CN103176084B - 全景取代模式的智能变电站模拟系统及其集成测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全景取代模式的智能变电站模拟系统及其集成测试方法，采用由第三方专用装置或PC机构成的全景数据模拟系统取代变电站实际的二次设备，通过导入全站SCD文件实现对全站所有信息交互数据的模拟，与被测试设备进行信息交互，验证被测试设备乃至整个系统的配置、虚端子和专项性能的正确性。本发明智能变电站全景取代模式集成测试方法采用固定的模拟装置取代大量的工程实际设备，省去了集成测试过程中屏柜搬运、系统构建、网络接线等繁杂的工作，也可避免人为配置大量工程装置时的失误带来的不利影响，简化集成测试流程，节约大量测试时间，提高集成测试效率，有利于批量化开展集成测试，适应智能变电站大规模建设的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于全景取代模式的智能变电站模拟系统及其集成测试新方法，适用于智能变电站大规模建设的需求，保证系统功能和性能需求，提高系统集成测试效率，属于电力自动化技术领域。
背景技术
智能变电站普遍采用系统集成测试+现场调试的模式保证整个系统功能的正确和性能的可靠。目前，系统集成测试是智能变电站调试过程中解决问题的重要阶段，在实验室或厂内将所有二次设备按照实际工程配置组建成完整的系统进行配置和测试，解决系统配置、设备之间互联和互通以及新设备和新技术的专项性能测试。系统集成测试在实验室或厂内保证了系统功能，可大大减少现场调试的工作量和时间，为智能变电站的顺利投运和可靠运行提供技术保障。
随着智能电网进入了全面加快建设的新阶段，“十二五”期间国网公司范围将建设110kV及以上智能变电站6100座。常规系统集成测试需要对设备进行搬运、对系统进行组建、配置和功能验证、性能试验等，每个工程测试至少需要1个月时间，已无法满足目前智能变电站大规模建设的需求。因此必须对集成测试的流程和项目进行深入研究，寻找新型的试验方法，对智能变电站二次系统进行快速和准确进行测试。
智能变电站测试试验主要解决设备互联互通问题和新设备专项性能问题。前者由配置文件决定，变电站每台二次装置配置相差较大，验证其正确性工作内容繁琐，而且设备配置经常在试验过程需要修改，重复工作量大，占据了集成测试的大部分时间，但其又是其它专项试验和现场调试的基础；后者与装置的硬件、软件性能有关，一般每一类型装置的专项性能相同。因此集成测试时只需对同一类型装置的性能抽检一台或两台，其余装置可在现场调试阶段进行；而设备的配置每套都需验证。
智能变电站二次设备基于IEC61850标准，采用网络数字化方式实现信息交互，几根光纤或网线就可实现设备所有的对外信息交互，而且信息交互内容全部体现在SCD配置文件的虚端子中。随着智能二次设备应用的不断成熟，不同设备对标准的理解也趋于统一，实现了二次设备的输入输出外特性与设备的具体硬件和应用程序解耦，可对设备的输入、输出特性进行模拟。因此，虚端子测试可采用模拟的数据与被试设备信息交互的方式进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用全景数据模拟取代的方式实现智能变电站全站数据模拟的系统及利用此系统进行集成测试的方法，高效、便捷的完成系统配置以及智能二次设备之间虚端子联系正确性验证，同时完成设备功能和性能的测试，最大限度的减少目前系统集成测试中复杂而又重复的工作，提高测试效率，满足智能变电站大规模建设过程中调试时间短、任务重的要求。
智能变电站二次设备之间的输入输出数据、信息交互、虚端子联系完全依赖于系统配置文件，也即二次设备的GOOSE、SV的输入输出以及MMS信息输出等外特性完全依赖于配置文件，而与具体硬件和功能程序解耦。这使得第三方设备或软件可模拟智能二次设备的输出GOOSE、SV、MMS等数据，这些数据符合IEC61850一致性要求，且与变电站中真实装置的输出一致。同时，这些第三方设备或软件也可接收智能二次设备的输出数据，并对其进行正确性验证。因此，第三方设备或软件可根据配置文件取代工程中实际设备模拟发送和接收数据，对相关的智能二次设备输入输出虚端子联系进行测试。智能变电站集成测试过程中，对全站所有的信息交互数据模拟，进行全站虚端子联系和设备输入输出特性验证，保证设备之间互联、互通的正确性，同时开展数据同步、网络可靠性等专项性能测试，为后续现场调试提供基础。
为保证智能变电站大规模建设的测试有序开展，简化系统集成测试流程，提高测试效率，保证系统的功能的正确，本发明提供一种全景取代模式的智能变电站模拟系统，其特征在于：
由多台能够导入系统配置文件的第三方专用装置或PC机构成，所述第三方专用装置或PC机基于系统配置与被测试设备进行信息交互，对全站所有二次装置模拟发送和接收GOOSE、SV、MMS等数据。
包括过程层合并单元和智能终端模拟装置、间隔层保护和测控模拟装置以及站控层监控后台和远动装置，还包括工程实际网络结构中必须的网络设备，如站控层网络设备、间隔层网络设备，这些装置基于系统配置文件模拟发送被测设备需要接收的GOOSE、SV或MMS数据，同时也接收被测设备发送的GOOSE、SV或MMS数据，并验证其与配置文件的一致性和正确性。
具备多个与实际工程中相同速率、接口类型的外部通信接口，包括光纤以太网接口、电以太网接口或光纤FT3接口。
被测试系统通过点对点或组网、光纤口或电口等形式接入模拟系统进行测试，点对点或组网、光纤口或电口等接入形式与实际工程一致。
本发明提供一种基于全站信息数据取代模式的智能变电站系统集成测试的新方法，其特征在于：
1）所述集成测试新方法中采用数据模拟系统取代智能变电站工程中实际二次装置并模拟其发送、接收交互数据，与被测试设备进行信息交互，对被测试设备配置、全站虚端子联系的正确性和设备输入输出特性进行验证，并可开展数据同步、网络可靠性等专项性能测试；
不需将全站所有二次设备组建系统，只需利用全景取代模拟系统对典型的设备进行配置、虚端子以及专项性能测试，其中典型设备需要更换配置，以达到对全站所有配置正确性验证的要求；
2）所述新方法中数据模拟系统依赖系统配置文件对全站的信息交互数据进行模拟发送和接收，并且符合IEC61850一致性要求；
3）所述新方法测试过程中数据模拟系统与被试单体设备或分系统进行GOOSE、SV、MMS等信息的交互，实现对被试设备或分系统配置和GOOSE、SV、MMS交互正确性验证；
4）所述新方法利用模拟系统模拟发送被测试设备的接收数据，改变数据状态验证被测试设备的配置、虚端子联系和响应特性；利用模拟系统接收被测试设备的发送数据，并验证数据的一致性以及数据发送间隔、状态标识正确性；
5）所述新方法测试过程中需要对全站所有设备的配置及虚端子联系进行全面验证；
6）所述集成测试新方法需要对验证正确的设备配置文件和配置参数以及系统配置文件存档，现场将存档的配置下载到实际设备中即可实现整个系统的信息正确交互；
7）所述集成测试新方法利用模拟系统模拟同步或异常的SV数据，验证保护、测控等设备的数据同步性能；利用模拟系统模拟GOOSE、SV、MMS数据及网络风暴异常情况，验证被测试系统的过程层GOOSE网络性能、过程层SV网络性能以及站控层MMS网络的性能。
发明所达到的有益效果：
本发明针对目前智能变电站大规模建设、试验的需求，提出一种基于全景取代模式的智能变电站模拟系统及其集成测试方法，采用由第三方专用装置或PC机构成的全景数据模拟系统取代变电站实际的二次设备，通过导入全站SCD文件实现对全站所有信息交互数据的模拟，与被测试设备进行信息交互，验证被测试设备乃至整个系统的配置、配置文件、配置参数、虚端子和转向性能的正确性；还可开展数据同步、网络可靠性等专项性能测试，可省去目前集成测试过程中的屏柜搬运、系统构建、接线等繁杂工作，简化集成测试流程，提高测试效率，在保证系统功能正确的基础上最大程度减少测试时间，有利于批量化开展集成测试，适用于智能变电站大规模建设阶段的系统集成测试。因此，本方法既能满足设备及二次系统功能完整和性能可靠，又能保证系统测试时间短的需求，提高系统集成测试的效率。
附图说明
图1为本发明智能变电站集成测试新方法系统结构示意图；
图2为本发明智能变电站集成测试新方法流程示意图。
具体实施方式
建立如图1所示的数据模拟系统，按照实际工程的二次系统结构和组网方式，按工程设计网络方式将模拟系统和网络设备构建成全景数据模拟环境。
1）数据模拟系统由第三方独立设备或软件组成，如图1所示，主要包括过程层合并单元和智能终端模拟装置、间隔层保护和测控模拟装置、站控层监控后台和远动装置模拟装置、站控层网络交换机、间隔层网络交换机等；
2）模拟系统的装置只模拟发送或接收实际二次设备的输入输出数据，并不涉及实际二次设备的内部逻辑；
3）模拟系统基于系统配置文件模拟发送被测设备接收的GOOSE、SV、MMS等数据，同时也接收被测设备发送的GOOSE、SV、MMS等数据并验证其与配置文件的一致性和正确性；
4）模拟系统的过程层智能终端模拟装置可由专用装置或PC机实现，根据SCD文件实现GOOSE数据的输入输出，主要模拟一次设备的位置节点及设备的告警信号，同时接收被测保护、测控的GOOSE命令并作出响应；该模拟装置能模拟多台智能终端的外特性，提供多个以太网光纤接口，实现与间隔层设备连接；
5）模拟系统的过程层合并单元模拟装置考虑到SV数据的处理量大，对数据发送时间精度要求高，采用专用的装置实现，其SV报文的特性满足Q/GDW 441-2010的要求，其SV输出数据通道由SCD文件决定，而SV具体的数值大小以及额定延时的大小可由软件置数；该模拟装置能模拟多台合并单元的SV输出，提供多个以太网光纤接口，实现与保护装置的点对点连接和与测控装置的组网连接，并能够模拟点对点和组网连接时的不同特性；
6）模拟系统的间隔层保护模拟装置可由专用装置或PC机实现，根据系统配置文件实现保护装置的GOOSE、MMS数据输出及GOOSE、SV、MMS数据接收，为被测保护装置和智能终端提供GOOSE数据输出，也能接收被测保护装置和智能终端的GOOSE信号以及合并单元的SV数据，同时还能为站控层被测设备提供MMS信号，模拟保护装置定值以及软压板的控制响应；该模拟装置提供多个以太网接口，实现与过程层设备、间隔层设备以及站控层设备的连接；
7）模拟系统的间隔层测控模拟装置可与保护模拟装置采用同一设备实现，其根据系统配置文件实现测控装置的GOOSE、MMS数据输出及GOOSE、SV、MMS数据接收，为被试智能终端提供GOOSE命令、测控装置提供GOOSE联闭锁信号，也能接收被测智能终端的GOOSE信号及合并单元SV数据，同时还能为站控层被测设备提供MMS信号，模拟与站控层设备之间的遥控操作；
8）模拟系统的站控层监控后台和远动装置模拟装置可由专用服务器或PC机实现，其带有一定的数据库，可以实现监控后台、远动装置的通信交互功能，实现对间隔层设备的控制以及接收间隔层设备的信号，并且可根据接收信号判断被试设备的行为的正确性；该设备模拟装置主要是模拟站控层设备的外特性，如一次设备的遥控、遥调、软压板的遥控、定值召唤、定值修改以及MMS告警信号、遥测量的解析。
被测试系统接入全景数据模拟系统进行测试，接入形式与实际工程一致，至少包括点对点或组网、光纤口或电口的接入形式。
验证被测试单体设备的配置、输入输出数据一致性、虚端子联系正确性以及数据同步等专项性能，验证GOOSE、SV、MMS网络参数配置正确性和性能可靠性，实现全站系统配置和专项性能的全面验证。
本发明智能变电站集成测试新方法采用如图1所示的数据模拟系统取代工程中实际的设备发送GOOSE、SV、MMS等数据，符合IEC61850一致性要求，与被测设备、装置或分系统进行信息交互，可验证被测设备、装置或分系统的虚端子联系及输入输出外特性的正确性，最终验证全站系统配置文件的正确、可靠性，同时还可利用模拟数据进行一些专项性能测试。这种全景取代的测试模式不需构建智能变电站二次全系统，利用数据模拟系统对全站的信息进行标准化模拟，只需对少量典型设备或典型分系统进行测试，通过改变被测设备的配置即可测试全站配置的正确性，保证整个二次系统设备间正常信息交互，同时可测试数据同步、网络可靠性等专项性能，省去了集成测过程中屏柜搬运、系统构建、网络接线等繁杂的工作，也可避免人为配置大量工程装置时的失误带来的不利影响，节约大量测试时间，提高集成测试效率，适应智能变电站大规模建设的需求。
本发明所述智能变电站集成测试新方法开展实际测试工作时，具体实施步骤如下，如图2所示：
1）按照实际工程需求，进行系统SCD文件的配置、网络设备参数配置，检查配置文件语法、语义正确性和参数冲突性检查；
2）按照实际工程的二次系统结构和组网方式，选择相应的过程层合并单元模拟装置和智能终端模拟装置、间隔层保护模拟装置和间隔层测控模拟装置、站控层监控后台和远动装置模拟装置，并按工程设计网络方式将模拟系统和网络设备构建成全景数据模拟环境；
3）将被测试设备或分系统接入全景数据模拟环境，过程层GOOSE、SV和站控层MMS的接入方式按照实际工程设计而定，接入方式包括点对点光纤接入、组网光纤接入、组网电口接入以及双网接入和单网接入；
4）全景数据模拟系统导入变电站系统配置文件SCD，进行正确性检查，若模拟系统能正常运行，则选择需要模拟设备进行数据模拟；若模拟系统运行异常，则需要修改系统配置文件或对模拟系统设置进行调整，重复4）；
5）从系统配置文件SCD导出被测试设备的配置并下载到被测设备中，检查设备运行状态，若被测试设备对配置正常运行，则进行后续测试工作；若被测试设备对配置运行异常，则修改系统配置文件SCD或被测试设备设置，重复4）；
6）全景数据模拟环境根据虚端子联系发送被测试设备所接收的GOOSE、SV、MMS等数据，检查被测试设备对模拟数据的处理、响应情况，若被测试设备运行正常并正确处理模拟数据，则继续后续测试；若被测试设备对模拟数据不能正确处理或响应异常，则修改系统配置文件SCD，重复4）；
7）全景数据模拟环境接收被测试设备所发送的GOOSE、SV、MMS等数据，并检查被测试设备的发送数据是否与配置文件中一致，主要包括交互信号的通信参数、数据内容、变化传送情况、发送时间间隔等，若被测试设备的发送数据与配置文件中相一致，则进行后续测试；若被测试设备的发送数据与配置文件不一致，则修改被测试设备的设置或程序并重新下装配置，并重复7）；若系统配置文件SCD需要修改，则修改SCD文件，并重复4）；
8）被测试设备一个间隔的配置验证完成后，保存被测试设备关于该间隔的所有配置文件和配置参数，并从SCD文件中导出下一间隔的配置，重复4）；
9）被测试设备的所有相关间隔的配置、虚端子联系都验证正确后，则选择下一个典型被测试设备进行所有相关间隔的配置、虚端子联系的验证；
10）所有被测试设备的配置和虚端子联系都验证正确后，全站的系统配置和系统的虚端子联系验证完成，开展二次设备专项性能测试，主要包括数据同步、网络可靠性；
11）专项性能验证完成后，全景取代模式集成测试完成。
上述实施例不以任何方式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1. 一种全景取代模式的智能变电站模拟系统，其特征在于：由多台能够导入系统配置文件的第三方专用装置或PC机构成，所述第三方专用装置或PC机基于系统配置与被测试设备进行信息交互，模拟全站所有二次装置发送和接收GOOSE、SV、MMS数据；
包括过程层合并单元和智能终端模拟装置、间隔层保护和测控模拟装置以及站控层监控后台和远动装置，还包括工程实际网络结构中必须的网络设备，这些装置基于系统配置文件模拟发送被测设备需要接收的GOOSE、SV或MMS数据，同时也接收被测设备发送的GOOSE、SV或MMS数据，并验证其与配置文件的一致性和正确性；
采用模拟系统取代智能变电站工程中实际二次装置并模拟其发送和接收数据，与被测试设备进行信息交互，验证被测试设备配置、虚端子联系的正确性以及专项性能。
2.根据权利要求1所述的全景取代模式的智能变电站模拟系统，其特征在于：具备多个与实际工程中相同速率、接口类型的外部通信接口，包括光纤以太网接口、电以太网接口或光纤FT3接口。
3.根据权利要求2所述的全景取代模式的智能变电站模拟系统，其特征在于：被测试系统通过点对点或组网、光纤口或电口形式接入模拟系统进行测试，点对点或组网、光纤口或电口接入形式与实际工程一致。
4.根据权利要求1所述的全景取代模式的智能变电站模拟系统集成测试方法，其特征在于：利用模拟系统对典型设备进行配置、虚端子以及专项性能测试，通过对典型设备更换配置，达到对全站所有设备配置正确性的验证。
5.根据权利要求1所述的全景取代模式的智能变电站模拟系统集成测试方法，其特征在于：利用模拟系统模拟发送被测试设备的接收数据，改变数据状态验证被测试设备的配置、虚端子联系和响应特性；利用模拟系统接收被测试设备的发送数据，并验证数据的一致性以及数据发送间隔、状态标识正确性；模拟同步或异步的采样数据，验证保护或测控的采样同步性能；利用模拟系统模拟网络风暴异常情况，验证被测试网络的可靠性。
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