CN105785170A - 一种面向智能变电站的数据流全景展现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向智能变电站的数据流全景展现装置及方法，通过测试仪接收并高精度时间标定一个间隔或功能串内所有设备的输出数据，根据接收报文类型分别对SMV、GOOSE、MMS、104报文进行计算、统计、分析并检测数据变化，通过控制源激励变化触发数据流变化，从而实现各设备输入、输出数据、原始报文、设备间传输延时、幅值误差、设备连接过程中的异常等信息的展现。本发明实现了间隔或功能串内数据流的全景展现，测试直观、方便，故障定位准确明了，大大降低了测试人员的重复、繁琐工作，提高了工作效率，填补了智能变电站测试领域的空白。

Description

一种面向智能变电站的数据流全景展现装置及方法

技术领域

本发明涉及电力自动化以及智能变电站测试技术领域，具体涉及一种面向智能变电站数据流全景展现装置及方法。

背景技术

智能变电站是智能电网建设的重要组成部分，其特点是合并单元、智能终端等数字化设备的应用及基于IEC61850标准的网络通信与数据共享，目前，智能变电站正处在高速发展阶段。

随着电子式互感器、合并单元、智能终端等设备大规模投入应用，一方面设备间信号传递由电缆模拟量传输方式变成了光纤数字化传输方式，另一方面，数据共享、功能模块化分布式配置成为变电站建设的基本特征。相应的，对智能变电站相关设备的测试和性能检验、对智能变电站设备联调、系统集成测试提出了新的要求。

为解决工程应用的迫切需求，目前智能变电站设备的测试主要通过数字化继电保护测试设备进行，该测试设备虽能完成相关设备的测试及性能检验，但无法完全满足目前智能变电站的测试需求，主要体现在以下方面：

1、数字化继电保护测试设备仅能进行局部、单体设备的检测，

无法全面进行整个变电站系统性的检查、测试；

2、无法同时监测数据流在不同设备间的传输延时；

3、无法监测数据流在同一时刻、不同设备上的数据值；

4、无法同时展现数据流在不同设备上对应的报文、图形、异常等；

5、在变电站系统故障时，无法快速定位故障点，只能由测试人员依次测试变电站各设备进行定位，测试工作量大；

6、虽然通过多个测试设备的组合能够完成上述相关功能的测试，但由于各自接口所带来的引入误差将造成测试结果有效性较差，且引入多个测试设备造成接线复杂、设备成本高、测试操作复杂、测试时间长等缺点。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种可以实现面向间隔或功能串的系统级测试，测试简单、快速、直观，故障定位准确明了、测试精度高的面向智能变电站的数据流全景展现装置及方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种面向智能变电站的数据流全景展现装置，包括：人机交互管理模块，用于人机交互处理、接收数据分发、底层数据显示、计算误差、生成测试报告；此处的人机交互管理模块通常指用户操作平台；

底层数据收发模块，用于接收、发送数据报文；底层数据收发模块接收的是下述设备传递的数据，如：合并单元装置、保护装置、测控装置、智能终端装置、远动通信装置。

源控制模块，用于产生序列变化的模拟量、开关量、GOOSE报文、SMV报文，提供测试的数据源；

SMV/GOOSE处理模块，用于接收、解析、计算SMV报文和GOOSE报文，并检测报文数据变化；

MMS处理模块，用于与测控装置和保护装置连接、使能报告，接收、解析MMS报告；MMS处理模块与测控装置和保护装置建立连接后，自动使能所有的报告控制块，免去人工设置报告控制块的繁琐。

104处理模块，用于与远动通信装置连接，接收、解析104报文。

一种面向智能变电站的数据流全景展现方法，包括如下步骤：

步骤一、通过人机交互管理模块对源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块进行配置；

步骤二、通过人机交互管理模块启动测试；

步骤三、底层收发模块将接收到的报文传给人机交互管理模块；底层数据收发模块接收的是合并单元装置、保护装置、测控装置、智能终端装置、远动通信装置传递的数据。

步骤四、人机交互管理模块按报文类型将接收到的报文分发给SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块；

步骤五、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块对接收到的报文进行存储、统计分析、检测数据变化；

步骤六、源控制模块预置的序列变化时间到，SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块检测到数据变化，将数据变化值及变化时刻通过回调函数传给人机交互管理模块；

步骤七、人机交互管理模块将SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块上报的数据变化信息存入队列，通过定时器定时取队列中信息显示到界面中。

步骤一中源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块的配置方式如下：源控制模块需配置要输出序列的个数、每个序列的持续时间(达到持续时间时序列发生变化，即步骤六中预置的序列变化时间)、每个序列中数据的具体值；SMV/GOOSE处理模块需配置报文的目的MAC地址、源MAC地址、通道个数、通道映射、数据死区，可通过导入设备自我描述的SCL模型文件完成；MMS处理模块需导入设备自我描述的SCL模型文件配置要订阅的报告控制块、数据集及数据，并配置保护装置和测控装置的IP地址、端口号；104处理模块需配置远动通信装置的IP地址、端口号、遥信个数、遥测个数、死区。

步骤二中启动测试的具体过程如下：人机交互管理模块启动，开始接收底层数据收发模块上送的报文；源控制模块启动，将测试指令发送给下位机，下位机按指令开始计时发送序列变化的数据源；SMV/GOOSE处理模块启动接收及报文分析；MMS处理模块连接服务器、使能并订阅报告、启动接收MMS报告及报告分析；104处理模块连接通信网关机，启动接收104报文及报文分析。

步骤四中报文分发的具体过程如下：数字测试仪接收各设备数据时将对各数据进行时间标定，并按特定格式进行封装，对封装后的报文统一定义网络类型号，根据设备连接到数字测试仪上的端口不同，封装后的报文内部类型标识号不同。

对封装后的报文网络类型号统一定义为0x8888，且根据设备连接到测试仪上的端口不同，封装后的报文内部类型标识号不同，如SMV报文及GOOSE报文，报文内部类型标识为0xA284，MMS报文及104报文则为0xA286。根据这一规则，人机交互管理模块首先过滤掉网络类型号不是0x8888的报文，再依据内部类型标识号分发报文，将标识为0xA284的报文分发给SMV/GOOSE处理模块，将标识为0xA286的报文分发给MMS处理模块和104处理模块。

步骤七中，源控制模块按预置时刻发生数据变化，各模块(SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块)依次检测到变化，将各自对应的变化时刻及变化值传给人机交互管理模块，人机交互管理模块在界面中显示各设备(模拟源装置、合并单元装置、智能终端装置、保护装置、测控装置、远动通信装置)变化时刻及各设备当前数据，实现了间隔或功能串数据流的全景展现。

SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块对接收到的报文的处理过程如下：

1)SMV/GOOSE处理模块：

a)接收到报文后首先将报文顺序存储放入队列，然后从队列中取报文；

b)根据报文网络类型号区分是SMV报文还是GOOSE报文，网络类型号为0x88BA的是SMV报文，网络类型号为0x88B8的是GOOSE报文；

c)针对SMV报文，在接收报文的过程中统计报文丢包、错包、重包、同步信息情况，同时计算各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数等，计算成功后，记录下各通道的有效值信息N1：各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数，计算不成功则重复该步骤；

d)计算成功后，开始检测SMV各通道数据值变化，若数据值变化与初始计算的有效值比值未超过设定死区，则继续检测；当数据值变化与初始计算的有效值比值超过设定的死区时，认为数据变化，记录该报文中携带的时标T1；

e)再次计算各通道的有效值信息N2：各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数等数据，将记录的时标T1及当前计算的有效值信息N2以及初始有效值N1通过回调函数传给人机交互管理模块；

f)令N1＝N2，重复步骤d；

g)此后步骤d、e按数据是否变化循环执行，直到程序停止。针对GOOSE报文，在接收报文的过程中统计丢包、错包、重包、测试状态等信息，除第一帧外，与记录的上一帧GOOSE报文的各通道数据值进行比较，数据变化时，记录报文里的时标信息及各通道数据的具体值，通过回调函数传给人机交互管理模块。

2)MMS处理模块：接收报告后存入队列，从队列中获取报告，根据配置的报告控制块、数据集、各数据的描述信息对报告进行解析，解析获取报告触发原因(周期、总召、数据变化、质量码变化)、获取各数据的数值，当报告原因是数据变化时，将报文中的时标信息及各数据的数值通过回调函数传给人机交互管理模块。

3)104处理模块：接收104报文后存入队列，从队列中获取报文，根据104报文中的点号映射关系解析报文中的各数据值，由于104报文是数据变化时才触发，故该模块不需要进行数据变化判断，接收到104报文时即将报文中的时标信息及各数据的数值通过回调函数传给人机交互管理模块。

上述各模块接收到报文后，都将报文存储，以便进行各模块原始报文的展示，提供用户依据原始报文验证程序正确性的手段。

本发明的有益效果：

(1)实现了面向智能变电站间隔或功能串的数据流的全景展现，实现了面向间隔的系统级测试。

(2)可在同一界面内展现间隔或者功能串内所有设备输入、输入数据，展现各设备间传输延时、幅值误差。

(3)可快速定位故障点，测试方便、快速、直观、测试结果一目了然。

(4)使用一台测试设备即可完成面向间隔或功能串的数据流的全景展现，设备成本低；测试人员不需要学习多个测试设备的使用方法，人力成本低。

(5)间隔内设备数据均由测试仪进行时间标定，测试精度高。

(6)测试操作方便，配置编辑完成后可导出模板，之后测试直接导入模板，通过一键式操作自动实现各设备数据流的全景展现。

本发明通过测试仪接收并高精度时间标定一个间隔或功能串内所有设备的输出数据，根据接收报文类型分别对SMV、GOOSE、MMS、104报文进行计算、统计、分析并检测数据变化，通过控制源激励变化触发数据流变化，从而实现各设备输入、输出数据、原始报文、设备间传输延时、幅值误差、设备连接过程中的异常等信息的展现，实现了面向间隔或功能串的系统级测试，测试简单、快速、直观，故障定位准确明了、测试精度高。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的实际连线示意图；

图3是本发明的测试步骤流程图。

具体实施方式

一种面向智能变电站的数据流全景展现装置，如图1所示，包括：人机交互管理模块，用于人机交互处理、接收数据分发、底层数据显示、计算误差、生成测试报告；

底层数据收发模块，用于接收、发送数据报文；

源控制模块，用于产生序列变化的模拟量、开关量GOOSE报文、SMV报文，提供测试的数据源；当源输出发生变化时将变化值及变化时刻通过回调方式传送到人机交互管理模块予以显示；

SMV/GOOSE处理模块，用于接收、解析、计算SMV报文和GOOSE报文，并检测报文数据变化；检测SMV报文和GOOSE报文的数据变化时刻，数据变化时将变化值及变化时刻通过回调方式传送到人机交互管理模块予以显示；

MMS处理模块，用于与测控装置和保护装置连接、使能报告，接收、解析MMS报告；MMS处理模块与服务端连接、使能报告，接收测控装置发送的MMS报告，提取报告中的电压、电流、功率和功率因数等数据，并通过旁路解析变化报告中标定的时间，报文类型是变化报告时将变化值及变化时刻通过回调方式传送到人机交互管理模块予以显示；

104处理模块，用于与远动通信装置连接，接收、解析104报文，104处理模块与远动通信装置连接，接收104报文，提取报文中的电压、电流、功率和功率因数等数据，并通过旁路解析变化报文中标定的时间，将变化值及变化时刻通过回调方式传送到人机交互管理模块予以显示。

建立如图2所示的智能变电站测试系统，包括：用户操控平台、数字式测试仪、模拟源装置、过程层合并单元和智能终端装置、间隔层保护和测控装置、远动通信装置、网络交换机；其中人机交互管理模块对应用户操控平台，底层数据收发模块接收的是合并单元装置、保护装置、测控装置、智能终端装置、远动通信装置传递的数据，源控制模块对应模拟源装置，SMV/GOOSE处理模块处理合并单元装置、智能终端装置传递的数据，MMS处理模块处理测控装置、保护装置传递的数据，104处理模块处理远动通信装置传递的数据。用户操控平台是整个测试系统的操作控制终端，其与数字式测试仪相连接，用于完成用户控制指令输入、测试数据的处理、测试信息的显示等操作，可用工控计算机或PC计算机代替；

数字式测试仪为针对智能变电站二次系统的数字化检测装置，其对上通过网线与用户操控平台相连接，对下通过网络交换机与间隔层保护和测控装置、远动通信装置、模拟源装置相连接，通过光接口与过程层合并单元、智能终端装置相连接；

模拟源装置、过程层合并单元和智能终端装置、间隔层保护和测控装置、远动通信装置需按实际工程的结构、组网方式、配置进行连线。针对模拟量，数据流流向是：模拟源装置→合并单元→测控装置→远动通信装置；针对开出量，数据流流向是：测试仪(模拟开关量输出)→智能终端→测控装置、保护装置→远动通信装置。

一种面向智能变电站的数据流全景展现方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤一、通过人机交互管理模块对源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块进行配置；

源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块的配置方式如下：源控制模块需配置要输出序列的个数、每个序列的持续时间、每个序列中数据的具体值；SMV数字源、GOOSE数字源还需导入设备自我描述的SCL模型文件，以便模拟合并单元、智能终端的订阅报文；SMV/GOOSE处理模块需配置报文的目的MAC地址、源MAC地址、通道个数、通道映射、数据死区，可通过导入设备自我描述的SCL模型文件完成；MMS处理模块需导入设备自我描述的SCL模型文件配置要订阅的报告控制块、数据集及数据，并配置测控装置和保护装置的IP地址、端口号；104处理模块需配置远动通信装置的IP地址、端口号、遥信个数、遥测个数、死区。

操作人员根据实际连接的模拟源装置、过程层合并单元和智能终端装置、间隔层保护和测控装置、远动通信装置的参数在用户操控平台进行配置，获得测试所需的全部参数。

步骤二、通过人机交互管理模块启动测试；

启动测试的具体过程如下：人机交互管理模块启动，开始接收底层数据收发模块上送的报文；源控制模块启动，将测试指令发送给下位机，下位机按指令开始计时发送序列变化的数据源；SMV/GOOSE处理模块启动接收及报文分析；MMS处理模块连接服务器、使能并订阅报告、启动接收MMS报告及报告分析；104处理模块连接通信网关机，启动接收104报文及报文分析。源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块在启动及运行过程中的异常，如连接失败、报告控制块订阅失败、SMV丢包等，均通过回调函数传给人机交互管理模块，人机交互管理模块形成队列并定时取队列信息显示。

测试启动阶段：操作人员通过用户操控平台启动测试，包括源控制命令的下发、合并单元和智能终端报文的接收启动、保护和测控装置的连接、使能并订阅报告、远动通信装置的连接及接收启动等工作。

步骤三、底层收发模块捕获所有传给该网卡的报文即捕获流经用户操控平台的所有数据包并传给人机交互管理模块；

步骤四、人机交互管理模块按报文类型将接收到的报文分发给SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块即用户操控平台按报文类型将接收到的报文分发给各被测装置对应的处理模块；

报文分发的具体过程如下：数字测试仪接收各设备数据时将对各数据进行时间标定，并按特定格式进行封装，对封装后的报文统一定义网络类型号，根据设备连接到数字测试仪上的端口不同，封装后的报文内部类型标识号不同。

对封装后的报文网络类型号统一定义为0x8888，且根据设备连接到测试仪上的端口不同，封装后的报文内部类型标识号不同，如SMV报文及GOOSE报文，报文内部类型标识为0xA284，MMS报文及104报文则为0xA286。根据这一规则，人机交互管理模块首先过滤掉网络类型号不是0x8888的报文，再依据内部类型标识号分发报文，将标识为0xA284的报文分发给SMV/GOOSE处理模块，将标识为0xA286的报文分发给MMS处理模块和104处理模块。

步骤五、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块对接收到的报文进行存储、统计分析、检测数据变化；

SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块对接收到的报文的处理过程如下：

1)SMV/GOOSE处理模块：

a)接收到报文后首先将报文顺序存储放入队列，然后从队列中取报文；

b)根据报文网络类型号区分是SMV报文还是GOOSE报文，网络类型号为0x88BA的是SMV报文，网络类型号为0x88B8的是GOOSE报文；

c)针对SMV报文，在接收报文的过程中统计报文丢包、错包、重包、同步信息情况，同时计算各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数等，计算成功后，记录下各通道的有效值信息N1：各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数，计算不成功则重复该步骤；

d)计算成功后，开始检测SMV各通道数据值变化，若数据值变化与初始计算的有效值比值未超过设定死区，则继续检测；当数据值变化与初始计算的有效值比值超过设定的死区时，认为数据变化，记录该报文中携带的时标T1；

e)再次计算各通道的有效值信息N2：各项电压、电流的频率、有效值、相位、总有功功率、总无功功率、功率因数等数据，将记录的时标T1及当前计算的有效值信息N2以及初始有效值N1通过回调函数传给人机交互管理模块；

f)令N1＝N2，重复步骤d；

g)此后步骤d、e按数据是否变化循环执行，直到程序停止。

针对GOOSE报文，在接收报文的过程中统计丢包、错包、重包、测试状态等信息，除第一帧外，与记录的上一帧GOOSE报文的各通道数据值进行比较，数据变化时，记录报文里的时标信息及各通道数据的具体值，通过回调函数传给人机交互管理模块。

2)MMS处理模块：接收报告后存入队列，从队列中获取报告，根据配置的报告控制块、数据集、各数据的描述信息对报告进行解析，解析获取报告触发原因(周期、总召、数据变化、质量码变化)、获取各数据的数值，当报告原因是数据变化时，将报文中的时标信息及各数据的数值通过回调函数传给人机交互管理模块。

3)104处理模块：接收104报文后存入队列，从队列中获取报文，根据104报文中的点号映射关系解析报文中的各数据值，由于104报文是数据变化时才触发，故该模块不需要进行数据变化判断，接收到104报文时即将报文中的时标信息及各数据的数值通过回调函数传给人机交互管理模块。

上述各模块接收到报文后，都将报文存储，以便进行各模块原始报文的展示，提供用户依据原始报文验证程序正确性的手段。

步骤六、源控制模块预置的序列变化时间到，SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块检测到数据变化，将数据变化值及变化时刻通过回调函数传给人机交互管理模块；即模拟源装置预置的序列变化时间到，各被测装置对应的处理模块检测到数据变化，将数据变化值及变化时刻传给用户操控平台；

步骤七、人机交互管理模块将SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块上报的数据变化信息存入队列，通过定时器定时取队列中信息显示到界面中。即用户操控平台显示测试数据，包括各被测设备输入、输出数据、数据变化时刻、原始报文等。

源控制模块按预置时刻发生数据变化，各模块依次检测到变化，将各自对应的变化时刻及变化值传给人机交互管理模块，人机交互管理模块在界面中显示各设备变化时刻及各设备当前数据，实现了间隔设备传输延时及幅值误差测试，实现了间隔或功能串数据流的全景展现。

Claims (6)

1.一种面向智能变电站的数据流全景展现装置，其特征在于包括：

人机交互管理模块，用于人机交互处理、接收数据分发、底层数据显示、计算误差、生成测试报告；

底层数据收发模块，用于接收、发送数据报文；

源控制模块，用于产生序列变化的模拟量、开关量、GOOSE报文、SMV报文，提供测试的数据源；

SMV/GOOSE处理模块，用于接收、解析、计算SMV报文和GOOSE报文，并检测报文数据变化；

MMS处理模块，用于与测控装置和保护装置连接、使能报告，接收、解析MMS报告；

104处理模块，用于与远动通信装置连接，接收、解析104报文。

2.一种面向智能变电站的数据流全景展现方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、通过人机交互管理模块对源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块进行配置；

步骤二、通过人机交互管理模块启动测试；

步骤三、底层收发模块将接收到的报文传给人机交互管理模块；

步骤四、人机交互管理模块将接收到的报文按报文类型分发给SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块；

步骤五、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块对接收到的报文进行存储、统计分析、检测数据变化；

步骤六、源控制模块预置的序列变化时间到，SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块检测到数据变化，将数据变化值及变化时刻通过回调函数传给人机交互管理模块；

步骤七、人机交互管理模块将SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块上报的数据变化信息存入队列，通过定时器定时取队列中信息显示到界面中。

3.根据权利要求2所述的面向智能变电站的数据流全景展现方法，其特征在于：步骤一中源控制模块、SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块的配置方式如下：源控制模块需配置要输出序列的个数、每个序列的持续时间、每个序列中数据的具体值；SMV/GOOSE处理模块需配置报文的目的MAC地址、源MAC地址、通道个数、通道映射、数据死区，可通过导入设备自我描述的SCL模型文件完成；MMS处理模块需导入设备自我描述的SCL模型文件，配置要订阅的报告控制块、数据集及数据，并配置测控装置、保护装置的IP地址、端口号；104处理模块需配置远动通信装置的IP地址、端口号、遥信个数、遥测个数、死区。

4.根据权利要求2所述的面向智能变电站的数据流全景展现方法，其特征在于：步骤二中启动测试的具体包括：人机交互管理模块启动，开始接收底层数据收发模块上送的报文；源控制模块启动，将测试指令发送给下位机，下位机按指令开始计时发送序列变化的数据源；SMV/GOOSE处理模块启动，接收报文并进行报文分析；MMS处理模块连接服务器、使能并订阅报告、启动接收MMS报告并进行报告分析；104处理模块连接通信网关机，启动接收104报文并进行报文分析。

5.根据权利要求2所述的面向智能变电站的数据流全景展现方法，其特征在于：步骤四中报文分发的具体过程如下：数字测试仪接收各设备数据时将对各数据进行时间标定，并按特定格式进行封装，对封装后的报文统一定义网络类型号，根据设备连接到数字测试仪上的端口不同，封装后的报文内部类型标识号不同。

6.根据权利要求2所述的面向智能变电站的数据流全景展现方法，其特征在于：步骤七中，源控制模块按预置时刻发生数据变化，SMV/GOOSE处理模块、MMS处理模块、104处理模块依次检测到变化，将各自对应的变化时刻及变化值传给人机交互管理模块，人机交互管理模块在界面中显示模拟源装置、合并单元装置、智能终端装置、保护装置、测控装置、远动通信装置变化时刻及各设备当前数据，实现了间隔或功能串数据流的全景展现。