CN104601415B - 一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述方法包括：建立虚拟局域网VLAN；通过对应的所述虚拟局域网VLAN获取所述过程网络的SV采样数据和GOOSE状态数据；通过对应的所述虚拟局域网VLAN获取所述间隔层网络MMS测量数据；通过对应的所述虚拟局域网VLAN获取所述站控层远动网关机104传输数据；对所有所述数据进行跨层对比分析。本发明提供的技术方案解决了智能变电站内部稳态数据缺乏有效闭环测试的验证问题，能够为调度主站提供可靠、准确的测量数据。

Description

一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统

技术领域：

本发明涉及电力自动化领域，更具体涉及一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统。

背景技术：

变电站是电网数据的源头，确保变电站源头数据的准确性和可靠性是保障电网运行监视和各类智能化评估分析的基础。在传统变电站中，测量数据从测控装置直接传输给远动装置，并上送给调度主站，由于整个环境是开放模式，变电站当前运行的测量量、状态量信息目前缺乏闭环测试，不能够有效保障数据从采集到传输各个环节的有效性，仅在调度主站才对数据的有效性进行状态评估，且是结合电网的拓扑结构及相关参数来进行，评估的准确性和可靠性难以保证。若能够在变电站内部对数据的有效性进行闭环测试和比对分析，不仅能够进一步提高变电站数据采集的整体质量水平，提升电网运行的安全行和可靠性，能够简化调度主站工作，为变电站及调度主站各类高级应用提供有力支撑，同时也能够实现变电站数据的自动化检测，提高现场调试效率。

并没有对上送数据进行核对和评估，难以对数据的整个质量和可信度提供保障，为此，调度主站在进行相关高级应用分析时，均会结合电网的拓扑结构对接收的测量值和状态信息等稳态数据进行状态评估，以确保接收的测量值、状态值的准确性及匹配性，这不仅增加了调度主站的工作量，而且也难以完全保障每次评估分析的正确性。

本发明提供的技术方案就是针对智能变电站数据传输网络化的特点，根据智能变电站过程层、间隔层和站控层三层的总体结构，采用主动搭接的模式构建闭环测试网络，实现对变电站测量量、状态量等稳态数据的闭环测试，并自动针对测试结果进行比对分析。

发明内容：

本发明的目的是提供一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统，解决智能变电站内部稳态数据缺乏有效闭环测试的验证，不能够为调度主站提供可靠、准确的测量数据的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述方法包括：

通过划分虚拟局域网VLAN建立独立的测试网络；

通过所述测试网络获取所述智能变电站的网络数据；

跨层比对分析所述网络数据。

本发明提供的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述划分虚拟局域网VLAN包括：建立所述网络数据中的SV采样数据的虚拟局域网VLAN、所述网络数据中的GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN、所述网络数据中的MMS测量数据的虚拟局域网VLAN和所述网络数据中的104传输数据的虚拟局域网VLAN。

本发明提供的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述SV采样数据包括过程层合并单元的测量量；所述GOOSE状态数据包括过程层智能终端和合并单元的状态量。

本发明提供的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述MMS测量数据包括所述间隔层测控装置的测量数据和状态数据。

本发明提供的另一优选的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述104传输数据包括通过所述站控层远动网关机获取的所述间隔层测试装置的测量数据和状态数据。

本发明提供的又一优选的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述数据进行跨层对比分析包括：

若所述SV采样数据和MMS测量数据相同，所述SV采样数据和104传输数据不同，则诊断所述远动网关机配置错误或故障；

若所述MMS测量数据和104传输数据相同，所述MMS测量数据与SV采样数据不同，则诊断所述间隔层测控装置配置错误或故障；

若所述SV采样数据、MMS测量数据和104传输数据均不相同，则诊断所述间隔层测控装置和站控层远动网关机配置错误；

若所述SV采样数据、MMS测量数据和104传输数据相同，则诊断所述智能变电站正常运行。

本发明提供的又一优选的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述方法通过过程层合并单元和智能终端的MAC地址、间隔层测控装置的IP地址和站控层远动网关机的104点号进行关联，获取对应的数据信息。

本发明提供的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法的测试系统，包括：

交换机，建立虚拟局域网VLAN；

测试设备，通过所述交换机获取所述过程网络的SV采样数据和GOOSE状态数据，获取所述所述间隔层网络MMS测量数据，获取所述站控层远动网关机104传输数据；并对所有所述数据进行跨层对比分析。

本发明提供的又一优选的一种测试系统，还包括：

传输设备，将所有所述数据的信息传输至所述交换机。

本发明提供的又一优选的一种测试系统，所述交换机包括：

SV采样数据和GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的SV采样数据和GOOSE状态数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述SV采样数据和GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN；

MMS测量数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的MMS测量数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建MMS测量数据的虚拟局域网VLAN；

104传输数据的虚拟局域网VLAN模块。根据所述交换机的104传输数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建104传输数据的虚拟局域网VLAN。

本发明提供的又一优选的一种测试系统，所述交换机包括：

SV采样数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的SV采样数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述SV采样数据的虚拟局域网VLAN；

GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述GOOSE状态数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN；

MMS测量数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的MMS测量数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建MMS测量数据的虚拟局域网VLAN；

104传输数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的104传输数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建104传输数据的虚拟局域网VLAN。

本发明提供的又一优选的一种测试系统，所述测试设备包括：

报文解析模块，分别从各自虚拟局域网VLAN中获取SV采样数据报文、GOOSE数据报文、MMS测量报文和104传输数据报文，解析并获取相应的报文数据；

计算模块，对过程层所述SV采样数据报文的采样数据进行缓存，将缓存的采样数据进行插值成32点/周波的采样数据，再进行傅里叶计算，得出过程层网络传输的电压和电流；

对比分析模块，

若所述SV采样数据的计算值和MMS测量数据相同，所述SV采样数据的计算值和104传输数据不同，则诊断所述远动网关机配置错误或故障；

若所述MMS测量数据和104传输数据相同，所述MMS测量数据与SV采样数据的计算值不同，则诊断所述间隔层测控装置配置错误或故障；

若所述SV采样数据的计算值、MMS测量数据和104传输数据均不相同，则诊断所述间隔层测控装置和站控层远动网关机配置错误；

若所述SV采样数据的计算值、MMS测量数据和104传输数据相同，则诊断所述智能变电站正常运行。

本发明提供的又一优选的一种测试系统，所述传输模块包括：光纤和网络传输模块。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供的技术方案结合智能变电站测量数据网络传输的现状，采用主动搭接的模式构建闭环测试网络，实现对变电站测量量、状态量等稳态数据的闭环测试并自动针对测试结果进行比对分析；

2、本发明提供的技术方案解决了智能变电站内部稳态数据缺乏有效闭环测试的验证的问题，能够为调度主站提供可靠、准确的测量数据的问题。

3、本发明提供的技术方案为变电站及调度主站各类高级应用提供有力支撑，确保电网安全稳定运行；

4、本发明提供的技术方案不仅能够实现变电站数据的自动化检测，提高现场调试效率，减少调度主站工作，同时还能够提高变电站数据采集的整体质量；

附图说明

图1为本发明提供的技术方案的测试框图；

图2为本发明的提供的方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明一种智能变电站稳态数据闭环测试方法及其测试系统，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述方法包括如图2所示的步骤：

步骤s101：通过划分虚拟局域网VLAN建立独立的测试网络；

步骤s102：通过所述测试网络获取所述智能变电站的网络数据；

步骤s103：跨层比对分析所述网络数据。

通过对应的所述虚拟局域网VLAN获取所述间隔层网络MMS测量数据；

所述测试系统，如图1所示，包括：

交换机，建立虚拟局域网VLAN；

测试设备，通过所述交换机获取所述过程网络的SV采样数据和GOOSE状态数据，获取所述间隔层网络MMS测量数据，获取所述站控层远动网关机104传输数据；并对所有所述数据进行跨层对比分析；

传输设备，将所有所述数据的信息传输至所述交换机。

VLAN划分。首先测试设备通常为测试人员的上位机或笔记本电脑，将其与测试用的独立交换机进行连接。若全站SV/GOOSE报文、MMS报文和104报文均接入了同一个交换机，这会导致全站网络的连通，会对过程层、间隔层和站控层网络造成干扰。为此，需要对接入的网络进行隔离，以测试用笔记本电脑的连接口为基础，分别于SV/GOOSE网口组建VLAN1，之后再与MMS网口组建VLAN2、与104网口组建VLAN3，具体如图1所示，如此有效确保了SV/GOOSE网络、MMS网络、104报文之间的相互独立，互不干扰，同时又确保了测试用笔记本可实现全站各类报文的接收，这就为闭环测试分析创造了条件。另外，上述是针对SV/GOOSE共网模式的，若变电站内部SV和GOOSE分开组网，为避免两个网络因接入测试用交换机而导致原有SV和GOOSE网络连通，因此需要分别将其与测试用端口划分VLAN，此种情况下，针对SV、GOOSE、MMS、104端口与测试接入网口就可分别构建VLAN1、VLAN2、VLAN3和VLAN4。

从过程层接入SV报文和GOOSE报文。当SV和GOOSE分别组网时，分别从SV网和GOOSE网络接入光纤(智能变电站过程层网络多采用光纤传输)并连接至测试用的独立交换机；当SV和GOOSE共网时，直接接入光纤并连接至测试用的独立交换机。从过程层接入的SV报文基于IEC61850-9-2规约，接入端口为ST百兆光纤网口，用于解析计算测量量数值；从过程层接入的GOOSE报文仅接收状态量信息。

从间隔层接入MMS报文。测控装置向监控系统传输的遥测、遥信数据均是通过MMS报文的URCB、BRCB模块进行传输，从MMS网络中接入网线并连接至测试用的独立交换机。

从站控层接入104报文。测控装置向监控系统传输遥测遥信数据时，站控层的远动网关机也会同步接收MMS报文，并获取各测控装置上送的测量量和状态量信息，同时再根据自身的参数配置，选取相关数据并采用IEC60870-5-104规约(简称104)传输给调度主站。此时从其上送的网络中接入网线并连接至测试用的独立交换机。

报文的处理，主要针对过程层SV/GOOSE报文、间隔层MMS报文和站控层104报文的进行处理，具体如下：

(1)对于过程层SV和GOOSE报文，两者的处理方式稍有不同。GOOSE报文由于发送频率较低，在无开关变位的情况下报文发送的间隔都是好几秒，比较典型的是5-10秒，这对于测试用的笔记本来说处理起来相当容易，只需解析GOOSE报文并提出相关状态信息即可。对于SV采样报文，由于发送频率较高，在变电站内通常都是由专用的硬件装置来处理，但由于本专利仅仅是一种测试方法，其数据计算的实时性要求远远低于变电站工程应用的要求，这就意味中这些采样报文不需要每个周波都进行计算，相反，只要每秒计算一次即可。具体计算时可连续抽取三个完整波形的采样数据，初步计算出电压、电流的幅值和相位即可，目的是要能够提供一个可以闭环比对的参考量。此种情况下，即使有测量数据的短暂突变也不会对整个测试产生影响，因为本专利关注的是变电站连续稳定运行情况下的闭环测试，测量数据的短暂突变对于闭环测试是没有参考意义的，相反，若测量数据变化后一直保持，则该方法自然也可获取该状态量。由于各个间隔合并单元、智能终端的MAC地址是不同的，因此，在进行报文接收时会自动根据各MAC地址建立与对应间隔及测控装置的关联，以便为后续的闭环比对分析提供保障。

(2)对于MMS报文的处理。由于测控装置的MMS通信依赖的是以太网传输，因此，测试笔记本只需连接各测控装置的IP地址建立通信连接即可，此时即可接收测控装置的MMS报文的URCB和BRCB报告控制模块并获取对应的测量数据和状态数据。由于测控装置上述的数据是经过滤波及傅里叶计算处理后的结果，因此，此时获取的数据就是测控装置上显示的电压、电流值和开关状态值。由于每个测控装置的IP地址均不相同，这也就意味着根据各个IP地址可以建立与不同间隔的关联关系。

(3)104报文的处理。由于变电站数据通信网关机采用的是104报文传输，该规约也是基于TCP/IP网络传输的，这就为其报文的解析提供了便利，根据接收到的104报文，可以有效获取各个间隔测控装置上送的电压、电流和开关状态信息。由于各个间隔上送的数据及顺序是预先配置好的，因此也可根据数据通信网关机的相关配置后与各间隔及测控装置建立关联关系。

针对同一间隔的处理，采用过程层的MAC地址、MMS的IP地址以及104的点号为组合类型进行关联配置，如此，就自动实现了同一间隔内过程层计算数据、MMS测量数据和104上送数据之间的提取，为数据的分层搭接和闭环比对提供了基础。

闭环数据的对比分析。数据的比对主要针对过程层SV计算数据、MMS测量数据和104上送数据展开，一般情况下，假如有1个数据与其它两个差异较大，则根据具体情况进行分析：

(1)若是SV计算数据与MMS测量数据相同，而104上送数据存在差异，则可以诊断为数据通信网关机配置错误或装置异常。

(2)若是SV计算数据与104上送数据相同，而MMS测量数据不同，此种情况仅是数学上的一种概率，实际情况是不可能出现的。因为远动网关机的数据来源就是MMS测量数据，若这两者就不同，可以诊断为数据通信网关机配置错误，而此时再强调过程层SV计算数据与104上送数据相同，这是不符合实际情况的，因此，此种情况不可能发生。

(3)若是MMS测量数据和104上送数据相同，但过程层SV计算数据不同，由此可以诊断为测控装置配置错误或装置异常。原因在于104上送数据源自测控装置的MMS数据，除非配置错误，否则两者应该相同，但若MMS数据与过程层SV计算数据不同，则可以诊断为测控装置配置错误或异常，否则两者的数据应该相同。

(4)若SV采样计算数据、MMS测量数据和主站104上送数据均不相同，则诊断为测控装置和远动网关机配置错误。因此若是通信链路出现异常，这三个环节不可能都收到数据，在都有数据接收但数据存在差异的情况下，可以首先诊断数据通信网关机配置异常，因为其数据源自MMS测量数据；其次可以诊断测控装置配置错误或异常，否则其获得的数据应该和SV计算数据相同。

(5)若SV采样计算数据、MMS测量数据和主站104上送数据相同，则诊断为变电站正常运行。此种情况下需要说明的是，数据相同该如何把握，实际上这三个环节取得的值不可能完全相同，只能是在小数点上存在差异，为此将数据的精度误差控制在1％以内。

当然，上述实现方案是单个间隔的闭环测试的实现流程，若是针对变电站内的的多个间隔，仍然只需按照过程层MAC地址、间隔层IP地址和站控层上送点号进行关联即可，如此，就自动实现了同一间隔内过程层计算数据、MMS测量数据和104上送数据之间的提取，为数据的分层搭接和闭环比对提供了基础。之后按照间隔逐一切换并进行比对分析即可实现全站稳态数据的自动化闭环测试。由于该方法针对是变电站稳态数据的测试和校核，因此其实时性要求相对较低，每个间隔的计算处理数据为秒级即可，如2秒左右。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；其特征在于：所述方法包括：

通过主动构建、分层搭建的方式构建独立的测试网络，并通过虚拟局域网VLAN划分测试网络；

通过所述测试网络获取所述智能变电站的网络数据；

跨层比对分析同一电气间隔所述网络数据；

所述划分虚拟局域网VLAN包括：建立测试端口与所述网络数据中的SV采样数据的虚拟局域网VLAN、测试端口与所述网络数据中的GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN、测试端口与所述网络数据中的MMS测量数据的虚拟局域网VLAN和测试端口与所述网络数据中的104传输数据的虚拟局域网VLAN；

所述SV采样数据包括过程层合并单元的测量量；所述GOOSE状态数据包括过程层智能终端和合并单元的状态量；

所述MMS测量数据包括所述间隔层测控装置的测量数据和状态数据；

所述104传输数据包括通过所述站控层远动网关机获取的所述间隔层测控装置的测量数据和状态数据；

所述数据进行跨层对比分析包括：

1)针对同一电气间隔的测量量和状态量，实现传输环节中过程层SV和GOOSE报文、间隔层MMS报文、站控层远动网关机104报文的跨层比对分析；

2)若所述SV采样数据计算结果和MMS测量数据相同，所述SV采样数据和104传输数据不同，则诊断所述远动网关机配置错误或故障；若所述MMS测量数据和104传输数据相同，所述MMS测量数据与SV采样数据计算结果不同，则诊断所述间隔层测控装置配置错误或故障；若所述SV采样数据计算结果、MMS测量数据和104传输数据均不相同，则诊断所述间隔层测控装置和站控层远动网关机配置错误；若所述SV采样数据、MMS测量数据和104传输数据相同，则诊断所述智能变电站正常运行；

包括：

测试用交换机，分层搭建独立的测试网络，并通过虚拟局域网VLAN进行划分；测试设备，通过所述交换机获取所述过程网络的SV采样数据和GOOSE状态数据，获取所述间隔层网络MMS测量数据，获取所述站控层远动网关机104传输数据；并对所有所述数据进行跨层对比分析；

所述交换机包括：

SV采样数据和GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的SV采样数据和GOOSE状态数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述SV采样数据和GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN；MMS测量数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的MMS测量数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建MMS测量数据的虚拟局域网VLAN；104传输数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的104传输数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建104传输数据的虚拟局域网VLAN；

所述交换机包括：SV采样数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的SV采样数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述SV采样数据的虚拟局域网VLAN；GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述GOOSE状态数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建所述GOOSE状态数据的虚拟局域网VLAN；MMS测量数据的虚拟局域网VLAN模块，根据所述交换机的MMS测量数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建MMS测量数据的虚拟局域网VLAN；104传输数据的虚拟局域网VLAN模块；根据所述交换机的104传输数据的相对接入网口与所述交换机的测试网口构建104传输数据的虚拟局域网VLAN。

2.如权利要求1所述的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，其特征在于：所述方法针对同一电气间隔测量和状态信息，通过过程层合并单元和智能终端的MAC地址、间隔层测控装置的IP地址和站控层远动网关机的104点号进行关联，获取同一电气间隔各传输环节对应的数据信息。

3.如权利要求1所述的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，其特征在于：所述方法采用的测试设备包括：报文解析模块，分别从各自虚拟局域网VLAN中获取SV采样数据报文、GOOSE数据报文、MMS测量报文和104传输数据报文，解析并获取相应的报文数据；计算模块，对过程层所述SV采样数据报文的采样数据进行缓存，将缓存的采样数据进行插值成32点/周波的采样数据，再进行傅里叶计算，得出过程层网络传输的电压和电流；

对比分析模块，若所述SV采样数据的计算值和MMS测量数据相同，所述SV采样数据的计算值和104传输数据不同，则诊断所述远动网关机配置错误或故障；

若所述MMS测量数据和104传输数据相同，所述MMS测量数据与SV采样数据的计算值不同，则诊断所述间隔层测控装置配置错误或故障；

若所述SV采样数据的计算值、MMS测量数据和104传输数据均不相同，则诊断所述间隔层测控装置和站控层远动网关机配置错误；

若所述SV采样数据的计算值、MMS测量数据和104传输数据相同，则诊断所述智能变电站正常运行。

4.如权利要求1所述的一种智能变电站稳态数据闭环测试方法，其特征在于：传输模块包括：光纤和网络传输模块。

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