CN106789406A - 一种iec61850通信协议标准一致性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IEC61850通信协议标准一致性测试系统，所述系统包括：软件测试平台和硬件测试平台，其中，执行测试时，软件测试平台执行算例，通过以太网络将能够直接测试的算例传输至受测IED设备；将需要辅助进行的算例传输至硬件测试平台处理，处理完成后传输至受测IED设备；受测IED设备的GOOSE和SV信息通过以太网络模块进入硬件测试平台，硬件测试平台将进入的信息处理后通过以太网络将结果输出至软件测试平台，完成一次一致性闭环测试，实现了被测设备和测试系统之间的闭环测试，测试自动化水平和效率较高的技术效果。

Description

一种IEC61850通信协议标准一致性测试系统

技术领域

本发明涉及IEC61850通信协议测试领域，具体地，涉及基于IEC61850标准的智能变电站IED设备一致性测试。

背景技术

IEC 61850标准是电力系统自动化领域的全球通用标准。通过标准的实现，实现了智能变电站的工程运作标准化，使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。不论是哪个系统集成商建立的智能变电站工程都可以通过SCD文件了解整个变电站的结构和布局，对于智能化变电站发展具有不可替代的作用。

但是在实际工程中，由于各个厂家对协议标准理解的不一致，实现方法不同，导致出厂设备并不能完全符合IEC 61850标准，从而给实际的互操作性带来了问题。因此，IEC61850的一致性测试是确保同一厂家或不同厂家的IED之间能够相互操作的关键，也是IED开发过程中的重要环节，而IEC 61850的第10部分IEC 61850-10也对一致性标准检测提出了严格的测试要求。根据IEC 61850-10的规定，一致性测试主要包括数据模型测试、配置文件测试和抽象通信服务接口(abstract communication service interface,ACSI)模型和服务映射测试等。

目前，国内进行IEC 61850一致性测试的第三方机构主要有开普实验室(国家继电保护及自动化质检中心)和荷兰KEMA公司。其中KEMA公司针对IED通信分析测试开发的IEC61850一致性测试平台是全球公认的权威测试工具，该软件基于IEC61850-10编写用例，所有用例采用VB编写并完全开源，用户可根据自己的需求进行修改实现二次开发的目的，但目前还存在以下问题：(1)测试用例不包含硬件设备的调用接口，自动化程度不足，被测智能设备和测试软件系统之间没有形成完全闭环，测试过程中需要测试人员手动变化多种物理量，影响了测试的效率。(2)目前该软件采用的PC机共端口模拟MMS和GOOSE服务，不符合国内MMS和GOOSE分层分板卡的架构。(3)该软件涵盖大部分服务的测试用例，尚不能支持日志、SV和国内规范。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的IEC 61850一致性测试系统存在被测设备和测试系统之间没有形成完全闭环，测试自动化水平和效率较低的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种IEC61850通信协议标准一致性测试系统，解决了现有的IEC61850一致性测试系统存在被测设备和测试系统之间没有形成完全闭环，测试自动化水平和效率较低的技术问题，实现了被测设备和测试系统之间的闭环测试，测试自动化水平和效率较高的技术效果。

针对上述问题，在综合已有一致性测试技术的基础上，本申请提供了一种兼顾功能验证和协议测试，并且可由用户自行根据实际需要进行自定义测试操作的IEC 61850一致性闭环测试系统将会极大的提升智能变电站IEC 61850测试的效率及可靠性。该测试系统的软件测试平台执行于PC系统，由于PC的实时性和处理能力限制，无法直接与被测设备通信，因而需要引入配套的一致性测试硬件平台，一致性测试硬件平台主要用于与被测设备进行GOOSE和SV报文通信，并协助一致性测试软件平台进行某些测试项目必须的激励输出。

本申请提供一种IEC 61850标准一致性测试系统，对被测装置的通信一致性以及测试仪自身的配置信息的一致性进行检查。测试系统可以兼顾功能验证和协议测试，并可由用户根据需要自定义测试操作。

本申请中的测试系统包含PC端的一致性软件测试平台和一致性硬件测试平台两部分。执行测试时，软件测试平台执行算例，通过以太网络将可直接完成部分送至受测IED，将需要辅助进行的算例部分用内部协议送至硬件测试平台通过解析SCD文件，进行SCD文件的解析拆分后送至受测IED。受测IED的GOOSE和SV信息通过以太网络模块进入硬件测试平台，硬件测试平台运行测试逻辑程序后通过以太网络将结果输出至软件平台，从而完成一次典型的一致性闭环测试。一致性测试系统的闭环框图如图1所示。

PC端一致性软件测试平台搭建在Windows操作系统上，由Qt环境、测试用例库、Python脚本、IEC 61850通信库、内部通信库组成。采用Qt、Python语言、动态库DLL等技术来完成相关一致性测试任务。Python脚本是一种面向对象、解释型计算机程序设计语言，用于完成对测试用例的规则编写。Qt是跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，实现Python脚本的编辑和执行。测试用例涵盖连接服务、控制服务、定值服务、报告服务、文件服务、GOOSE服务等，并首次引入了SV发布和订阅的测试用例，填补了业内相关应用的空白。PC端软件测试平台结构如图2所示。

软件测试平台主要实现以下的功能：

(1)通信仿真器。软件平台可模拟IEC61850客户端向被测设备发送各种类型的请求报文，测试过程中，可根据要求选择执行部分或全部测试用例，记录和处理被测设备的反馈信息，输出透明测试信息，自动根据预定逻辑给出结果分析。

(2)与硬件平台交互。软件平台可通过内部通信协议与硬件平台通信，可控制硬件平台，完成GOOSE、SV、硬接点的输入输出；同时支持解析硬件平台推送的GOOSE、SV判断结果。

(3)MMS报文获取分析。软件平台通过调用免费的WinPcap的编程接口，可实现测试用例在开始执行时启动捕获，结束执行时停止捕获，从而获取整个执行过程的MMS报文。报文可存储为pcap格式，支持Wireshark等网络分析工具进行解析分析。

硬件测试平台采用一种继电保护测试仪，主要用于与被测设备进行GOOSE和SV报文通信，并协助一致性测试软件平台进行某些测试项目必须的激励输出，并将受测设备的相关输出信息回送一致性测试软件平台，从而对智能变电站进行可靠、高效率的IEC 61850一致性测试。

硬件测试平台包括中央处理单元、对时单元、光输出/输入单元和模拟输出/输入单元；

所述中央处理单元主要负责模拟部分输入输出、工控机通讯、光数字部分输入输出和对时；

所述对时单元用于矫正连接的不同设备的测试时间，保证测试同步；

所述光输出/输入单元用于解析被测设备模型文件，收发被测设备的GOOSE、SV报文，可灵活方便地选用不同型号接口；

所述模拟输出/输入单元实现小电压电流输出，以及8对开入量和8对开出量，负责从开入开出转接模块接收遥信量信息和开入开出信息，运行运行外部软件平台推送的测试算例逻辑，并将测试结果回送至外部软件平台。

更进一步的技术方案是，所述中央处理单元主要由DSP+FPGA和ADSP+FGPA两个处理模块构成，其中所述DSP+FPGA模块包括DSP处理器TMS320F2812和FPGA阵列XC3S500E，主要负责模拟部分输入输出、给ADSP+FPGA模块发工作指令以及和工控机通讯；ADSP+FPGA模块包括DSP处理器BF518和FPGA阵列XC3S500E，主要负责光数字部分输入输出和对时，两个模块的通讯通过双口RAMCY7C025AV实现。

更进一步的技术方案是，所述对时单元主要由GPS模块、IRIG-B码IEEE1588模块和DSP处理器BF518构成，其中所述GPS模块是通过串口通讯连接在DSP处理器TMS320F2812和IRIG-B码IEEE1588模块之间，所述DSP处理器BF518通过双口RAM CY7C025AV与DSP处理器TMS320F2812相连接，所述IRIG-B码IEEE1588模块和DSP处理器BF518均与FPGA阵列XC3S500E连接。所述IRIG-B码对时模块的时间解析由FPGA阵列XC3S500E内部处理产生时间信息，所述IRIG-B码IEEE1588模块通过以太网与DSP处理器BF518连接,由DSP处理器BF518获取时间信息。

更进一步的技术方案是，所述光输出/输入单元主要由均与FT3、光纤以太网集成管理模块相连接的125M的AFBR5803光电转换模块和50M的AFBR1414光电转换模块组成，所述FT3和网络报文模块分别与DSP处理器BF518、FPGA阵列XC3S500E相连接，所述AFBR5803用于以太网电信号产生光模块输出的以太网光信息，所述AFBR1414用于采集器或FT3的电信号产生光模块输出的串口光信息。

更进一步的技术方案是，所述模拟输出/输入单元是由4通道16位的LTC2704D/A转换器和弱信号放大电路模块组成，所述4通道16位的LTC2704D/A转换器由FPGA阵列XC3S500E驱动，所述4通道16位的LTC2704D/A转换器产生标准的信号源再通过弱信号放大电路模块产生0-7V的交流信号。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)通过软件平台，硬件平台和被测试IED相结合的方式实现了IEC 61850的闭环测试，并且采用跨平台语言和脚本语言的技术支撑数百个测试用例并使用户能按照自身实际需求在测试平台上开发新的测试用例；

(2)用户根据自身实际需求开发的新测试用例与数百个标准测试用例的结合有助于提高对受测设备的IEC 61850一致性测试的可靠性与灵活性，并有助于提高测试的自动化水平和效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中一致性测试系统闭环框图；

图2是本申请中一致性软件测试平台结构示意图；

图3是本申请中一致性硬件测试平台的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了一种IEC61850通信协议标准一致性测试系统，解决了现有的IEC61850一致性测试系统存在被测设备和测试系统之间没有形成完全闭环，测试自动化水平和效率较低的技术问题，实现了被测设备和测试系统之间的闭环测试，测试自动化水平和效率较高的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

一种IEC 61850通信协议标准一致性测试系统，所述系统包括：软件测试平台和硬件测试平台，其中，执行测试时，软件测试平台执行算例，通过以太网络将能够直接测试的算例传输至受测IED设备；将需要辅助进行的算例传输至硬件测试平台处理，处理完成后传输至受测IED设备；受测IED设备的GOOSE和SV信息通过以太网络模块进入硬件测试平台，硬件测试平台将进入的信息处理后通过以太网络将结果输出至软件测试平台，完成一次一致性闭环测试。

其中，在本申请实施例中，所述软件测试平台搭建在Windows操作系统上，软件测试平台由Qt环境、测试用例库、Python脚本、IEC 61850通信库、内部通信库组成。

其中，在本申请实施例中，所述软件测试平台用于模拟通信仿真器：软件测试平台模拟IEC 61850客户端向被测设备发送各种类型的请求报文，测试过程中，根据要求选择执行部分或全部测试用例，记录和处理被测设备的反馈信息，输出透明测试信息，自动根据预定逻辑给出结果分析。

其中，在本申请实施例中，所述软件测试平台用于与硬件测试平台交互：软件测试平台通过内部通信协议与硬件测试平台通信，控制硬件测试平台，完成GOOSE、SV、硬接点的输入输出；同时支持解析硬件测试平台推送的GOOSE、SV判断结果。

其中，在本申请实施例中，所述软件测试平台用于进行MMS报文获取分析：软件测试平台通过调用WinPcap的编程接口，实现测试用例在开始执行时启动捕获，结束执行时停止捕获，从而获取整个执行过程的MMS报文。

其中，在本申请实施例中，所述硬件测试平台具体为继电保护测试仪：用于与被测设备进行GOOSE和SV报文通信，并协助软件测试平台进行测试项目所需的激励输出，并将受测设备的相关输出信息回送软件测试平台。

其中，在本申请实施例中，所述硬件测试平台包括：

中央处理单元、对时单元、光输出/输入单元和模拟输出/输入单元；

中央处理单元：用于模拟输入输出、工控机通讯、光数字部分输入输出和对时；

对时单元：用于矫正连接的不同设备的测试时间，保证测试同步；

光输出/输入单元：用于解析被测设备模型文件，收发被测设备的GOOSE、SV报文；

模拟输出/输入单元：用于实现电压电流输出，用于从开入开出转接模块接收遥信量信息和开入开出信息，运行软件测试平台推送的测试算例逻辑，并将测试结果回送至软件测试平台。

其中，在本申请实施例中，所述中央处理单元由DSP+FPGA和ADSP+FGPA两个处理模块组成；其中，DSP+FPGA模块包括DSP处理器和FPGA阵列，用于模拟部分输入输出、给ADSP+FPGA模块发工作指令以及和工控机通讯；ADSP+FPGA模块包括DSP处理器和FPGA阵列，用于光数字部分输入输出和对时。

其中，在本申请实施例中，所述对时单元由GPS模块、IEEE1588模块和DSP处理器组成；其中，所述GPS模块通过串口通讯连接在DSP处理器和IEEE1588模块之间；所述DSP处理器通过双口RAM CY7C025AV与DSP处理器连接；所述IEEE1588模块和DSP处理器均与FPGA阵列连接；对时单元的时间解析由FPGA阵列内部处理产生时间信息，IEEE1588模块通过以太网与DSP处理器连接,由DSP处理器获取时间信息。

其中，在本申请实施例中，光输出/输入单元由AFBR5803光电转换模块和AFBR1414光电转换模块组成，所述AFBR5803用于以太网电信号产生光模块输出的以太网光信息，所述AFBR1414用于采集器或FT3的电信号产生光模块输出的串口光信息；

模拟输出/输入单元由D/A转换器和弱信号放大电路模块组成，所述D/A转换器由FPGA阵列驱动，D/A转换器产生标准的信号源再通过弱信号放大电路模块产生交流信号。

一次典型的一致性测试过程如下：一致性测试系统软件平台执行算例，通过以太网络将可直接完成部分送至被测IED，将需要辅助进行的算例进行分析执行，将所需开入开出通过模拟输出/输入单元送至受测IED(若此算例执行有此要求)。外部IED的GOOSE和SV信息通过光输出/输入单元进入到中央处理单元，中央处理单元按照软件设定分别处理各自对应IED的GOOSE及SV信息。中央处理单元运行测试逻辑程序，综合判别光输出/输入单元上送的GOOSE、SV信息以及模拟输出/输入单元的上送信息，综合这些信息进行判定。中央处理单元完成一致性比对后，通过以太网络将结果输出至一致性测试软件平台，完成一次典型的一致性闭环测试。

图1为一致性测试系统闭环框图，图2为一致性软件测试平台结构图，图3为一致性硬件测试平台的结构框图。新的一致性闭环测试系统将可以对受测IED进行更全面的一致性测试，其测试范围和能力将覆盖整个IEC61850测试算例项，并可以根据用户自行调整的算例，进行其他相关兼容标准的测试和运行，同时，使得一致性闭环测试系统同时对几个受测设备进行一致性自动闭环测试成为了可能。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)通过软件平台，硬件平台和被测试IED相结合的方式实现了IEC61850的闭环测试，并且采用跨平台语言和脚本语言的技术支撑数百个测试用例并使用户能按照自身实际需求在测试平台上开发新的测试用例；

(2)用户根据自身实际需求开发的新测试用例与数百个标准测试用例的结合有助于提高对受测设备的IEC 61850一致性测试的可靠性与灵活性，并有助于提高测试的自动化水平和效率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述系统包括：软件测试平台和硬件测试平台，其中，执行测试时，软件测试平台执行算例，通过以太网络将能够直接测试的算例传输至受测IED设备；将需要辅助进行的算例传输至硬件测试平台处理，处理完成后传输至受测IED设备；受测IED设备的GOOSE和SV信息通过以太网络模块进入硬件测试平台，硬件测试平台将进入的信息处理后通过以太网络将结果输出至软件测试平台，完成一次一致性闭环测试。

2.根据权利要求1所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述软件测试平台搭建在Windows操作系统上，软件测试平台由Qt环境、测试用例库、Python脚本、IEC 61850通信库、内部通信库组成。

3.根据权利要求2所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述软件测试平台用于模拟通信仿真器：软件测试平台模拟IEC 61850客户端向被测设备发送各种类型的请求报文，测试过程中，根据要求选择执行部分或全部测试用例，记录和处理被测设备的反馈信息，输出透明测试信息，自动根据预定逻辑给出结果分析。

4.根据权利要求2所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述软件测试平台用于与硬件测试平台交互：软件测试平台通过内部通信协议与硬件测试平台通信，控制硬件测试平台，完成GOOSE、SV、硬接点的输入输出；同时支持解析硬件测试平台推送的GOOSE、SV判断结果。

5.根据权利要求2所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述软件测试平台用于进行MMS报文获取分析：软件测试平台通过调用WinPcap的编程接口，实现测试用例在开始执行时启动捕获，结束执行时停止捕获，从而获取整个执行过程的MMS报文。

6.根据权利要求1所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述硬件测试平台具体为继电保护测试仪：用于与被测设备进行GOOSE和SV报文通信，并协助软件测试平台进行测试项目所需的激励输出，并将受测设备的相关输出信息回送软件测试平台。

7.根据权利要求6所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述硬件测试平台包括：

中央处理单元、对时单元、光输出/输入单元和模拟输出/输入单元；

中央处理单元：用于模拟输入输出、工控机通讯、光数字部分输入输出和对时；

对时单元：用于矫正连接的不同设备的测试时间，保证测试同步；

光输出/输入单元：用于解析被测设备模型文件，收发被测设备的GOOSE、SV报文；

模拟输出/输入单元：用于实现电压电流输出，用于从开入开出转接模块接收遥信量信息和开入开出信息，运行软件测试平台推送的测试算例逻辑，并将测试结果回送至软件测试平台。

8.根据权利要求7所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述中央处理单元由DSP+FPGA和ADSP+FGPA两个处理模块组成；其中，DSP+FPGA模块包括DSP处理器和FPGA阵列，用于模拟部分输入输出、给ADSP+FPGA模块发工作指令以及和工控机通讯；ADSP+FPGA模块包括DSP处理器和FPGA阵列，用于光数字部分输入输出和对时。

9.根据权利要求8所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，所述对时单元由GPS模块、IEEE1588模块和DSP处理器组成；其中，所述GPS模块通过串口通讯连接在DSP处理器和IEEE1588模块之间；所述DSP处理器通过双口RAM CY7C025AV与DSP处理器连接；所述IEEE1588模块和DSP处理器均与FPGA阵列连接；对时单元的时间解析由FPGA阵列内部处理产生时间信息，IEEE1588模块通过以太网与DSP处理器连接,由DSP处理器获取时间信息。

10.根据权利要求7所述的IEC61850通信协议标准一致性测试系统，其特征在于，光输出/输入单元由AFBR5803光电转换模块和AFBR1414光电转换模块组成，所述AFBR5803用于以太网电信号产生光模块输出的以太网光信息，所述AFBR1414用于采集器或FT3的电信号产生光模块输出的串口光信息；

模拟输出/输入单元由D/A转换器和弱信号放大电路模块组成，所述D/A转换器由FPGA阵列驱动，D/A转换器产生标准的信号源再通过弱信号放大电路模块产生交流信号。