虚实结合的配电主站测试平台设计

2019-10-10赵中华艾绍伟冯昊何刚朱军红

综合智慧能源 2019年9期

赵中华，艾绍伟，冯昊，何刚，朱军红

(许继电气股份有限公司，河南许昌 461000)

0 引言

配电自动化系统主站对配电网中的架空线路、配电所、配电变压器的遥测、遥信、告警等信息进行采集，通过工作站对采集到的数据进行分析和展示，同时通过监控画面对配电网运行结构、设备运行状态等进行实时监控。工作站可以对配电设备进行遥控操作，对故障进行隔离、负荷转供等。在实际应用配网前，需要对配电主站的功能和性能进行测试验证。由于配电网的特殊性，无法进行现场验证，所以需要搭建实验平台对主站的功能和性能进行测试验证[1]。

本文设计了一套虚实结合的配电主站实验平台，该平台利用配电网中的实际终端、虚拟终端、实时数字仿真系统(RTDS)、云平台、NTM等对主站系统的功能、性能、压力、雪崩、馈线自动化(FA)等功能进行测试，验证了平台的可用性和有效性。同时验证了平台是否满足国网电力科学研究院(以下简称国网电科院)入网检测试验的要求和配电网现场运行工况模拟的要求。

1 测试平台架构

1.1 测试平台设计分析

配电主站测试项目主要有功能测试、性能测试、压力测试、雪崩测试、FA测试等。测试平台的设计必须满足所有测试项目的需求。配电主站的基本功能主要依赖配电终端实现，包括数据的采集、告警、开关的遥控、拓扑着色、状态显示等。测试平台采用配电网馈线终端(FTU)、环网柜终端(DTU)、故障指示器来测试主站的基本功能。

主站的压力和雪崩测试需要模拟多节点大数据，真实配电终端占地空间大，费用高，接线复杂，基本不可能实现。所以只能依靠虚拟终端来实现，测试平台需要设计一套能满足测试需求的虚拟配电终端[2]。

图1 测试平台框架

FA功能拓扑结构复杂，需要大量实时数据支撑，对时间指标要求高，可采用RTDS强大的建模功能来实现。

配电主站国网电科院检测大纲中要求主站与60台工作站连接。如果利用60台计算机(PC)实现工作站的连接，投资成本大，场地要求高，操作不方便。因此测试平台利用服务器搭建了云平台，通过云平台的虚拟技术，虚拟60台工作站，解决了工作站连接数的测试需求。

多页面浏览工具(WEB)采用现在广泛应用的B/S架构并发工具louderrunning实现，历史数据的统计和分析通过NTM实现。NTM能够对10/100/1 000/10 000 M以太网的4条通道进行监视和数据捕获，将捕获的数据存储在内部存储盘(RAID)子存储系统上，供用户分析和调用。

1.2 测试平台整体框架

根据上述分析，本次配电主站测试平台整体构架如图1所示。

测试平台分为站控层和终端层，站控层由配电主站服务器、数据服务器、云平台、NTM、前置服务器、工作站组成。终端层由真实配电终端和虚拟终端组成。

1.2.1 云平台

测试平台利用其虚拟技术对配电主站的工作站连接数进行测试验证，云平台的硬件系统由3台华为服务器组成，软件系统采用业界领先的虚拟化平台VMware vSphere。VMware vSphere能够通过虚拟化纵向扩展和横向扩展应用，重新定义可用性和简化虚拟数据中心，最终实现可用性高、恢复能力强的按需基础架构，这是云计算环境的理想基础[3]。

利用云平台的虚拟技术，虚拟出60台PC，通过在虚拟机上安装工作站来验证主站的工作站连接数。也可以应用云平台的管理平台对工作站进行删减、并发操作等。

1.2.2 NTM

NTM是福禄克公司生产的专门对数据进行存储和分析的工具。通过系统提供的4个监视口，可以对站控层、终端层、跨区数据等进行分类存储。通过分析工具对存储的数据进行对比分析。用来测试配电主站数据的可靠性，判断主站数据是否有漏送、延时等问题，并对问题进行定位分析[4]。

1.2.3 配电终端

配电终端采用配电网最基础的FTU、DTU、配电变压器监测终端(TTU)、故障指示器，上送遥测、遥信、录波信息，接收主站的遥控命令，验证主站的基本功能。虚拟终端采用多线程的IEC 104数据传输规约(以下简称IEC 104规约)模拟源实现。可实现多终端大数据的模拟，数据可以手动触发，也可自定触发，触发精度为毫秒级，满足主站系统雪崩测试的要求。

1.2.4 RTDS

RTDS是电力系统广泛应用的实时模拟系统，测试平台利用RTDS的强大仿真能力，建模配电网一次模型，并用其中的故障模块来实现配电网的故障模拟。故障信号通过RTDS的通信模块模拟信号输出卡(GTAO)输出给前置系统，最终到达主站，触发主站馈线自动化处理流程[5]。

2 测试平台的通信

测试平台网络分为站控层网络和终端层网络，网络之间通过千兆交换机进行连接，网线采用超六类网线，平台网络用单网连接。

2.1 RTDS与主站通信

RTDS模型建立以后，通过自带的104模块和 IEC 60870-5-104 数据传输协议(以下简称104协议)实现与前置系统之间的数据传递，如图2所示。

图2 RTDS与主站通信Fig.2 RTDS communicates with the master station

2.2 主站与终端通信

虚拟配电终端系统、真实配电终端、主站之间通过以太网进行通信，采用104协议进行相互之间的信息传输。

虚拟终端系统布置在PC上，终端的个数和发送的数据量取决于PC的性能。每个终端可以单独设置虚拟IP和端口号，也可以共享一个IP，设置不同的端口号。终端提供丰富的设置界面，可以根据各种规约的终端参数、通道实时数据、遥信、遥测、遥控、遥调、事件顺序记录(SOE)系统的故障事件进行设置，实现多节点子站的接入。每台虚拟终端可以灵活配置遥测、遥信、SOE数据的数量。

3 测试平台的应用

3.1 压力测试

根据国网电科院检测大纲要求，主站需接入虚拟终端6 000个，每个虚拟终端每60 s 2个遥信、2个SOE,每10 s 80个遥测(浮点型)，试验需要持续4 h。虚拟终端系统采用2台PC，每台PC模拟3 000个终端，每台终端接入100个遥测、50个遥信和50个SOE[6-7]。NTM的2个端口分别捕获虚拟终端系统发送的数据和主站接收到的数据，并存放在相应的文件中。