智能变电站二次系统的通信测试技术

魏 超

（山东黄金电力有限公司，山东 莱州 261400）

0 引 言

目前，国内外对于智能变电站的测试装置主要是采用数字化继电保护的测试仪器，仅能实现对各类装置的单一测试，无法实现对不同种类自动化设备的全面集成测试。同时，实现基于人工修改参数，对不同的测试装置进行逐一测试，这便会加大调试装置的工作量，过程相对复杂，需要的时间比较长[1-5]。针对此种问题，相关技术人员从实际的测试需求展开分析，提出了许多对智能变电站设备通信测试的理论和原理，并且设计研发了一种集软硬件一体的综合测试系统，其目的是降低测试的流程和环节，提升测试的基本工作效率[6-10]。然而，随着在测试过程中，缺乏高效统一的模板，并未对最终的测试展开相关的理论及实验数据分析。

为了在应用过程中能够最大限度地提升保护装置的测试性能以及系统的测试效率，本文研究了聚焦变电站二次系统的通信测试工作，分析了在正常开展工作过程中的一般流程，并制定了相关的测试集成方案，此测试系统采用上位机和下位机结构方式，使用可扩展标记语言（eXtensible Markup Language，XML）通信语言作为数据传输的基本协议，搭建数据模板，能够实时实现数据的自动保护、设置，研制变电站二次系统的测试装置样机，并在变电站内部进行现场的测试，进一步验证系统的实际性能。

1 系统测试基本功能要求

1.1 功能设计

对于二次系统的通信测试，最先需要准备的是测试文件。测试文件要基于标准的配置文件描述方法变电站系统配置文件（Substation Configuration Description，SCD）来制定，同时文件要按照标准的变电站智能设备配置语言（Substation Configure Language，SCL）规范的基本要求进行配置，此文件是进行变电站之间信息传递的标准规范之一。SCD文件包含了站内各种需要配置的信息，为了提升在测试过程中装置的稳定性能，在测试的首要环节便是要保障SCD文件的准确性。集成测试文件在开发过程中进行了SCD文件检查以及相关的测试功能，在对协议进行验证的过程中能够实现和DL/T860协议的对接和匹配。

在完成测试文件配置之后，需要在配置文件的基础上，对智能变电站的相关二次系统进行功能测试。集成测试系统中最重要的功能便是保障变电站功能的正常使用，集成测试系统能够根据保护装置实现对功能序列的基本定义，进而在具体应用过程中实现数据的自动加载。

1.2 测试流程介绍

根据上文所述，集成测试是基于XML语言进行模型的构建，从而建立强大的测试模型的数据库。借助建立变电站的SCD文件对数据进行解析，获取智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）的各类信息并进行数据的加载，所采集到的相关装置信息，在系统中实现制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）相关协议，从而对测试过程中的各类装置的数值及参数进行传递和分析，完成在整个测试过程中的数据传输。在测试过程中，其基本的数据流程如下。

（1）完成对相关装置的型号及其他参数的采集之后，根据相关模板自动对测试项进行加载，从而构建相关的测试数据模型。

（2）在采集测试过程中的交流电流和电压数据之后，能够确定相关采样是否存在数据异常，若存在采样不正常的问题，则系统会给予采样异常信号的预警，从而对测试环境进行预警。此种测试环境是导致测试过程中出现问题的最主要原因，必须对异常数据处理后重新启动测试工作。

（3）对开出、入量进行数据采集，从而确定相关的开关是否处于正常工作的状态。如果开关工作处于异常工作模式，则系统会给出开关量异常的提示，提示完成后，系统会自动结束测试工作。由于开关是否能够正常工作影响着项目后续测试环节，因此需要对实验过程中的相关开关进行优化和调整。

（4）软压板也是开展测试过程中非常重要的部件之一。在开展首次测试前需要对软压板进行准备，并使用微软媒体服务器协议（Microsoft Media Server Protocol，MMS）对其保护数值进行自动加载，随后开展相关的测试工作。若在软压板的动作方式不正常，则会出现信号异常信息，待异常处置完成后才可进行后续项目的测试工作。若设备在作业过程中，动作不正常，则需要对相关的设备参数和额定数值进行修改。

（5）待所有的测试项目完成之后，需要对测试项目进行关闭，最终形成项目的测试报告。最终完成测试全部流程。具体的流程如图1所示。

图1 测试工作的基本流程

1.3 系统的基本结构分析

根据上文所述，测试系统的结构分为上位机和下位机机构。下位机主要负责通信单元及其下位机构的系统管理，上位机系统主要负责具体的系统测试功能。从系统架构上讲，上位机主要实现测试系统的硬件支撑，下位机系统主要实现对系统功能的软件支撑。上位机和下位机主要通过通信管理的单元进行数据的传递和交换，交换协议支持标准的数据传输协议。

1.3.1 下位机

本文所使用的下位机主要选用嵌入式操作系统，其性能高，可支持大规模集成电路接口进行数据的传输。在传输过程中，各类数据接口以及外围的芯片均可进行数据的传递和分析。本文所使用的下位机系统是vxWorks系统，主要负责数据的实时计算，形成数据的收发报文，最终实现数据的快速分析。同时，在实验数据流程控制上，能够实现对时功能，在上位机系统以及被测试的装置中进行时钟的同步。在下位机系统中主要使用中央处理器（Central Processing Unit，CPU）开展数据的传递，从而与10/100 MHz的以太网进行数据通信，并且还支持Wi-Fi和上位机操作系统进行数据的交互，主要上传的信息为，事件顺序记录（Sequence Of Event，SOE）以及故障的相关信息等。

高性能PC指处理器，作为下位机的主要CPU，其主频能够达到800 MHz，其中内部存在可支持浮点运算的单元模块。此种模块具备强大的数据运算和处理能力，能够为系统建立起强大的数据处理单元，保障系统在测试过程中能够健壮稳定的运行。

现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）使用模块化的思想进行设计，主要依赖于硬件电路实现具体逻辑。其执行速度能够达到纳秒级别，从而可以将采集到的设备传输给下位机CPU，同时能够对数据报文的发送时间进行控制，并将最终的数据处理结果传输给上位机CPU，从而实现继电保护过程中不同格式的时间标记的转化。FPGA和CPU之间的数据交换是使用高速串行计算机扩展总线标准（Peripheral Component Interconnect express，PCIe）的协议，此种协议可实现大批量智能变电站的保护和测试。

1.3.2 上位机

作为纯软件部分，上位机是测试系统的辅助单元，能够协助测试人员实现系统的主要功能，为用户提供很好的人机交互界面。上位机的实现基本上是基于Windows和Linux平台进行，上位机系统的基本结构如图2所示。从上位机的功能模块来看，主要分为参数配置模块、测试模块和通信模块。参数配置模块为测试和数据通信提供数据支撑，测试模块负责结果的输出，通信模块负责和后台应用进行交互。

图2 上位机系统的基本结构

基于上文所述，上位机主要提供软件的框架主体，为用户提供良好的用户体验。支持各类扩展应用，不同扩展应用和整体框架之间采用XML语言作为通信协议。系统在开发过程中也要支持XML语言的模板搭建，并在此基础上建立全面的数据模型库，从而实现不同装备厂家对系统接入的要求，为自动化测试动作提供全面的数据保障。XML语言的结构化和可兼容性的特点，使变电站和其他平台之间能够无缝进行数据对接，从而使得平台能够在很大程度上具备通用性的效果。测试模块是测试模板的最直接组成元素。在模板配置基础上，根据测试任务的具体要求，添加对相关参数、故障或测试点以及相应的测试报告的定义，就形成了完整的测试模块。

2 结 论

随着工业水平的不断提高，工业用电数量呈现逐年增长的趋势。传统的变电站发电模式已经不支持高用电的要求，因此对发电机变电模式进行优化和创新势在必行。然而，变电站相关二次系统的运行稳定性是影响变电站工作效率的最为关键指标因素，鉴于此本文进行了研究，介绍了在系统建设过程中对其开展测试工作的最主要环节。本文研制的智能变电站保护装置集成测试系统分析了智能设备自动化测试流程，给出了保护装置集成测试系统的硬件、软件设计方案，系统的设计及实现能够满足设计之初的预期，测试效果能够满足保护设备的精度的基本要求，此装置和系统具备一定的应用价值。