配电网自动化主站测试系统的设计与实现

花子岚，陈 梵，李 鹏，周文欢

(南京国电南自自动化有限公司，江苏 南京 211100)



配电网自动化主站测试系统的设计与实现

花子岚，陈 梵，李 鹏，周文欢

(南京国电南自自动化有限公司，江苏 南京 211100)

探讨了一种配电网自动化主站测试系统，为配网自动化主站系统的入网测试提供了完整的测试方案。实际应用表明，该测试系统在配网自动化主站系统的新建、改造及运行维护中均起到了重要作用，具有很好的推广前景。

配网自动化；模拟测试；图像识别；故障模拟

配网自动化系统是一个庞大的、多层次的系统，完整的系统包括主站层、前置机层、变电站层、线路分段开关层、配电变压器层等多个层次的设备[1]。其中，主站系统的数据由子站、开闭所终端设备(DTU)、馈线终端设备(FTU)、配变终端设备(TTU)等终端设备现场采集。一个大型的配网自动化系统中的FTU数量达到数千台，为了保证系统能够满足功能设计要求和性能指标要求，对系统进行入网测试是一项十分关键的工作。

当前，各地的配网入网检测主要依据《配电自动化技术导则》(Q/GDW 382—2009)[2]。由于没有有效的测试手段和测试设备，配网自动化系统的功能、性能得不到客观的测试实验，特别是配网故障处理功能，更要当实际故障发生时才能检验，运行人员对这些关键功能无法做到心中有数。测试手段的缺失，成为制约配网自动化技术走向成熟应用的重要因素。所以，配网自动化测试系统的发展，有助于配网自动化系统的建设，对于提高电能质量、满足供电可靠性要求有着重要意义[3]。

本文提出的测试系统采用专业测试分析方法，模拟系统正常运行和事故状态下的运行环境[4]，通过功能测试、性能测试、可靠性测试、稳定性测试等测试手段，对系统的性能和功能进行全面测试[5]。同时，本系统给出了大量测试样例，均包含了测试系统的测试时序[6]，有效地提高了系统的实用性。

1 系统功能设计

配电网一体化检测平台由模拟终端系统、模拟故障系统、图像识别系统以及测试管理平台组成。测试时各系统和设备的连接如图1所示。该测试系统可对配电网主站系统的入网测试大纲进行覆盖率超过50%的自动化测试，同时支持出具定制化的测试报告。

图1 各系统和设备的连接图

1.1 测试管理平台

测试管理平台用于管理整个测试过程。在具体的测试过程中，管理平台不仅可以编辑测试大纲，将其关联到不同的被测主站系统上，也可以提供自动化测试配置，在测试评分的过程中支持自动化测试的项目可以一键完成测试过程。同时，也是其他子系统，如模拟终端、图像识别等的配置管理接口。在测试结束时，测试管理平台可以根据测试人员的定制自动生成测试报告。

1.2 模拟终端

在测试配网主站系统时，模拟终端可根据需求模拟多个终端与被测的主站进行通信。可模拟实现的终端功能是：模拟产生遥测量、遥信量、电量、事件顺序记录(SOE)数据和遥控、遥调的返校和执行过程[7]。遥测量的取值范围及变化方式、遥信量的变化频率及方式、SOE数据的产生方案及所采用的通信规约种类均可自由定义，各类数据的变化时间和数据、规约报文也有详细记录，从而达到对配网主站系统的规约解析、数据处理、画面显示等各功能模块的正确性、有效性进行测试的目的。

模拟终端支持模拟配电自动化终端80万点压力测试，支持压力环境下对遥信、遥测变化设定及接受遥控命令，支持对“雪崩”处理能力的检测等功能。模拟终端可以做分布式部署，单机至少可模拟1 500个终端，每个终端可以分别模拟至少256个遥信点、遥测点和遥控点。配置灵活多变，遥测和电度量的初始值、变化步长、遥信变化时间可配置。同时，也支持单点遥控和双点遥控，以及定时统计发送的遥信和遥测总个数。

1.3 图像识别

图像识别系统在测试过程中主要用于对时延相关的测试项目进行精确检测。以测试项目“实时数据变化更新时延≤1 s”为例，实时数据由前置机采集，经SCADA处理后在调度员界面上更新显示，数据在这两个界面更新的时间间隔即为更新时延。传统的测试方法一般由测试人员利用秒表同时观测被测主站系统的前置界面以及调度员监控界面，两者的时间间隔即可以通过秒表记录下来。此种测试方法只能提供粗略的精度，与测试人员自身的反应时间也有关系。 而图像识别系统则可以远程监测被测主站系统的实时界面，可分别计算出前置界面与调度员监控界面中相应的实时数据变化时间，同时也将识别变化的数值是否正确，从而提供了精确的更新时延(精度为1 ms)。

1.4 故障模拟

故障模拟系统用于检测被测主站系统的FA功能，测试其是否能够快速、准确地将故障区域隔离并且提供非故障区域送电的方案。该系统支持用户绘制各种配网接线图，包括手拉手环网柜接线图、架空型接线图。同时支持图模一体化设计，软件自动生成各设备连接关系。对于设置开关与终端设备关联关系，系统可直接通过远动规约与被测主站通信，支持104、101等通信规约。系统还支持瞬时、永久、并发等多种形式的故障模拟，支持对各种功能(如检测、判断、定位等)进行测试，可以模拟不同运行场景下开关及设备终端的各种故障状态支持网络重构、网络优化等测试数据模拟功能。

2 系统实现

本系统由测试管理平台、图像识别系统、故障模拟系统、模拟终端以及数据库组成，整体采用三层CS架构，在服务器端采用了.net服务器，客户端采用了C++的开发技术，有别于一般的CS结构选取的技术。

如此选择的原因在于客户端部署模拟终端，负责压力测试，对性能要求高，因此需要用C++开发。而服务器端主要被测试人员用来打分与配置，需要质量高的人机界面，微软的WPF基于.net平台，界面美观且易于开发与维护。系统体系结构如图2所示。

图2 系统体系结构图

测试管理平台界面框架使用Modern UI，其是利用WPF实现Win8 Modern样式的开源项目。逻辑结构使用MVVMLight设计模式， MVVM是更加通用的Presentation模式的一个具体实现。MVVM视图模型包含概念模型而不是数据模型，所有业务逻辑和其他操作都是在模型和视图模型里完成的。

分布式模拟终端使用QT开发，其通过测试平台读入参数配置，以多线程的方式向被测主站发送实时数据。同时，其也支持本地进行参数配置。软件结构示意图如图3所示。

图3 软件结构示意图

图像识别系统采用模板匹配法作为主要算法[8]。当识别内容为数字、字符时, 模板匹配法则是最基本的方法之一。模板是为了检测某些区域特征而设计的阵列，它将所要检测物体的模板与图像中的所有未知物体进行比较, 考察是否存在与模板匹配的物体。

故障模拟系统分为两大部分：故障设置发送系统与图像编辑系统。两个系统均使用xml与gdf格式文件做相关参数图形保存与读取。其提供静态组态工具，以可视化的方式灵活组建测试系统的网架结构、采集终端和相关参数。

3 结束语

依据电力行业相关标准，构建了配电自动化终端一体化检测平台，提出了具体的测试方法，实现了配电自动化终端的入网检测功能。检测平台设备配置合理、功能完善，具有操作灵活、精确度高等特点。

该平台利用配电网模型仿真、配电网故障模拟仿真、配电终端模拟仿真等手段，对配电自动化整个系统的运行指标和功能进行综合测评和评估；人工测试方式转变为自动化测试和检验，自动出具被测系统的测试报告；满足了对配网自动化主站系统进行专业化、标准化测试和分析的要求。使用该平台进行入网测试，可大大减少检测人员的工作强度，有助于检测机构统一检测方法和标准的建立。

该检测平台不仅可应用于配网自动化系统，而且在电能量遥测系统、电网调度自动化领域、电厂热工系统等多种涉及信息传输与处理应用的领域也有广泛的应用前景。

[1] 杨小青.配网自动化系统的模拟测试[C]//全国智能化电器及应用学术年会暨2004年配网自动化和变电站自动化论坛. 2004.

[2] 国家电网公司.配电自动化技术导则：Q/GDW 382—2009[S].

[3] 赵启，朱建华，冯斌.配网自动化测试系统探讨[J].现代制造，2015(21):15-16.

[4] 张宏.浅谈电网调度自动化系统的测试方法[J].企业家天地(旬刊), 2010(8):103-104.

[5] 刘清瑞.关于建立对电力调度自动化主站系统进行总体测试评价体系的探讨[C]// 全国电网调度自动化,仿真技术学术年会.2000:99-99.

[6] 陈云辉,刘东, 凌万水,等.主动配电网协调控制的仿真测试平台[J].电力系统自动化,2015,39(9):54-60.

[7] 陈久林,葛永高,蒋一泉，等.继电保护报文模拟数据系统研究[J].江苏电机工程,2010,29(6):4-6.

[8] 吴小艳，王维庆，杨春祥，等.几种基于模板匹配法的数字图像识别算法分析[J].计量技术，2005(6)：27-30.

A Study on the Design and Realization of the Test System for the Main Station of Distribution Network Automation

HUA Zilan，CHEN Fan，LI Peng，ZHOU Wenhuan
(Guodian Nanjing Automation Co., Ltd. (SAC)of CHD，Nanjing Jiangsu 211100，P.R.China)

This paper probes into the test system for the main station of distribution network automation as well as providing a complete test scheme for its network-access test．Its application has showed that the test system，with good prospects， has played an important role in the construction，renovation and operating maintenance of the main station system of distribution network automation．

distribution network automation；simulation test；image recognition；fault simulation

2016-07-06

花子岚(1986-)，助理工程师，研究方向为配电自动化主站系统的设计。

TM76

A

1008- 8032(2016)06- 0032- 03