综合应用服务器模拟器在智能变电站中的应用

张尚铎，黄　琦，赵　敏

（电子科技大学，四川 成都611731）



综合应用服务器模拟器在智能变电站中的应用

张尚铎，黄琦，赵敏

（电子科技大学，四川 成都611731）

摘 要：智能辅助系统是智能变电站的重要支撑部分，而目前对辅助系统的结构、功能、接入方式等方面还存在一定差异。同时，各辅助系统厂家的产品实现上存在很大的区别。针对辅助系统测试平台的综合应用服务器模拟器，着重介绍了它的功能、结构、测试流程和测试结果。通过对厂家产品的实际测试验证，综合应用服务器模拟器起到了很好的实用作用。对以后的辅助系统设备入网测试也有一定的价值。

关键词：智能变电站；辅助系统；模拟器；测试

由于现阶段没有一个完整和统一的辅助系统入网标准，各省网公司对智能电站辅助系统的要求也不尽相同，厂家对入网的标准也没有明确的统一，导致已建和在建的电站中辅助系统不能统一[1]。此外，缺乏明确的测试、验收依据及必要的测试工具，对厂家产品没有做到很好的把关，由此带来诸多运行维护的问题。智能变电站辅助系统测试平台的研究设计可以起到一些实际的意义，首先，通过测试平台的统一检测入网的辅助系统具有接口统一，数据传输协议固定，结构功能统一等特点。其次，各厂家生产的设备可以相互替换，简化了维护运行工作，让智能变电站真正实现无人值守模式。最后，测试平台的实际应用，规范了辅助系统的建设和运行模式，对电网的安全、稳定、高效运行带来了高效的价值和意义。本文针对智能变电站辅助系统测试平台中综合应用服务器模拟器的功能、结构、测试流程等，进行了说明，并结合实际与厂家的产品进行了实测，效果很好，为以后的智能变电站辅助系统的入网测试做了一定的基础。

1　综合应用服务器模拟器功能结构

综合应用服务器模拟器实现与状态监测、计量、电源、消防、安防和环境监测等设备（子系统）的信息通信，通过综合分析和统一展示，实现智能辅助系统设备在线监测和运行监视与控制[2]。而综合应用服务器模拟器作为测试工具，接入被测智能管理主机及与其相连的子系统、一体化监控系统和视频子系统，可进行协议测试、多种功能测试。

按照软件各部分分工不同，综合应用服务器模拟器包含报文解析模块、时间同步模块、模型处理模块、数据集处理模块、报告控制块处理模块、遥控模块、定值模块、测试模块。综合应用服务器模拟器功能结构图如图1所示。

图1　综合应用服务器模拟器功能结构图

其中报文解析模块主要用于与智能管理主机互联互通过程中，报文的获取解析以及打包发送。报文解析模块获取mms报文，解析后将相应信息发送给模型处理模块、数据集处理模块、报告控制块处理模块进行分类监控展示，其中模型处理模块还要将信息传给遥控模块解析遥控实例节点、定值模块解析定值组信息。报文解析模块是测试模块的基础。时间同步模块主要用于与智能管理主机互联互通过程中，时间同步功能的逻辑实现。开启时间同步功能，提供一个简单网络时间协议（SNTP）对时的服务端，如有对时客户发送了对时请求，进行正确响应并回复SNTP对时报文。测试模块主要用于与智能管理主机互联互通过程中，测试项的消息分类及子模块的调用逻辑处理。通过该模块，用户进行相应的测试功能。

2　综合应用服务器模拟器功能项

综合应用服务器模拟器测试与智能管理主机互联互通中共12个测试项，分别是：创建连接、模型召唤、模型监控展示、状态检测、模型修改、数据集修改、报告控制块修改、定时上送、变化上送、对时、遥控、断开连接。综合应用服务器模拟器与一体化监控系统互联互通中共1个测试项，即变化上送。

协议测试支持IEC61850标准协议，被测目标必须是基于IEC61850标准开发的智能管理主机和一体化监控系统。基本功能项测试过程按照IEC61850规约要求逐项对接收和发送报文进行分析处理，逐项验证各功能对应关键项，验证其报文格式是否正确，测试结束生成测试报告。软件实现如图2所示。

图2　测试界面图

2.1数据模型

智能管理主机和一体化监控系统配置IEC61850数据模型。导入的文件先解析出HEADER节点信息、COMMUNICATION节点信息、IED节点信息，进一步解析所有逻辑设备及其中的报告控制块，最后显示报告控制块中的数据集。解析完成后智能管理主机和一体化监控系统配置模型完成[3]。使用的标准IEC61850模型结构如图3所示。该软件采用的IEC61850模型中数据集结构，如图4所示[4]。

图3　标准IEC61850模型结构图

图4　IEC61850模型数据集结构图

2.2创建连接

启动模拟器后输入被测智能管理主机/一体化监控系统IP地址，向智能管理主机/一体化监控系统发送连接请求，若连接失败则延时1 s后重新发送连接请求直到连接成功，连接成功后即成功建立综合应用服务器模拟器与智能管理主机/一体化监控系统链路，智能管理主机/一体化监控系统首次连接成功自动上报自身模型，综合应用服务器模拟器解析后展示并与用户交互，开始基本应用功能测试。

点击建立连接按钮，综合应用服务器模拟器发送建立连接的指令，智能管理主机接收到指令回复，过程为TCP三次握手后面向连接的传输协议（COTP）协议连接。连接创建完成后结果图如图5所示。

图5　连接完成图

2.3功能测试项

2.3.1模型召唤

该测试项旨在测试智能管理主机/一体化监控系统是否具有正确响应模型召唤的能力。

模型召唤在创建连接后自发进行，调用mms抽象通信接口getNameList服务。智能管理主机/一体化监控系统应能解析综合应用服务器模拟器发送的mms报文，综合应用服务器模拟器应接收正确的响应报文，首先检查是否符合mms报文制造规范，若格式符合规范则进行解析并与真实子系统信息进行对比，生成测试结果；若格式不符合规范则直接生成测试结果。

2.3.2状态检测

模型召唤为状态检测提供了基础，智能管理主机应正确响应模型中状态相关的逻辑节点。

2.3.3模型修改

模型召唤为模型修改提供了基础，综合应用服务器模拟器提供模型修改接口，发送mms报文confirmed-RequestPdu调用mms的write服务，智能管理主机应正确解析write请求，正确修改模型值后应回复confirmed-ResponsePdu给综合应用服务器模拟器。

综合应用服务器模拟器发送模拟修改模型请求报文，智能管理主机回复报文首先检测是否符合MMS报文制造规范，再对内容进行解析以查看是否正确。

测试流程如图6所示。

图6　模型修改测试流程

数据集修改与报告控制块修改其流程与模型修改测试流程相似。

2.3.4上送功能

定时上送与变化上送主要是测试智能管理主机的上送MMS报文的功能，报文首先检测是否符合MMS报文制造规范。

2.4性能测试项

性能测试旨在测试综合应用服务器模拟器是否有告警订阅、告警联动、日志输出的能力。

告警事件订阅，可选择订阅八中类型的告警事件，可以订阅一个或者多个告警类型；对于已经建立的告警事件订阅，如果取消，必须一次性全部取消，也无需配置任何参数[5]。参数配置完成后，综合应用服务器模拟器自动将该配置参数封装为C++类成员QVector*warnings作为信令消息体。

测试中主要验证报文结构是否完整，报文格式是否正确，类型标识与报文信息体元素是否一致，可变结构限定词与报文信息体结构和内容是否匹配。

告警参数配置，用户需要对订阅的告警设备进行联动参数配置并对该功能进行测试时，可选择告警联动参数配置功能项，需要配置的参数有：告警联动参数地址编码，告警类型、联动类型（可以是视频联动或者控制开关联动，对于视频联动需要配置联动摄像机的地址编码，预置位编号和是否录像，对于控制开关联动需要配置开关设备的逻辑节点以及联动开关动作），配置完成后综合应用服务器模拟器自动将该配置参数封装为标准规定的EXCEL形式作为信令消息体[6]。格式如下图7所示。

图7　告警联动参数配置命令消息体

告警订阅、联动参数配置完成后，综合应用服务器模拟器可根据上送的告警事件，进行联动操作。成功订阅设备的告警后，当告警事件发生时，智能管理主机能准确上送事件通知消息，综合应用服务器模拟器接收到事件通知消息后验证接收到的消息是否正确，若不正确则跳出流程，若正确则发送事件通知响应给告警设备，到这里，告警订阅功能测试通过[7]。匹配已经设置的告警联动参数，进行相应的联动操作，若智能管理主机能正确进行预置的联动操作，则告警联动测试通过。综上，生成告警测试结果。告警联动过程如图8所示。

图8　告警联动过程流程图

2.5生成测试报告

标准测试报告在各个测试项完成后系统生成。测试报告生成模块用于生成对被测设备的测试结果，以EXCEL的形式保存，方便用户的查看和打印。

在测试过程中，模拟器对进行的每一项测试结果记录和保存，当用户需要生成测试报告时，点击界面上的生成测试报告按钮，并选择需要保存的路径，模拟器便会生成EXCEL形式的测试结果并按照用户指定的路径保存。这里需要说明的是，并不是每一次测试结果都进行记录，比如模拟器对被测设备进行了三次修改数据测试，那么结果测试报告中只会记录一次，因为测试报告是以测试项为单位记录的，并且，只有三次测试全部通过，结果才为通过，倘若测试过程中有一次不通过，则视为该项测试不通过；倘若测试过程中设备编码查询或配置错误，并且被测设备返回正确的404响应，那么视为模拟器请求的前端设备不存在，此项还有待进一步的测试，当下次测试通过或不通过时，自动覆盖404测试结果；另外，生成报告只记录进行过的测试项，包括主动和被动测试项，没有进行测试过的不被记录[8]。测试报告导出软件界面如图9所示。

图9　测试报告导出软件界面图

与某厂家测试生成的测试报告如图10所示。

图10　测试报告图

3　结束语

本文针对智能变电站辅助系统测试平台的综合应用服务器模拟器，简述了其测试原理和设计程序的思路，本软件采用61850模型结构和数据集结构进行设计，重点对综合应用服务器模拟器的各个功能模块的程序进行了设计和分析，最后对某厂家的实物进行测试验证生成测试结果。该模拟器只是测试平台的一个重要组成部分，在信号品质方面和视频检测方面还需要补充和完善测试工作。测试平台的应用和推广，对以后的电网建设产生重要的作用，也具有统一标准，使变电站稳定运行。

参考文献：

[1]张劲.智能变电站辅助控制系统的研究与实现[D].石家庄：华北电力大学，2012.

[2]王红光.变电站智能辅助监控系统[J].电子产品世界，2011，8（10）:3.

[3]徐志强，雷雨田，张可人，等.智能变电站中智能组件的时间测试方法[J].电网技术，2011，21（6）:3.

[4]IEC60870-5-104:2002.telecontrol equipment and system part 5:transmission protocols section 104:Network access for

IEC60870-5-101using standard transport profiles[S].

[5]黄曙，崔全胜，宋小会，等.电力系统IEEE-158一致性测试研究[J].电网技术，2012，23（9）:3.

[6]韩小军，蔡东升，黄琦.基于IEC104远动规约的智能变电站辅助平台测试系统设计与实现[J].电测与仪表，2014，3（5）:2.

[7]蒋宏图，袁越，杨昕霖．智能变电站一体化信息平台的设计[J]．电力自动化设备，2011，31（8）：5．

[8]鲁东海，孙纯军，秦华.基于物联网技术的智能变电站辅助控制与监测系统设计与应用[J].华东电力，2011，4（6）:3.

[9]闫敬东.智能组件技术在智能变电站中的应用[J].宁夏电力，2012，4（10）:1.

[10]徐磊．智能电网的网络通信架构及关键技术[J]．电气技术，2010，21（2）:1.

中图分类号:TM743

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）04-0224-04

收稿日期：2016-01-10

作者简介:张尚铎（1983－），男，甘肃武威人，硕士研究生，研究方向为电力系统分析、运行及控制；黄琦（1976-），男，四川成都人，教授，博导，研究方向为智能电网，电力系统广域测量与控制技术；赵敏（1985-），男，新疆昌吉人，硕士研究生，电力系统分析、运行及控制。

In the Application of Intelligent Substation Comprehensive Application Server Emulator

ZHANG Shang-duo，HUANG Qi，ZHAO Min
（University of Electronic Science and Technology of China，ChengduSichuan 611731，China）

Abstract:Intelligent auxiliary system is the important part of intelligent substation，but there have a certain gap at the structure function and connection mode of auxiliary system.Meanwhile，the product of manufacturer of the auxiliary system has the very big difference.This paper ntroduced the function，structure，test process and test results basedon auxiliary system test platform of integrated application server emulator.By actual test validation of factory products，the comprehensive application server emulator has played a very good practical effect，and to the following auxiliary system into test also has a certain value.

Key words:intelligent substation；auxiliary system；emulator；test