智能变电站远动快速对点测试系统的构建

闫江海，张瑞鹏，张亦凌

（1.国网山西省电力公司运城供电公司，山西 运城 044000；2.宁波大学，浙江 宁波 315000）

0 引言

随着国内智能变电站的广泛应用，充分利用计算信息技术优势实现智能变电站内设备规范化建模，同时利用仿真技术实现设备的虚拟化运行，实现厂站端智能设备输出信息的可控性与可交互性，通过动态控制相关智能设备的信息输出来实现厂端站与调度主站之间的数据交互性测试。

1 系统构建的目的和意义

目前，智能变电站远动对点测试仍借助一些功能单一的调试工具来进行，由于缺乏功能完善的测试系统来进行全面定量测试，无法满足智能变电站远动通信对点测试的需求。为了解决上述问题，本系统基于模块化设计思想，提出了一种智能变电站远动快速对点系统，用于智能变电站与远方调度主站之间远动通信相关的标准化测试。系统通过构建完整的厂站内继电保护、测控装置、故障录波器等设备信息的标准化输出来实现相关设备信息的远传与测试。该系统在智能变电站中的应用架构如图1所示。在实际测试过程中该系统可代替和模拟实际的智能化设备与远方调度主站之间进行对点测试，大大简化厂站端和远方调度系统调试的复杂度，提高了智能变电站运行的可靠性及安全性，是在传统变电站远动对点测试技术基础上的一种新技术尝试。

智能变电站远动快速对点系统是以满足智能变电站设备数据通信管理方面的应用要求为目标的信息系统，是面向智能调度集控一体化系统的一个重要组成部分。

图1 远动快速对点系统框架图

2 对点系统解决的主要问题

智能变电站远动快速对点系统兼具设备仿真、设备管理以及系统维护等功能，具体组成如图2所示。

图2 远动快速对点系统功能组成

2.1 规范智能变电站支持远动功能的测试流程

通过对变电站站控系统支持远动功能的测试技术研究，来规范测试流程并实现智能变电站远动通信对点测试工作的规范化。

2.2 优化智能变电站支持远动功能的测试策略

1)研究测试策略可灵活配置、报文流量可调整控制的测试技术。

2)研制基于制造报文规范MMS (manufacturing message specification)报文的继电保护、测控装置等仿真运行设备。

通过测试策略可灵活配置、报文流量可调整控制的测试技术及研制基于MMS报文仿真保护设备、测控设备，用以提高智能变电站集成测试及现场测试效率[1]。

3 对点系统结构设计

3.1 基础理论

系统基于开源关系型数据库管理系统[2]，采用跨平台思想实现，系统包括数据处理模块、智能测试知识库、专家系统、测试分析模块、数据发布模块等。

系统一方面通过构建设备事件信息的输出，从数据接收、数据处理、数据转发3个环节充分验收厂站端与远方主站之间远动数据传输的正确性；另一方面由图3所示可以看出系统通过构建智能设备仿真运行状态，实现了对远方调度主站系统相关控制命令的全支持，实现了远动系统相关控制命令正确性、及时性的规范化测试。

系统完全可以满足智能变电站与远方调度主站系统之间对点测试过程的正确性和规范性，提升智能变电站远动通信系统的运行维护管理水平。

图3 远动快速对点系统结构组成

3.2 关键技术

3.2.1 智能化建模技术

IEC61850设备的模型文件是整个系统的数据核心，因此对模型文件的分析与重构就是对整个系统基础数据应用平台的搭建。

本系统通过对设备提供的智能设备能力描述文件ICD(IED capability description)、智能设备实例配置文件CID(configured IED description)或者全站系统配置文件SCD(substation configuration description)的分析与建模，自动构建满足智能变电站测试所需要的外部网络结构与数据交互环境，而不采用完全手工映射配置的方式来实现，以减少中间转换环节，确保配置数据的完整性和可靠性。同时系统保留了良好的可扩展性和易维护性，并保留人工配置方式，确保智能化设备模型文件中非规范化部分的设备建模工作。

通过此种方式采用统一建模方式生成一、二次设备及图形的模型文件，当构建的智能化变电站或部分智能化设备配置发生变更时，只要通过在系统中进行简单的设置增加或修改对智能化设备的描述即可完成测试环境的的构建，无需系统维护人员太多的手工干预。

3.2.2 设备行为控制

设备行为控制技术主要包括设备信息时序性控制、功能性控制、频度控制三方面。通过对设备大量历史行为进行数据分析，同时形成具有设备典型特征的设备信息时序规则库，仿真运行控制系统通过加载相应的时序规则库实现设备仿真运行时序高度可控性。不同类型、不同配置的设备功能存在较大的差异，基于设备功能应用进行相应的数据建模，通过数据模型来实现界面应用与设备仿真运行的高度离散，从而实现远动对点测试过程中功能化应用的灵活性与通用性。

3.2.3 网络通信控制技术

在对点测试过程中通过测试模型可以动态设定仿真系统的运行参数、数据类型与数据流量，实时监测应用系统与仿真设备间网络数据交互情况与传输质量，形成真正意义上的网络闭环通信测试与控制。根据系统的网络通信情况实时增加或减少仿真设备的信息输出量、信息输出类型、网络异常数据，从而实现网络通信控制与远方调度主站业务应用测试的结合。

通过对MMS协议特征字匹配分析，实现网络通信交互过程分析，包括对网络流量的状态、网络层和传输层信息、业务流持续时间、平均流速率、字节长度分布等网络通信指标[3]。通过对这些网络通信指标的深化应用，实现了系统控制相关数据交互的控制命令下发、设备信息返回、控制系统复核等指标性问题。

4 对点系统实施方案

智能变电站远动快速对点系统，适宜于智能变电站调试及运行检修使用，通过MMS通讯协议模拟遥测、遥信、遥控和遥调，进行远动传动，在站端监控屏及调度端进行信号验证，提高智能变电站远动传动效率。

4.1 开关量/模拟量配置

此功能根据需求设定、修改仿真设备开关量、模拟量配置。系统可以实时更新仿真运行设备的开关量信息、模拟量信息，并可以根据需要实现采样数据的智能化匹配，实现仿真运行设备的高相似度运行。

4.2 单点测试及测试用例

1)单点测试提供了1台或多台设备的发生故障时的故障信息与录波文件的上送功能。

2)单个设备按照故障仿真配置用例进行故障仿真测试。

3)多个设备按照故障仿真配置用例进行故障仿真测试。

图4所示为测试策略可灵活配置的单设备典型测试用例，利用脚本化的测试用例配置语言实现测试策略的灵活配置。

图4 单设备典型测试用例

4.3 ASCI服务一致性测试

远动检验项目抽象通信服务接口ASCI(abstract communication service interface)服务一致性测试主要包括应用关联模型、服务器/逻辑设备/逻辑节点/数据模型、数据集模型、报告模型以及控制模型等测试。

4.4 性能测试

4.4.1 设备控制功能测试

系统可以实时处理远方调度主站下发的控制命令，并按预定的测试方案实现应用系统与测控装置之间的交互时序控制、合理性控制、网络延时与超时控制等功能。

系统同时可以实现在站内设备网络频繁中断、海量事件顺序记录SOE(sequence of event)事件上送、装置通信异常等各种情况下远方调度主站命令的执行情况以及站内远动通信管理装置的并发数据处理能力。设备控制功能测试包括肯定测试和否定测试两个部分，具体如表1所示。

表1 设备控制功能测试

表2 网络通道通断可控功能测试

4.4.2 网络通道通断可控功能测试

网络通道通断可控功能测试内容如表2所示。

4.4.3 输出信息可控功能测试

输出信息可控功能测试内容如表3所示。

表3 输出信息可控功能测试

4.5 测试模板管理

模板管理提供了删除、增加、修改测试模板的功能。系统在仿真运行过程中将相似的数据对象按功能抽象成统一用途和性能的数据测试模板，并且存储在系统测试模板库中。在仿真运行过程中，系统可以根据以往测试数据的特征信息逆向匹配出当前仿真运行设备可用的测试模板，实现测试模板的智能化管理。

4.6 测试数据统计

系统实时存储保护设备仿真运行过程中基于IEC61850进行数据交互的全部信息。测试数据统计功能主要是特定时间周期内保护仿真装置与远方调度系统之间的数据交互情况基于装置参数、保护定值、采样数据、状态信息、动作信息、告警信息、故障录波等类型进行分类统计与汇总[4]。

5 结束语

通过灵活配置测试策略，智能变电站远动快速对点测试系统提供了智能变电站与远动之间的标准化快速测试，简化了智能变电站应用及调试的复杂度，从而提高了智能变电站集成测试及现场测试效率，对智能变电站的广泛应用及性能测试进行了有益的探索。