IEC 101)主要用于传统的串行线路(如RS-232/485)通信，适用于现场层的设备连接。而IEC 104则基于TCP/IP协议栈，利用了现代网络基础设施，实现了高速、长距离、大规模的数据传输，更适合站控层与调度中心之间的广域网通信。
标准化制定机构：该协议由国际电工委员会(IEC)制定，确保了其作为电力行业国际标准的权威性和通用性。
二、核心功能与实现
IEC 104协议的核心任务是实现电力系统的“四遥”功能，即：
遥测 (Telemetry) ：远程测量。传输模拟量信息，如电网的电压、电流、功率、频率、温度等实时运行参数。
遥控 (Telecontrol) ：远程控制。发送控制命令，执行如断路器分合、变压器档位调节等操作。
遥信 (Teleindication) ：远程指示。传输数字量(状态)信息，报告设备的开关状态、保护动作信号、告警信息等。
遥调/遥脉 (Teleadjustment/Telepulse) ：远程调节或脉冲计数。用于调节设定值(如发电机组出力)或对电能量等脉冲量进行远程累计。
三、技术特点与架构
IEC 104协议的技术精髓在于它巧妙地将成熟的网络技术与电力监控的特殊需求相结合。
1. 基于TCP/IP的可靠传输：
协议工作在应用层，默认使用TCP 2404端口，通过三次握手建立连接，确保数据传输的可靠性、完整性和有序性。
它采用长连接和全双工通信模式，连接建立后可持续、双向地传输数据，保证了监控的实时性。
2. 主-从/客户端-服务器通信模型：
在该模型中，控制中心(调度主站)作为客户端主动发起连接请求;变电站或远动终端(RTU/IED)作为服务器，被动等待连接并响应请求。同时，该协议也支持一个服务器处理多个客户端的并发连接请求。
3. 高效的数据结构：
APDU (应用协议数据单元) ：所有在网络上传输的数据都被封装在APDU中。APDU由起始字符(0x68)、长度域、控制域和ASDU组成。
ASDU (应用服务数据单元) ：这是携带实际有效信息的核心数据单元。ASDU包含两部分：固定6字节的数据单元标识符(用于识别数据类型、信息体地址等)和数据体(由一个或多个信息对象组成)。一个ASDU最多可传输127个信息对象。
三种帧格式：为了应对不同的通信场景，协议定义了三种APDU帧格式：
I-格式 (Information Format) ：编号信息帧，用于传输带有顺序编号的应用数据，确保数据的顺序性和完整性。
S-格式 (Supervisory Format) ：编号监视帧，用于对接收到的I-格式报文进行确认，不携带数据。
U-格式 (Unnumbered Format) ：非编号控制帧，用于实现链路的建立、释放和测试等控制功能，如心跳检测。
4. 灵活的数据传输方式：
周期上送：服务器会按照设定的周期，周期性地上报遥测、遥信等数据。
事件触发（自发上送） ：当检测到状态或数值发生变化时(如开关变位、越限告警)，设备会立即主动上报事件，确保异常及时处理。
5. 网络适应与辅助功能：
多样化的底网：IEC 104可运行在各种TCP/IP网络上，包括以太网、帧中继、ATM、ISDN，甚至是工业路由器构建的VPN网络。
心跳与超时管理：通过定期交换U格式帧(心跳包)，并配合超时管理机制，可以检测连接是否中断，保障通信链路的稳定性。
时间标签：支持为数据点附加精确的时间戳，便于事后的事件分析和故障定位。
四、主要应用场景
IEC 104协议凭借其可靠、实时、标准化的优势，已渗透到电力行业及工业领域的多个环节：
1. 电力系统核心应用：
变电站自动化：这是其应用最广泛的场景。负责将站内RTU、保护IED等设备的数据汇聚后，通过IEC 104上传至调度中心，并接收和执行下发的遥控命令。
调度自动化/SCADA系统：作为骨干通信协议，连接省级、地区级调度中心与下属各变电站、发电厂，实现广域电网的监控、调度和管理。
配电自动化：利用IEC 104协议，将分布广泛的配电网终端(如FTU、DTU)与配电主站相连，提高配电系统的可靠性和自动化水平。
发电厂监控：用于将厂内的运行数据(如机组出力、锅炉温度)上送至集控中心，并接收远程调度指令。
2. 向其他领域的拓展：
城市轨道交通：用于监控牵引供电系统、环境控制等非电力核心系统的数据采集与控制。
工业控制系统：在石油、化工、水务等行业，IEC 104也常被用作SCADA系统的通信协议，实现对长距离管线和分散厂站的监控。
工业物联网(IIoT)融合：现代边缘计算网关或工业路由器可以集成IEC 104协议栈，实现传统电力、工业设备的数据采集，并通过MQTT等物联网协议上传至云端，用于大数据分析、预测性维护等。
五、与其他协议的对比与总结
| 对比协议 | 主要区别 | 适用场景 |
|---|---|---|
| IEC 101 | 基于串行通信，速度慢，距离受限；IEC 104是其网络化升级版 | IEC 101用于现场层设备连接；IEC 104用于站控层与调度中心广域网通信 |
| Modbus | 历史悠久，简单通用，但数据模型和功能性弱于IEC 104；后者是电力自动化的专用标准 | Modbus适用于简单的点对点或现场总线；IEC 104适用于复杂的电力SCADA系统 |
| IEC 61850 | 新一代变电站通信标准，更面向对象，支持自描述，配置复杂；IEC 104则更成熟、应用更广泛 | IEC 61850适用于新建的数字化变电站内部通信；IEC 104常用于现有网络的升级和非核心系统 |
总结：IEC 104并非一个简单的“网络版101”，它是一个专门为电力系统远程控制进行优化的、高度工程化的应用层协议。它利用成熟的TCP/IP技术，实现了传统串行协议无法比拟的可靠性、实时性和网络扩展性，并且通过精心设计的ASDU结构和三种帧格式，在保证通信效率的同时，完美覆盖了电力监控中周期性、事件性、时间管理及链路控制等所有关键需求。尽管其原生安全性设计存在不足，但在实际应用中，通常会与VPN、防火墙等网络安全措施配合使用。凭借其稳定性和普适性，IEC 104协议至今仍是全球电力自动化领域应用最广泛、最重要的通信协议之一，是支撑现代电网安全、稳定和经济运行的关键技术。