CN103728557A - 非侵入式继电保护系统闭环测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能变电站技术领域的非侵入式继电保护系统闭环测试系统及方法，包括：测试控制模块、数据解析模块、网络通信模块和数据存储模块。本发明通过合并单元、保护装置、智能终端的MMS通信端口及SV通信端口，在不变更保护系统的任何联接线的前提下，完成非侵入式的测试；同时，本发明能够实现测试结果的自动评价和被测继电保护系统测试结果比对文档的完整管理，有效地提高了智能变电站继电保护系统的测试效率，减少了因保护装置检验停役一次设备的几率，提高了电力系统的安全性。

Description

非侵入式继电保护系统闭环测试系统及方法

技术领域

本发明涉及的是一种智能变电站技术领域的测试系统，具体是一种基于测试用例的非侵入式继电保护系统闭环测试系统及方法。

背景技术

智能变电站自动化系统基于IEC61850体系，提出了过程层的概念，过程层IED装置（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）合并单元、智能终端应运而生。过程层IED装置靠近一次宿主设备（互感器、断路器）就地化安装体现了未来智能变电站建设的发展趋势，然而，过程层IED装置分散式布置的特点，给常规测试方式带来了诸多不便。所谓常规测试模式就是在IED装置附近人工搭建测试环境，断开合并单元与互感器的联接，智能终端与断路器的联接压板，接入保护专用测试仪的电流/电压输入通道，按照保护装置的整定参数，输入能确保在该整定阀值（如电流、电压、阻抗等）下保护动作的电流/电压激励信号，保护装置（含智能终端）由此产生激励响应，形成故障报告（包含保护动作事件及基于COMTRADE格式的录波文件），形成一次完整的人工测试过程和记录报告。因此，过程层IED装置增加MMS通信端口，将有可能通过MMS网络构成继电保护闭环测试系统，从合并单元的输入源施加测试激励量，有效提高测试效率。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101432633，公开日2009-05-13，公开了一种用于变电站自动化系统的系统级测试，包括变电站自动化(SA)系统的复数个保护、控制和测量(PCM)智能电子设备，用于符合IEC61850的变电站。该技术通过在测试设备中对至少一个IED进行仿真，扩展的SA系统的所有可以想到的控制或保护功能/应用的扩展的测试得以改进，该扩展的SA系统包括大量的具有多种配置的IED。因此，只有数量有限的IED作为单个设备物理地存在于测试环境中，由具有合适的数据处理装置的专用测试设备对至少一个更进一步的IED的行为进行仿真。通过变电站通信网络，测试设备根据其通信配置和设备配置，向物理上存在的要进行测试的IED发送表示所仿真的IED的行为的网络消息。然后，通过对被测设备在其模拟输出和数字输出方面的响应进行分析，以及通过对通信网络上的该被测设备的响应进行分析，验证所配置的IED功能的正确工作，即，由测试设备触发的预期的正确动作。优选地对用于SA系统测试的装备自动地进行检测和配置。

该技术仅仅在于通过模拟仿真IED，在有限的物理设备IED基础上，搭建扩大规模的测试系统，测试预期系统的网络响应和功能配置。并非对于变电站实际运行IED装置的测试。这将导致无法有效验证变电站实际IED装置之间信号关联的正确性

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种非侵入式继电保护系统闭环测试系统及方法，通过合并单元、保护装置、智能终端的MMS通信端口及合并单元的SV网络端口，在不变更被测保护系统任何联接线的前提下，完成继电保护系统功能验证和回路验证的测试；同时，本发明能够实现测试结果的自动评价和被测继电保护系统测试结果比对文档的完整管理，提高了智能变电站继电保护系统的测试效率，减少了因保护装置检验停役一次设备的几率，提升了电力系统的安全性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种非侵入式继电保护系统闭环测试系统，包括：测试控制模块、网络通信模块、数据解析模块和数据存储模块，其中：测试控制模块接收人工的测试指令，输出至网络通信模块、数据存储模块和数据解析模块；根据测试指令中所指定的被测保护系统，调用数据存储模块中被测保护装置的故障报告作为测试用例；支持所调用数据存储模块的测试用例以及测试结果比对可视化展示。网络通信模块经MMS网络接收来自人工测试及电网事故情况下保护装置的故障报告，输出至数据存储模块作为非侵入式测试的测试用例。将来自来自测试控制模块的测试指令经MMS网络分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将来自数据解析模块的测试激励量经SV网络通信口，以SV格式送至合并单元的SV网络口。数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令及数据存储模块的测试用例，解析测试用例中COMTRADE文件所对应的被测保护系统电流/电压采样值，作为测试激励量并转换为SV格式输出至网络通信模块。数据存储模块接收来自测试控制模块的测试指令，依据参数匹配原理将对应于被测保护系统的测试用例送至数据解析模块；将基于测试激励量所形成的保护装置故障报告与被调用的测试用例进行比较，生成测试结果比对文档并输出至测试控制模块。

本发明涉及上述系统的测试方法，包括以下步骤：

第一步，测试控制模块经人机接口形成保护系统测试指令，传输至数据存储模块、数据解析模块及网络通信模块；

第二步，数据存储模块根据来自测试控制模块的测试指令，匹配数据存储模块中的被测保护装置的故障报告作为测试用例，并传送至数据解析模块；

第三步，数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令，将来自数据存储模块的测试用例解析成被测保护系统的测试激励量，并转换成SV报文送至网络通信模块；

第四步，网络通信模块将来自来自测试控制模块的测试指令分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将SV报文的测试激励量送至合并单元的SV网络口；

第五步，合并单元在TEST模式下，用于测试的SV网络口接收SV格式的测试激励量，通过以太网口以网络或直联光缆方式施加给被测保护装置的电流/电压输入通道；保护装置由此产生激励响应形成故障报告，发出GOOSE报文至智能终端，并接受来自测试系统经MMS网络对于保护装置故障报告的调用。

第六步，数据存储模块接收经网络通信模块传输被测保护装置的故障报告，比对所调用的测试用例，保存本次测试结果及比对结果，并支持可视化展示及后续的数据调用。

至此，完成基于测试用例的继电保护系统非侵入式闭环测试过程，整个测试步骤没有变更被测保护系统的任何联接线。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过非侵入式基于测试用例的继电保护系统闭环测试，大大简化了变电站保护系统及回路的测试，提高了二次系统的整体可靠性，保证了保护系统的安全运行，提高了电力系统供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图中：①测试指令、②测试用例、③测试激励量SV报文、④故障报告、⑤保护控制命令、⑥测试文档。

图2为实施例测试流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的非侵入式继电保护系统闭环测试系统，包括：测试控制模块、测试解析模块、网络通信模块和数据存储模块，其中：测试控制模块接收人工的测试指令输出至网络通信模块、数据存储模块和数据解析模块；根据测试指令中所指定的被测保护系统，调用数据存储模块中被测保护装置的故障报告作为测试用例；支持所调用数据存储模块的测试用例以及测试结果比对可视化展示。网络通信模块经MMS网络接收来自人工测试及电网事故情况下保护装置的故障报告，输出至数据存储模块作为非侵入式测试的测试用例。将来自来自测试控制模块的测试指令经MMS网络分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将来自数据解析模块的测试激励量经SV网络通信口，以SV格式送至合并单元的SV网络口。数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令及数据存储模块的测试用例，解析测试用例中COMTRADE文件所对应的被测保护系统电流/电压采样值，作为测试激励量并转换为SV格式输出至网络通信模块。数据存储模块接收来自测试控制模块的测试指令，依据参数匹配原理将对应于被测保护系统的测试用例送至数据解析模块；将基于测试激励量所形成的保护装置故障报告与被调用的测试用例进行比较，生成测试结果比对文档并输出至测试控制模块。

所述的测试指令包括：被测保护系统装置的名称、保护整定值调整要求、测试启动标志以及激励量测试的初始时间Ttest。

所述的测试用例包括：人工测试以及电网故障时保护装置动作形成的故障报告，包含保护动作信息报告及对应COMTRADE格式保存的录波文件等。

所述的人工测试激励响是指：常规测试模式，即在确定做某套保护系统后，断开合并单元与电流、电压互感器的联接，智能终端与断路器的联接，使保护系统处于被测试状态，根据被测保护系统的整定值，计算所需要施加的测试激励量，采用标准的保护试验仪器从被测保护系统的合并单元装置施加激励量，保护装置由此产生激励响应，驱动智能终端产生跳闸命令，并形成保护装置故障报告。

所述的电网故障激励响应是指：在电网发生故障时，保护装置感受到故障激励量，产生激励响应，驱动智能终端产生跳闸命令，并形成保护装置故障报告。

所述的测试激励量是指：解析测试用例中COMTRADE文件形成的电流/电压采样值，以及来自测试控制模块的测试启动时间Tstart；进一步地，该测试激励量还可以包括被测保护装置定值调整（如电流、电压、阻抗等），可以通过增加电流/电压幅值因子后的COMTRADE录波文件实现。

所述的COMTRADE是指：IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式，每个COMTRADE记录都有一组最多4个与其相关的文件，包括：a）标题文件(head)、b）配置文件(CFG)、c）数据文件(data)、d）信息文件(inf)。

所述的电流/电压幅值因子是指：因保护整定值（电流、电压、阻抗）调整后对于电流/电压通道幅值调整的数值因子，其倍率等于调整后保护整定值与调整前保护整定值之比。

所述的测试控制模块包括：人机接口单元、数据传输单元和信息展示单元，其中：人机接口单元接收人工下达的测试指令,并输出至数据传输单元；数据传输单元将测试指令传输至数据存储模块、数据解析模块、网络通信模块，并接收来自数据存储模块的故障报告和测试结果比对文档；信息展示单元支持可视化方式实现故障报告和测试结果比对文档的可视化展示。

所述的数据解析模块包括：指令接收单元和用例解析单元，其中：指令接收单元接收来自测试控制模块的测试指令及来自数据存储模块的测试用例，形成对于测试激励量的解析要求，如测试启动时间Tstart等，传送至用例解析单元；用例解析单元据此将测试用例中COMTRADE格式的录波文件解析为SV格式的测试激励量，并输出至网络通信模块。

所述的网络通信模块包括：网络接口单元和数据传输单元，其中：数据传输单元接收测试控制模块的测试指令，及来自数据解析模块SV格式的测试激励量；网络接口单元将测试指令经MMS网络送至被测保护系统的合并单元、保护装置和智能终端，将SV格式的测试激励量通过SV网络送至合并单元SV网络端口；此外，网络接口单元接收来自保护装置故障报告，经数据传输单元输出至数据存储模块。

所述的数据存储模块包括：用例匹配单元、测试比对单元和数据存储单元，其中：用例匹配单元接收来自测试控制模块的测试指令，并与数据存储单元中的被测保护装置故障报告进行匹配形成测试用例，将测试用例输出至数据解析模块；测试比对单元根据来自网络通信模块的保护装置故障报告与其所调用的测试用例进行比对，将比对结果分别输出至数据存储单元和测试控制模块；数据存储单元根据保护装置的名称分别存储其对应的故障报告、比对结果。

如图2所示，本实施例通过以下方式实现自动测试：

S100，测试控制模块经人机接口形成保护系统测试指令，传输至数据存储模块、数据解析模块及网络通信模块；

S200，数据存储模块根据来自测试控制模块的测试指令，匹配数据存储模块中的被测保护装置的故障报告作为测试用例，并传送至数据解析模块；

S300，数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令，将来自数据存储模块的测试用例解析成被测保护系统的测试激励量，并转换成SV报文送至网络通信模块；

S400，网络通信模块将来自来自测试控制模块的测试指令分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将SV报文的测试激励量送至合并单元的SV网络口；

S500，合并单元在TEST模式下，用于测试的SV网络口接收SV格式的测试激励量，通过以太网口以网络或直联光缆方式施加给被测保护装置的电流/电压通道；保护装置由此产生激励响应形成故障报告，发出GOOSE报文至智能终端，并接受来自测试系统经MMS网络对于保护装置故障报告的调用。

S600，数据存储模块接收经网络通信模块传输被测保护装置的故障报告，比对所调用的测试用例，保存本次测试结果及比对结果，并支持可视化展示及后续的数据调用。

至此，完成基于测试用例的继电保护系统非侵入式闭环测试过程，整个测试步骤没有变更保护系统的任何联接线。

这样，变电站实现保护系统测试时不需要人工更改接线，提高了保护系统的检验效率，降低了对现场检验人员的技术要求。为实现保护系统的状态检修提供了必要条件，提高了电力系统供电的可靠性。

Claims (7)

1.一种非侵入式继电保护系统闭环测试系统，其特征在于，包括：测试控制模块、测试解析模块、网络通信模块和数据存储模块，其中：测试控制模块接收人工的测试指令，输出至网络通信模块、数据存储模块和数据解析模块；根据测试指令中所指定的被测保护系统，调用数据存储模块中被测保护装置的故障报告作为测试用例；支持所调用数据存储模块的测试用例以及测试结果比对可视化展示；网络通信模块经MMS网络接收来自人工测试及电网事故情况下保护装置的故障报告，输出至数据存储模块作为非侵入式测试的测试用例；将来自来自测试控制模块的测试指令经MMS网络分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将来自数据解析模块的测试激励量经SV网络通信口，以SV格式送至合并单元的SV网络口；数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令及数据存储模块的测试用例，解析测试用例中COMTRADE文件所对应的被测保护系统电流/电压采样值，作为测试激励量并转换为SV格式输出至网络通信模块；数据存储模块接收来自测试控制模块的测试指令，依据参数匹配原理将对应于被测保护系统的测试用例送至数据解析模块；将基于测试激励量所形成的保护装置故障报告与被调用的测试用例进行比较，生成测试结果比对文档并输出至测试控制模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的测试控制模块包括：人机接口单元、数据传输单元和信息展示单元，其中：人机接口单元接收人工下达的测试指令,并输出至数据传输单元；数据传输单元将测试指令传输至数据存储模块、数据解析模块、网络通信模块，并接收来自数据存储模块的故障报告和测试结果比对文档；信息展示单元支持可视化方式实现故障报告和测试结果比对文档的可视化展示。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据解析模块包括：指令接收单元和用例解析单元，其中：指令接收单元接收来自测试控制模块的测试指令及来自数据存储模块的测试用例，形成对于测试激励量的解析要求，如测试启动时间Tstart等，传送至用例解析单元；用例解析单元据此将测试用例中COMTRADE格式的录波文件解析为SV格式的测试激励量，并输出至网络通信模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的网络通信模块包括：网络接口单元和数据传输单元，其中：数据传输单元接收测试控制模块的测试指令，及来自数据解析模块SV格式的测试激励量；网络接口单元将测试指令经MMS网络送至被测保护系统的合并单元、保护装置和智能终端，将SV格式的测试激励量通过SV网络送至合并单元SV网络端口；此外，网络接口单元接收来自保护装置故障报告，经数据传输单元输出至数据存储模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据存储模块包括：用例匹配单元、测试比对单元和数据存储单元，其中：用例匹配单元接收来自测试控制模块的测试指令，并与数据存储单元中的被测保护装置故障报告进行匹配形成测试用例，将测试用例输出至数据解析模块；测试比对单元根据来自网络通信模块的保护装置故障报告与其所调用的测试用例进行比对，将比对结果分别输出至数据存储单元和测试控制模块；数据存储单元根据保护装置的名称分别存储其对应的故障报告、比对结果。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的测试指令包括：被测保护系统的装置的名称、保护整定值调整要求、测试启动标志以及激励量测试的初始时间Ttest；

所述的测试用例包括：人工测试以及电网故障时保护装置动作形成的故障报告，包含保护动作信息报告及对应的COMTRADE格式保存的录波文件；

所述的人工测试激励响是指：常规测试模式，即在确定做某套保护系统后，断开合并单元与电流、电压互感器的联接，智能终端与断路器的联接，使保护系统处于被测试状态，根据被测保护系统的整定值，计算所需要施加的测试激励量，采用标准的保护试验仪器从被测保护系统的合并单元装置施加激励量，保护装置由此产生激励响应，驱动智能终端产生跳闸命令，并形成保护装置故障报告；

所述的电网故障激励响应是指：在电网发生故障时，保护装置感受到故障激励量，产生激励响应，驱动智能终端产生跳闸命令，并形成保护装置故障报告；

所述的测试激励量是指：解析测试用例中COMTRADE文件形成的电流/电压采样值，以及来自测试控制模块的测试启动时间Tstart；进一步地，该测试激励量还包括被测保护装置定值调整，通过增加电流/电压幅值因子后的COMTRADE录波文件实现；

所述的COMTRADE是指：IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式，每个COMTRADE记录都有一组最多4个与其相关的文件，包括：a）标题文件、b）配置文件、c）数据文件、d）信息文件；

所述的电流/电压幅值因子是指：因保护整定值调整后对于电流/电压通道幅值调整的数值因子，其倍率于调整后保护整定值与调整前保护整定值之比。

7.一种根据上述任一权利要求所述系统的非侵入式测试方法，包括以下步骤：

S100，测试控制模块经人机接口形成保护系统测试指令，传输至数据存储模块、数据解析模块及网络通信模块；

S200，数据存储模块根据来自测试控制模块的测试指令，匹配数据存储模块中的被测保护装置的故障报告作为测试用例，并传送至数据解析模块；

S300，数据解析模块依据来自测试控制模块的测试指令，将来自数据存储模块的测试用例解析成被测保护系统的测试激励量，并转换成SV报文送至网络通信模块；

S400，网络通信模块将来自来自测试控制模块的测试指令分别发送至合并单元、保护装置以及智能终端，使合并单元、保护装置以及智能终端置于TEST模式；将SV报文的测试激励量送至合并单元的SV网络口；

S500，合并单元在TEST模式下，用于测试的SV网络口接收SV格式的测试激励量，通过以太网口以网络或直联光缆方式施加给被测保护装置的电流/电压通道；保护装置由此产生激励响应形成故障报告，发出GOOSE报文至智能终端，并接受来自测试系统经MMS网络对于保护装置故障报告的调用。

S600，数据存储模块接收经网络通信模块传输被测保护装置的故障报告，比对所调用的测试用例，保存本次测试结果及比对结果，并支持可视化展示及后续的数据调用。

至此，完成基于测试用例的继电保护系统非侵入式闭环测试过程，整个测试步骤没有变更保护系统的任何联接线。

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