智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

閆江海，張瑞鵬，張亦凌

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司運(yùn)城供電公司，山西 運(yùn)城 044000；2.寧波大學(xué)，浙江 寧波 315000）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)智能變電站的廣泛應(yīng)用，充分利用計(jì)算信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)智能變電站內(nèi)設(shè)備規(guī)范化建模，同時(shí)利用仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的虛擬化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)廠站端智能設(shè)備輸出信息的可控性與可交互性，通過(guò)動(dòng)態(tài)控制相關(guān)智能設(shè)備的信息輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)廠端站與調(diào)度主站之間的數(shù)據(jù)交互性測(cè)試。

1 系統(tǒng)構(gòu)建的目的和意義

目前，智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)測(cè)試仍借助一些功能單一的調(diào)試工具來(lái)進(jìn)行，由于缺乏功能完善的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行全面定量測(cè)試，無(wú)法滿足智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信對(duì)點(diǎn)測(cè)試的需求。為了解決上述問(wèn)題，本系統(tǒng)基于模塊化設(shè)計(jì)思想，提出了一種智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，用于智能變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度主站之間遠(yuǎn)動(dòng)通信相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試。系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建完整的廠站內(nèi)繼電保護(hù)、測(cè)控裝置、故障錄波器等設(shè)備信息的標(biāo)準(zhǔn)化輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備信息的遠(yuǎn)傳與測(cè)試。該系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中該系統(tǒng)可代替和模擬實(shí)際的智能化設(shè)備與遠(yuǎn)方調(diào)度主站之間進(jìn)行對(duì)點(diǎn)測(cè)試，大大簡(jiǎn)化廠站端和遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)調(diào)試的復(fù)雜度，提高了智能變電站運(yùn)行的可靠性及安全性，是在傳統(tǒng)變電站遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新技術(shù)嘗試。

智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)是以滿足智能變電站設(shè)備數(shù)據(jù)通信管理方面的應(yīng)用要求為目標(biāo)的信息系統(tǒng)，是面向智能調(diào)度集控一體化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

圖1 遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)框架圖

2 對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)解決的主要問(wèn)題

智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)兼具設(shè)備仿真、設(shè)備管理以及系統(tǒng)維護(hù)等功能，具體組成如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)功能組成

2.1 規(guī)范智能變電站支持遠(yuǎn)動(dòng)功能的測(cè)試流程

通過(guò)對(duì)變電站站控系統(tǒng)支持遠(yuǎn)動(dòng)功能的測(cè)試技術(shù)研究，來(lái)規(guī)范測(cè)試流程并實(shí)現(xiàn)智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信對(duì)點(diǎn)測(cè)試工作的規(guī)范化。

2.2 優(yōu)化智能變電站支持遠(yuǎn)動(dòng)功能的測(cè)試策略

1)研究測(cè)試策略可靈活配置、報(bào)文流量可調(diào)整控制的測(cè)試技術(shù)。

2)研制基于制造報(bào)文規(guī)范MMS (manufacturing message specification)報(bào)文的繼電保護(hù)、測(cè)控裝置等仿真運(yùn)行設(shè)備。

通過(guò)測(cè)試策略可靈活配置、報(bào)文流量可調(diào)整控制的測(cè)試技術(shù)及研制基于MMS報(bào)文仿真保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備，用以提高智能變電站集成測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效率[1]。

3 對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)理論

系統(tǒng)基于開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[2]，采用跨平臺(tái)思想實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理模塊、智能測(cè)試知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)、測(cè)試分析模塊、數(shù)據(jù)發(fā)布模塊等。

系統(tǒng)一方面通過(guò)構(gòu)建設(shè)備事件信息的輸出，從數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)3個(gè)環(huán)節(jié)充分驗(yàn)收廠站端與遠(yuǎn)方主站之間遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性；另一方面由圖3所示可以看出系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建智能設(shè)備仿真運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)相關(guān)控制命令的全支持，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)控制命令正確性、及時(shí)性的規(guī)范化測(cè)試。

系統(tǒng)完全可以滿足智能變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)之間對(duì)點(diǎn)測(cè)試過(guò)程的正確性和規(guī)范性，提升智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理水平。

圖3 遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 智能化建模技術(shù)

IEC61850設(shè)備的模型文件是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心，因此對(duì)模型文件的分析與重構(gòu)就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的搭建。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備提供的智能設(shè)備能力描述文件ICD(IED capability description)、智能設(shè)備實(shí)例配置文件CID(configured IED description)或者全站系統(tǒng)配置文件SCD(substation configuration description)的分析與建模，自動(dòng)構(gòu)建滿足智能變電站測(cè)試所需要的外部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)交互環(huán)境，而不采用完全手工映射配置的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以減少中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，確保配置數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。同時(shí)系統(tǒng)保留了良好的可擴(kuò)展性和易維護(hù)性，并保留人工配置方式，確保智能化設(shè)備模型文件中非規(guī)范化部分的設(shè)備建模工作。

通過(guò)此種方式采用統(tǒng)一建模方式生成一、二次設(shè)備及圖形的模型文件，當(dāng)構(gòu)建的智能化變電站或部分智能化設(shè)備配置發(fā)生變更時(shí)，只要通過(guò)在系統(tǒng)中進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置增加或修改對(duì)智能化設(shè)備的描述即可完成測(cè)試環(huán)境的的構(gòu)建，無(wú)需系統(tǒng)維護(hù)人員太多的手工干預(yù)。

3.2.2 設(shè)備行為控制

設(shè)備行為控制技術(shù)主要包括設(shè)備信息時(shí)序性控制、功能性控制、頻度控制三方面。通過(guò)對(duì)設(shè)備大量歷史行為進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，同時(shí)形成具有設(shè)備典型特征的設(shè)備信息時(shí)序規(guī)則庫(kù)，仿真運(yùn)行控制系統(tǒng)通過(guò)加載相應(yīng)的時(shí)序規(guī)則庫(kù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備仿真運(yùn)行時(shí)序高度可控性。不同類型、不同配置的設(shè)備功能存在較大的差異，基于設(shè)備功能應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)建模，通過(guò)數(shù)據(jù)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)界面應(yīng)用與設(shè)備仿真運(yùn)行的高度離散，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中功能化應(yīng)用的靈活性與通用性。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)通信控制技術(shù)

在對(duì)點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中通過(guò)測(cè)試模型可以動(dòng)態(tài)設(shè)定仿真系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)流量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)與仿真設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互情況與傳輸質(zhì)量，形成真正意義上的網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)通信測(cè)試與控制。根據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信情況實(shí)時(shí)增加或減少仿真設(shè)備的信息輸出量、信息輸出類型、網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信控制與遠(yuǎn)方調(diào)度主站業(yè)務(wù)應(yīng)用測(cè)試的結(jié)合。

通過(guò)對(duì)MMS協(xié)議特征字匹配分析，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信交互過(guò)程分析，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層信息、業(yè)務(wù)流持續(xù)時(shí)間、平均流速率、字節(jié)長(zhǎng)度分布等網(wǎng)絡(luò)通信指標(biāo)[3]。通過(guò)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)通信指標(biāo)的深化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制相關(guān)數(shù)據(jù)交互的控制命令下發(fā)、設(shè)備信息返回、控制系統(tǒng)復(fù)核等指標(biāo)性問(wèn)題。

4 對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)施方案

智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，適宜于智能變電站調(diào)試及運(yùn)行檢修使用，通過(guò)MMS通訊協(xié)議模擬遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)，進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，在站端監(jiān)控屏及調(diào)度端進(jìn)行信號(hào)驗(yàn)證，提高智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)傳動(dòng)效率。

4.1 開關(guān)量/模擬量配置

此功能根據(jù)需求設(shè)定、修改仿真設(shè)備開關(guān)量、模擬量配置。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)更新仿真運(yùn)行設(shè)備的開關(guān)量信息、模擬量信息，并可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的智能化匹配，實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行設(shè)備的高相似度運(yùn)行。

4.2 單點(diǎn)測(cè)試及測(cè)試用例

1)單點(diǎn)測(cè)試提供了1臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的發(fā)生故障時(shí)的故障信息與錄波文件的上送功能。

2)單個(gè)設(shè)備按照故障仿真配置用例進(jìn)行故障仿真測(cè)試。

3)多個(gè)設(shè)備按照故障仿真配置用例進(jìn)行故障仿真測(cè)試。

圖4所示為測(cè)試策略可靈活配置的單設(shè)備典型測(cè)試用例，利用腳本化的測(cè)試用例配置語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)測(cè)試策略的靈活配置。

圖4 單設(shè)備典型測(cè)試用例

4.3 ASCI服務(wù)一致性測(cè)試

遠(yuǎn)動(dòng)檢驗(yàn)項(xiàng)目抽象通信服務(wù)接口ASCI(abstract communication service interface)服務(wù)一致性測(cè)試主要包括應(yīng)用關(guān)聯(lián)模型、服務(wù)器/邏輯設(shè)備/邏輯節(jié)點(diǎn)/數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)集模型、報(bào)告模型以及控制模型等測(cè)試。

4.4 性能測(cè)試

4.4.1 設(shè)備控制功能測(cè)試

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理遠(yuǎn)方調(diào)度主站下發(fā)的控制命令，并按預(yù)定的測(cè)試方案實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)與測(cè)控裝置之間的交互時(shí)序控制、合理性控制、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與超時(shí)控制等功能。

系統(tǒng)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在站內(nèi)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)頻繁中斷、海量事件順序記錄SOE(sequence of event)事件上送、裝置通信異常等各種情況下遠(yuǎn)方調(diào)度主站命令的執(zhí)行情況以及站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)通信管理裝置的并發(fā)數(shù)據(jù)處理能力。設(shè)備控制功能測(cè)試包括肯定測(cè)試和否定測(cè)試兩個(gè)部分，具體如表1所示。

表1 設(shè)備控制功能測(cè)試

表2 網(wǎng)絡(luò)通道通斷可控功能測(cè)試

4.4.2 網(wǎng)絡(luò)通道通斷可控功能測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)通道通斷可控功能測(cè)試內(nèi)容如表2所示。

4.4.3 輸出信息可控功能測(cè)試

輸出信息可控功能測(cè)試內(nèi)容如表3所示。

表3 輸出信息可控功能測(cè)試

4.5 測(cè)試模板管理

模板管理提供了刪除、增加、修改測(cè)試模板的功能。系統(tǒng)在仿真運(yùn)行過(guò)程中將相似的數(shù)據(jù)對(duì)象按功能抽象成統(tǒng)一用途和性能的數(shù)據(jù)測(cè)試模板，并且存儲(chǔ)在系統(tǒng)測(cè)試模板庫(kù)中。在仿真運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)可以根據(jù)以往測(cè)試數(shù)據(jù)的特征信息逆向匹配出當(dāng)前仿真運(yùn)行設(shè)備可用的測(cè)試模板，實(shí)現(xiàn)測(cè)試模板的智能化管理。

4.6 測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)備仿真運(yùn)行過(guò)程中基于IEC61850進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的全部信息。測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能主要是特定時(shí)間周期內(nèi)保護(hù)仿真裝置與遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互情況基于裝置參數(shù)、保護(hù)定值、采樣數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、動(dòng)作信息、告警信息、故障錄波等類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)與匯總[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)靈活配置測(cè)試策略，智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)提供了智能變電站與遠(yuǎn)動(dòng)之間的標(biāo)準(zhǔn)化快速測(cè)試，簡(jiǎn)化了智能變電站應(yīng)用及調(diào)試的復(fù)雜度，從而提高了智能變電站集成測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效率，對(duì)智能變電站的廣泛應(yīng)用及性能測(cè)試進(jìn)行了有益的探索。