CN108414849A - 智能变电站自动化测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供智能变电站手持式继电保护测试仪及自动化测试***，以解决现有技术方案中的问题，以简化测试配置，提高测试效率。包括：测试模板模块，测试用例设定模块，控制模块，测试结果生成模块。通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：智能变电站自动化测试***可以根据被测继电保护装置自动进行测试，简化测试配置，提高效率，降低使用人员的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及智能变电站领域，基于涉及智能变电站自动化测试***及方法。
背景技术
从2009年国家电网公司提出智能电网发展建设规划至今，公司已建成110kV及以上智能变电站840余座。为满足电网发展，保证设备运行可靠性，部分已投运智能变电站面临扩建或改造的需求，同时常规变电站也存在智能化改造的问题。与传统变电站相比，智能变电站二次***采用了信息建模、网络通信以及合并单元等新技术、新设备，传统的电缆连接物理信号转变成网络通信链路信号，一定程度实现了数据共享，有效简化全站结构，提高智能化水平。智能变电站过程层网络信息流既承载着采样、开关状态等电网运行状态数据，也承载着二次设备间跳闸、闭锁等控件命令.
智能变电站的安全稳定运行必将需要从业者专业知识、技能的升级。省级电科院、经研院、送变电公司、技能培训中心、电力学校等各省电力公司直属单位，分别承担着技术监督、试验检测、规划设计、工程建设、人才培养等服务于省级电网的职责，其在传统变电站相关业务领域积累了丰富的经验、培养了优秀的人才队伍，但在智能变电站相关业务领域，目前仍有待提高。主要问题表现在以下几个方面：
1.对智能变电站的技术知识体系、架构、虚端子连线的概念不熟悉；
2.对智能保护装置的问题排查流程不清晰，也缺少通用的标准规范；
3.对现场网络分析仪、交换机等通信网络工具对于变电站运行状况分析的意义不足；
4.对智能变电站测试仪器，包括手持式网络分析仪、手持式继电保护测试仪等的熟悉度不足，也增加了现场调试的复杂度；
5.对于智能变电站的异常情况、告警情况、动作问题的分析经验不足，尤其是在一些偶发性动作，缺少足够的经验积累。
本项目以上述问题作为出发点，进行对于智能变电站手持式继电保护测试仪及自动化测试***的研究，简化测试配置，提高测试自动化过程与效率，对于提高电网运行安全和稳定有重要的实际意义。
发明内容
本发明旨在提供智能变电站手持式继电保护测试仪及自动化测试***，以解决现有技术方案中的问题，以简化测试配置，提高测试效率。
为了实现所述目的，智能变电站自动化测试***，用于与继电保护测试仪以及被测继电保护装置相连，包括：
测试模板模块，用于存储有继电保护测试用例；
测试用例设定模块，获取被测继电保护装置的保护定值，并基于保护定值设定继电保护测试用例；
控制模块，用于根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
测试结果生成模块，用于读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
优选的，所述测试模板模块用于针对不同型号的被测继电保护装置设置多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，并根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，并根据保护定值设定选择的继电保护测试用例。
优选的，所述继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联，所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：根据保护定值得到与其关联的测试参数，根据测试产生设定继电保护测试用例。
优选的，所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。
优选的，***通过MMS接口与被测继电保护装置建立通信连接并获取所述保护定值。
优选的，所述基于动作报文生成测试结果包括：基于动作报文，获取继电被测继电保护装置的动作，所述动作包括调整、重合或后加速动作；判断动作误差是否满足设定要求，以及动作时间是否在设定范围内，以及动作逻辑是否正确，如果动作误差满足设定要求且动作时间在设定范围内且动作逻辑正确，则判断被测继电保护装置正常，否则判断被测继电器保护装置异常。
优选的，所述测试用例设定模块获取被测继电器保护装置的ICD文件，并基于ICD文件获被测继电器保护装置的保护定值。
本发明的另一方面，智能变电站自动化测试方法，包括：
设置继电保护测试用例，继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联；
获取被测继电保护装置的保护定值，基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例；
根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
优选的，针对不同型号的被测继电保护装置设置有多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值获取测试参数，所述基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，基于保护定值获取测试参数，根据测试参数设定选择的继电保护测试用例。
优选的，所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。
通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：智能变电站自动化测试***及方法可以根据被测继电保护装置自动进行测试，简化测试配置，提高效率，降低使用人员的技术要求。
附图说明
图1为实施例1中的***连接图；
图2为哈希表原理图；
图3为实施例2的方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
本发明提供了智能变电站自动化测试***，用于与继电保护测试仪以及被测继电保护装置相连，如图1所示，包括：
测试模板模块1，用于存储有继电保护测试用例；
测试用例设定模块2，获取被测继电保护装置的保护定值，并基于保护定值设定继电保护测试用例；
控制模块3，用于根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
测试结果生成模块4，用于读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
继电保护测试用例需要设置参数，本发明根据被测继电保护装置的保护定值，自动设定继电保护测试用例；并个基于继电保护测试用例进行测试，并得出测试结果，大大简化了配置复杂化，提高了效率，同时减低了使用人员的技术要求。
在一种实施方式中：所述测试模板模块用于针对不同型号的被测继电保护装置设置多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，并根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，并根据保护定值设定选择的继电保护测试用例。使得***可以适用于不同型号的设置继电保护设备。
在一种实施方式中：所述继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联，所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：根据保护定值得到与其关联的测试参数，根据测试产生设定继电保护测试用例。可以知道的，通过将继电保护测试用例的测试参数设置成与保护定值关联的参数，使得继电保护测试用例的测试参数可以根据保护定值自动调整，提高其试用范围，提高实用性。可以知道的，关联的方式有多种，如差值关联、比值关联、表格关联等，本申请不进行限定。
在一种实施方式中，所述基于动作报文生成测试结果包括：基于动作报文，获取继电被测继电保护装置的动作，所述动作包括调整、重合或后加速动作；判断动作误差是否满足设定要求，以及动作时间是否在设定范围内，以及动作逻辑是否正确，如果动作误差满足设定要求且动作时间在设定范围内且动作逻辑正确，则判断被测继电保护装置正常，否则判断被测继电器保护装置异常。可以知道的，被测继电器保护装置异常，可以显示的相关异常信息。
在一种实施方式中：所述测试用例设定模块获取被测继电器保护装置的ICD文件，并基于ICD文件获被测继电器保护装置的保护定值。
在一种实施方式中：所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。测试平台通过MMS接口与被测继电保护装置建立通信连接并获取所述保护定值。可以知道的，MMS接口基于IEC61850标准的MMS协议，本领域技术人员应当知晓，GOOSE报文和SMV报文基于IEC61850标准的两种报文，本领域技术人员应当知晓。为了便于连接，以下对IEC61850标准等相关内容做适当解释：
IEC 61850标准体系：
IEC61850标准在智能变电站得到普遍应用，其标准体系及应用规范已逐步细化。IEC 61850标准统一了变电站内部的信息模型，规范了全站所有设备的通信接口。标准定义了变电站监控自动化***由站控层、间隔层、过程层的三层网络架构组成，提出了SCL信息模型及描述、抽象通信服务接口(ACSI)、特定通信服务映射(SCSM)等技术，实现了设备间的互操作性和全站功能的可扩展性。
IEC61850标准按面向对象的统一建模思想将智能设备和***的功能数据按照逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的方式以树形结构来组织和构建，形成了各种SCL模型。
IEC 61850中针对装置IED定义了ICD文档结构，标准中包括通道信息、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性等格式。
IEC 61850-6中SCL采用XMLSchema文档类型定义SCL文档结构，标准中以SCL.xsd作为主文件，引用和包含了其他7个Schema文件，用于校验IED配置文件格式的正确性与数据信息的有效性。
IEC61850为了实现设备间的互操作，采用了标准化的通信服务接口技术。在站控层网络，采用了IEC 61850/MMS标准化通信服务，实现接入测控、保护、PMU、故障录波器、一次设备状态监测等设备和子***。在站控层或过程层网络，采用IEC61850/GOOSE标准化通信服务用于设备之间的实时报文快速传输，实现网络跳闸和设备之间的联闭锁。在过程层网络，采用IEC 61850-9-2标准化的采样值传输通信服务，实现采样测量值的网络传输。
采样值传输标准体系：
电气采样的数字化传输模式大幅提高了变电站的信息容量，简化了变电站的信息共享及设备间互操作。目前，智能变电站的工程实施中采样值传输模式主要包括IEC60044-8FT3点对点传输、IEC61850-9-2点对点传输及IEC61850-9-2组网传输等方式，IEC60044-8FT3采用串行数据传输方式。IEC61850-9-2协议是按照IEC61850-7-2规定的采样值数据模型及相关ACSI服务定义的过程层与间隔层之间通信传送采样值的特定通信服务映射，支持对数据集的更改和对数据对象的直接访问；帧格式可灵活定义，并支持单播方式，对ASCI模型的支持也更加完备。IEC61850-9-2包括点对点传输方式与组网传输方式。点对点方式适用于单间隔或对数据同步性要求不高的场合，组网方式适合间隔较多的数据传输应用。
制造报文规范MMS：
IEC6150在技术上的一人显著特点就是便用了制造报文规范MMS，MMS的目的是为了规范工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备、智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备入网提供了方便，易于实现信息互通和资源共享，只要是符合MMS标准的的能实现相同功能的设备就可以进行设备替换。变电站层和间隔层的通信采用抽象通信服务接口ACSI映射到MMS。
SCD文件解析：
SCD文件是通过XML文件格式来描述的，对于XML文件的主流解析技术有DOM(Document Object Model，文档对象模型)解析方法和SAX(Simple API for XML，XML的简单API模型)解析方法。这两种接口规范各有侧重，互有长短，应用都比较广泛。DOM方式是把整个XML文档转化成DOM树放在了内存中，应用程序可以在任何时候访问XML文档中的任何一部分数据，因此，当文档比较大或结构比较复杂时，对内存的需求就比较高。SAX是一种逐行扫描文档，一边扫描一边解析，访问速度快、效率高，但不支持随机访问。本文中考虑到SCD文件规模不会太庞大，选用了DOM的方法加上Xpath(XML Path Language)技术进行解析。Xpath是基于对象模型DOM的路径语言，可以使用Xpath方便快捷查找某个特定节点，或查找与某个条件匹配的所有节点。有效的利用Xpath技术，可以跳过复杂的递归运算，提高程序的运行效率。
被测继电保护装置的保护定值可以通过解析SCD文件获取；
SCD内容解析程序流程:
第一步，装载SCD文件形成DOM树，并填充元素，PCDATA、CDATA块被扩展。同时通过XPath技术获取关键元素以及属性，比如通过XPath获取IED列表xpath_node_set IED_list＝doc.select_nodes("/SCL/IED")，然后遍历xpaht_node_set容器提取每一个IED的名称、类型等参数；
第二步，建立数据模板的哈希表，用于后面数据查找，大幅提高查找速度。
第三步，获取控制块的通信参数。xpath_node_set ConnectedAP_list＝doc.select_nodes("/SCL/Communication/SubNetwork/Con nectedAP")；获取所有GSE、SMV的MAC-Address、VLAN-ID、APPID通信参数；
第四步，依据GSE、SMV的通信参数在IED节点中查找对应数据集以及对应的通道描述、通道叶子节点；
第五步，获取GOOSE、SMV订阅。进入Inputs节点获取装置订阅的虚端子；
第六步，依据订阅和发布的关系查找装置的关联关系。
提升解析速度的关键：第四步的过程中会涉及到非常多的重复查找，也是程序最耗时的地方，为了改进解析速度，这里我们将用到哈希算法，这也是本文能够快速解析的关键所在。Hash，一般翻译做“散列”，也有直接音译为“哈希”的，就是把任意长度的输入(又叫做预映射，pre-image)，通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是，散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。Hash主要用于信息安全领域中加密算法以及快速查找，它把一些不同长度的信息转化成杂乱的128位的编码，这些编码值叫做HASH值.也可以说，Hash就是找到一种数据内容和数据存放地址之间的映射关系。哈希算法实现的方式有很多，本文采用斐波那契(Fibonacci)散列法来实现哈希算法，它的基本原理如图2所示。
左边很明显是个数组，数组的每个成员包括一个指针，指向一个链表的头，当然这个链表可能为空，也可能元素很多。我们根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中去，也是根据这些特征，找到正确的链表，再从链表中找出这个元素。
本文的第二步建立了三个哈希表，分别为将(/SCL/DataTypeTemplates)下面的LNodeType节点与它的id字段建立哈希表，DOType节点与它的id字段建立哈希表，DAType节点与它的id字段建立哈希表这样我们通过FCDA节点查找的时候，就可以非常快速的找到需要的数据了。
性能测试：我们在Intel(R)Core(TM)[email protected]处理器下，通过此种方式的SCD文件解析速度测试结果如下：40M的SCD文件解析速度1秒，70M的SCD文件解析速度2秒，175M的SCD文件4秒，当文件大了以后，速度的瓶颈就是装置文件形成DOM的过程，通过此种方式的解析速度达到了行业领先水平，并大幅提高了工程效率。
SMV报文的发送：
按照IEC61850标准SMV有两种采样频率，一种是80点/周，一种是256点/周。本信号发生设备需要发送这种两种采样频率，考虑继电保护对SMV数据等间隔传输的要求以及GOOSE传输实时性的要求，硬件平台拟考虑FPGA+ARM相结合的方式来实现，FPGA用来保证SMV数据的等间隔传输。
在考虑发送常规的SMV数据的同时，需要发送SMV数据定制的功能，通常有以下几种:
①、常规的SMV发送是按每秒4000点发送，每个点之间的间隔是250us，范围在正负10us以内，通常测试仪都是等间隔发送，本设备还需要模拟所发送的报文时间间隔不在所规定的范围内。
②、模拟各种SMV参数错误，如序号偏差，丢帧、同步标志、品质测试、序号跳变、错值测试，版本、SMVID、MAC地址、帧重复、通道延时变化、品质变化、双AD采样异常等。
③、模拟错误报文，如APDU错误、ASDU错误、报文超时。
④、提供comrade数据回放功能。
⑤、提供发送pcap文件功能。
⑥、提供SMV报文编辑接口，用户可以自由编辑SMV报文，并按一定规则发送所编辑的报文。
GOOSE报文的发送
通用面向对象的变电站事件GOOSE机制是IEC61850标准的重要特点，具有优先级控制的以太网传输，GOOSE应用于保护跳闸等重要报文、逻辑闭锁等，必须在规定时间传送到目的地，对实时性、可靠性的要求也非常高。
研究GOOSE报文多状态、多时序的的发送。多状态考虑虚端子单个信号从分到合、从合到分的切换，多时序考虑虚端子多个状态持续时间的连续及可配置。
在考虑发送常规的GOOSE数据的同时，需要发送GOOSE数据定制的功能，通常有以下几种:
①、在满足常规的GOOSE发送机制的同时，考虑多状态、多时序的发送。多状态考虑虚端子单个信号从分到合、从合到分的切换，多时序考虑虚端子多个状态持续时间的连续及可配置。
②、模拟各种GOOSE参数错误，如丢帧、SQ、ST逆转、复位、检修、状态虚变，事件丢失、发送机制错误等。
③、模拟错误报文，如APDU错误、ASDU错误、报文超时。
④、提供comrade数据回放功能。
⑤、提供发送pcap文件功能。
⑥、提供GOOSE报文编辑接口，用户可以自由编辑GOOSE报文，并按一定规则发送所编辑的报文。
MMS客户端通信
MMS客户端主要对保护、测控、录波器等智能装置的MMS通信测试，需要本设备做为客户端发出读取装置参数、定值、遥测值、遥信值、压板，报告等信息，并能修改装置参数、定值、软压板等设备数据。
在考虑召唤常规的MMS数据的同时，需要发送MMS数据定制的功能，通常有以下几种:
①、模拟修改定值错误的流程。
②、模拟信号复归、遥控录波等错误的流程。
③、模拟软压板修改错误的流程。
实施例2：
智能变电站自动化测试方法，如图3所示，包括：
步骤S1：设置继电保护测试用例，继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联；
步骤S2：获取被测继电保护装置的保护定值，基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例；
步骤S3：根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
步骤S4：读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
在一种实施方式中，针对不同型号的被测继电保护装置设置有多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值获取测试参数，所述基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，基于保护定值获取测试参数，根据测试参数设定选择的继电保护测试用例。
在一种实施方式中，所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.智能变电站自动化测试***，用于与继电保护测试仪以及被测继电保护装置相连，其特征在于，包括：
测试模板模块，用于存储有继电保护测试用例；
测试用例设定模块，获取被测继电保护装置的保护定值，并基于保护定值设定继电保护测试用例；
控制模块，用于根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
测试结果生成模块，用于读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
2.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，所述测试模板模块用于针对不同型号的被测继电保护装置设置多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，并根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，并根据保护定值设定选择的继电保护测试用例。
3.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，所述继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联，所述基于保护定值设定继电保护测试用例包括：根据保护定值得到与其关联的测试参数，根据测试产生设定继电保护测试用例。
4.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。
5.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，***通过MMS接口与被测继电保护装置建立通信连接并获取所述保护定值。
6.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，所述基于动作报文生成测试结果包括：基于动作报文，获取继电被测继电保护装置的动作，所述动作包括调整、重合或后加速动作；判断动作误差是否满足设定要求，以及动作时间是否在设定范围内，以及动作逻辑是否正确，如果动作误差满足设定要求且动作时间在设定范围内且动作逻辑正确，则判断被测继电保护装置正常，否则判断被测继电器保护装置异常。
7.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试***，其特征在于，所述测试用例设定模块获取被测继电器保护装置的I CD文件，并基于I CD文件获被测继电器保护装置的保护定值。
8.智能变电站自动化测试方法，其特征在于，包括：
设置继电保护测试用例，继电保护测试用例的测试参数与保护定值关联；
获取被测继电保护装置的保护定值，基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例；
根据设定好的继电保护测试用例驱动继电器保护测试仪输出测试电压和测试电流；
读取被测继电保护装置的动作报文，基于动作报文生成测试结果。
9.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试方法，其特征在于，针对不同型号的被测继电保护装置设置有多个所述继电保护测试用例；所述基于保护定值获取测试参数，所述基于保护定值获取测试参数并基于测试参数设定继电保护测试用例包括：获取被测继电保护装置型号，根据继电保护器型号选择与继电器保护型号对应的继电保护测试用例，基于保护定值获取测试参数，根据测试参数设定选择的继电保护测试用例。
10.如权利要求1所述的智能变电站自动化测试方法，其特征在于，所述测试用例设定有不同的故障，根据设定的故障产生相应的SMV报文和GOOSE报文,并将SMV报文和GOOSE报文发送至被测继电保护装置。
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