CN110554304A - 一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统 - Google Patents

一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统 Download PDF

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    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

Abstract

本申请公开了一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统，通过在数字仿真器中搭建配电网仿真模型并预设故障工况，可以在不发生真实电网故障的情况下为测试提供大量的模拟故障测试量，所搭建的配电网仿真模型具备真实配电网的故障特征；数字仿真器把仿真的模拟故障测试量传输给现场的待测ATU，待测的ATU把开关动作信号传输回数字仿真器，实现了闭环测试，真实反映了自动化终端的动态控制特性；本申请公开的测试方法还把所有参与测试的ATU通过交换机连接在同一局域网内，实现了通信层面的互通，可以对不同厂家生产的ATU实现互联互通测试，不再受限于ATU所处的空间，大大方便了对ATU配合问题的挖掘和分析。

Description

一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统
技术领域
本发明属于电力系统测试领域，具体涉及一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统。
背景技术
近年随着智能分布式配网自动化的推广，对自动化终端(ATU)的测试工作的要求也逐步变化，目前的测试工作主要在厂房内或现场进行，使用继电保护测试仪基于开环测试对ATU施加不同的模拟故障信号来测试其功能是否正常。这样的测试方法的缺陷主要是开环的测试不能把ATU的逻辑判断结果反馈回电网而无法检验ATU的动态控制特性，无法实现闭环，系统性差；另外，在特定情况时需要对设备进行停电测试，显著降低供电可靠性和稳定性。
另外，目前的测试工具多是基于参与测试的ATU来自同一生产厂家，然而现实中使用的ATU往往是来自不同的厂家，现有的测试工具并不能实现不同厂家ATU之间的互联互通测试，有较大的局限性。
因此，提供一种满足当前测试需求的自动化终端测试方法和测试工具尤为重要。
发明内容
基于此，本发明旨在提供一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统，搭建用于测试的配电网仿真模型，为现场的自动化终端提供模拟故障信号，自动化终端对故障的逻辑判断结果信号能实时反馈至仿真配电网模型中，实现闭环测试；在电网不发生真实故障情况下测试自动化终端的逻辑功能是否正常，还可以实现多个自动化终端在相同时空进行测试，提高测试效率。
本发明一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，包括搭建配电网仿真模型和实现测试；
配电网仿真模型具有真实配电网的网架特征，其仿真参数被配置为与现场配电网一致，配电网仿真模型中断路器模型的功能被配置为与现场配电网的真实断路器的功能一致，并在该配电网仿真模型中预设不同的故障工况以模拟真实的故障；
实现测试的步骤包括：
把现场的自动化终端ATU接入测试，配电网仿真模型所模拟的故障工况的小信号数字量经数/模转换后按设定倍数放大输出至ATU，ATU进行逻辑判断并把开关动作信号传输至模拟断路器控制其通断，模拟断路器把自身的开关位置信号经模/数转换成电信号控制配电网仿真模型中对应断路器模型的通断，根据断路器模型的通断情况分析ATU的逻辑功能是否正常；
参与测试的ATU分别负责配电网仿真模型中不同断路器模型的通断。
优选地，在配电网仿真模型中预设不同的故障工况进一步包括：
在配电网仿真模型中分别设置不同位置、不同类型、不同过渡电阻的故障可选项，对故障可选项进行选择和组合作为预设的故障工况。
优选地，所有参与测试的ATU被连接在同一局域网内。
优选地，把现场的自动化终端ATU接入测试之前还包括：
根据配电网的拓扑结构和断路器模型在配电网仿真模型内的位置关系，配置ATU之间的报文通信订阅和发布关系。
优选地，配电网仿真模型所模拟的故障工况的小信号被放大至设定倍数输出至ATU之前还包括：
把配电网仿真模型所模拟的故障工况的一次电气量变比为二次电气量，把二次电气量按前述设定倍数缩小作为前述的小信号数字量。
优选地，为了充分检验不同生产厂家生产的ATU之间的互联互通效果，ATU接入测试时不同生产厂家的ATU交错接入。
优选地，实现测试的步骤还包括：
根据ATU所负责的断路器模型在配电网仿真模型中的分工，为ATU配置对应的逻辑功能。
一种适用于自动化终端的硬件在环测试系统，包括：
数字仿真器，数字量输入模块，模拟量输出模块，功率放大器，模拟断路器，待测试自动化终端ATU；
数字仿真器用于搭建配电网仿真模型和提供测试所需电气量的数字信号，把测试所需电气量数字信号通过模拟量输出模块输出至功率放大器；
数字量输入模块用于接收模拟断路器的电信号并转为数字量传输至数字仿真器，以控制数字仿真器中的配电网仿真模型内断路器模型的通断；
模拟量输出模块用于把数字仿真器下位机传输的测试所需电气量数字信号转为模拟信号，并输出至功率放大器进行信号放大；
模拟断路器用于接收待测试ATU逻辑判断的开关动作信号实现对内部各个断路器的通断控制，同时把自身的开关位置信号转为电信号通过数字量输入模块传输给数字仿真器。
优选地，前述的数字仿真器还包括电压互感器和电流互感器，用于对测试所需电气量进行变比。
优选地，前述的适用于自动化终端的硬件在环测试系统还包括：
工业级网络交换机，用于把待测试ATU连接在同一局域网内。
优选地，前述的工业级网络交换机被配置为根据配电网的拓扑结构和断路器模型在配电网仿真模型内的位置关系，利用全站系统配置文件SCD为对应的待测试ATU配置报文通信订阅和发布关系。
根据以上技术方案，可以看出本发明具有以下优点：
本发明提供一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统，通过在数字仿真器中搭建配电网仿真模型并预设故障工况，可以在不发生真实电网故障的情况下为测试提供大量的模拟故障测试量，所搭建的配电网仿真模型具备真实配电网的故障特征，测试结果具有强大的说服力和指导意义；数字仿真器把仿真的模拟故障测试量传输给现场的待测ATU，待测的ATU把开关动作信号通过一系列转换传输回数字仿真器，实现了闭环测试，真实反映了自动化终端的动态控制特性；本发明把所有参与测试的ATU通过交换机连接在同一局域网内，实现了通信层面的互通，可以对不同厂家生产的ATU实现互联互通测试，不再受限于ATU所处的空间，大大方便了对ATU配合问题的挖掘和分析；另外，本发明提供的测试方法和测试系统可以在实验室实施，无需技术人员到配电房现场，也无需对设备停电，显著提高了测试的便捷性和电网供电的可靠性及稳定性；利用本发明提供的测试方法还可以在ATU投入使用前完成预试验，可事先发现问题并解决问题，减少了因现场发生故障衍生的检修调试工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明一种实施例中智能分布式自动化终端硬件在环测试系统结构示意图；
图2：本发明一种实施例中智能分布式自动化终端硬件在环测试方法配电网仿真模型示意图；
图3：本发明一种实施例中线路LINE_4发生A相接地短路故障的示意图；
图4：本发明一种实施例中线路LINE_4发生A相接地短路故障时故障切除逻辑和故障隔离逻辑测试结果示意图；
图5：本发明一种实施例中线路LINE_4发生A相接地短路故障时联络开关转供电恢复逻辑测试结果示意图；
图6：本发明另一种实施例中线路LINE_4发生A相接地短路故障且开关失灵拒跳时故障切除逻辑和故障隔离逻辑测试结果示意图；
图7：本发明另一种实施例中线路LINE_4发生A相接地短路故障且开关失灵拒跳时联络开关转供电恢复逻辑测试结果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1至图2，本实施例提供一种智能分布式自动化终端的硬件在环测试方法及测试系统，包括：实时数字仿真器100、总I/O接口模块110包括模拟量输出I/O接口模块111和数字量输入I/O接口模块112、实时功率放大器120、模拟断路器130、GOOSE网络交换机140、8台待测试自动化终端ATU1-ATU8。
本实施例中模拟量输出I/O接口模块111含2块板卡，2块板卡均为16路通道，数字量输入I/O接口模块112含1块板卡，为32路通道。
实时功率放大器120对电压量的放大倍数设为对电流量的放大倍数设为
模拟断路器130采用三相操作方式。
实时数字仿真器100还包括一电压互感器PT、一相电流互感器CT1、一零序电流互感器CT2，PT的变比为1/100，CT1的变比为1/600，CT2的变比为1/20
在实时数字仿真器100上建立一10kV电缆单环配电网的仿真模型，该仿真模型包括2个供电电源，4个环网柜，4条负荷馈线。如图2所示，GRID_1和GRID_2为不同方向的供电电源；SUB_CB1和SUB_CB2为2台变电站出口断路器；RMU1-RMU4为4个环网柜；CB11、CB12、CB21、CB31、CB32、CB41、CB42为环网柜的环进和环出分段开关；CB22为联络开关；CB13、CB23、CB33、CB43为负荷馈线开关；LINE_1-LINE_5为分段线路；FEEDER_1-FEEDER_4为负荷馈线，该仿真模型内所有开关均为断路器。
CB21、CB22、CB31、CB32、CB41、CB42、CB33、CB43共8台断路器分别连接8台待测ATU1-ATU8；CB22为联络开关；CB21、CB42为首开关；CB31、CB32、CB41为普通分段开关；CB33为末开关，CB43为负荷馈线开关，不带智能分布式功能，但需满足智能分布式功能规范的要求，即在常规过流保护基础上增加GOOSE发送功能。
在仿真模型中预先设置了RMU1、RMU4、LINE_3-LINE_5、FEEDER_3-FEEDER_4等不同位置故障可选项、A相接地短路故障可选项、金属性短路接地故障可选项，测试时对上述的三类可选项进行选择和组合以实现对现场的8台待测试自动化终端ATU1-ATU8施加不同故障工况。
连接各硬件设备，为了能充分检验不同厂家生产的ATU之间的互联互通效果，来自4个不同厂家的智能分布式ATU以交错接入的方式接入到测试系统中，即：CB21和CB32所连接的ATU来自厂家A、CB22和CB41所连接的ATU来自厂家B、CB31和CB43所连接的ATU来自厂家C、CB33和CB42所连接的ATU来自厂家D。
根据ATU所负责的断路器模型在配电网仿真模型中的分工，为ATU配置对应的逻辑功能。
启动GOOSE网络交换机140，根据所建立的配电网仿真模型所模拟的配电网的拓扑结构和待测ATU所连接的断路器的功能分工，利用全站系统配置文件SCD为ATU1-ATU8配置报文通信订阅和发布关系。
启动实时数字仿真器100及其余设备，为ATU1-ATU8施加故障工况，测试ATU1-ATU8的逻辑功能是否正常并记录测试结果。请参阅图3，本实施例测试线路LINE_4发生A相接地短路故障时ATU1-ATU8的逻辑功能，
其中黑色实心表示断路器处于闭合状态，黑框空心表示断路器处于断开状态。
未施加故障工况时除了联络开关CB22处于断开状态，其他所有开关均为闭合状态；执行故障仿真，实时数字仿真器100输出所需的三相电压量、三相电流量、零序电流量的数字信号，经过PT、CT1和CT2的变比成为二次电气量；为了模拟真实的电网状态和配合实时功率放大器120的放大倍数，还需把上述的二次电气量中的三相电压量缩小倍，三相电流量和零序电流量缩小倍，此时二次电气量已转为小信号，经过模拟量输出I/O接口模块111转为模拟量后输出至实时功率放大器120按设定倍数放大，而后输出给ATU1-ATU8。
ATU1-ATU8把对所施加的故障工况响应的开关动作信号传输给模拟断路器130控制其闭合或断开，模拟断路器130把自身的开关位置信号经数字量输入I/O接口模块112转为电信号数字量后传输回实时数字仿真器100，控制仿真模型中对应的断路器模型的通断，记录测试结果。
请参阅图4，线路LINE_4发生A相单相接地短路故障时，CB32和CB41所连接的ATU分别启动故障切除逻辑和故障隔离逻辑，断开这两个分段开关。请参阅图5，此时联络开关CB22所连接的ATU控制该开关闭合，完成非故障区域的转供电，整个故障处理过程符合智能分布式的逻辑，参与测试的ATU1-ATU8满足测试要求。
下面介绍本发明的另一实施例，本实施例用于测试线路出现单相短路故障且开关失灵拒跳时ATU的开关失灵联跳逻辑功能是否正常，与上一实施例的不同之处在于本实施例中的模拟断路器130进一步被配置为在测试开关拒跳逻辑时启动开关失灵功能。
请参阅图6，在本实施例中施加故障工况为线路LINE_4发生A相单相接地短路故障且CB32和CB41开关失灵，此时CB32和CB41拒跳，CB41邻侧开关CB42所连接的ATU响应故障切除，CB32的邻侧开关CB31、CB33所连接的ATU响应故障隔离。请参阅图7，联络开关联络开关CB22所连接的ATU控制该开关闭合，完成非故障区域的转供电，整个故障处理过程符合智能分布式的逻辑，参与测试的ATU1-ATU8满足测试要求。
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，包括搭建配电网仿真模型和实现测试；
所述配电网仿真模型具有真实配电网的网架特征，所述配电网仿真模型的仿真参数被配置为与现场配电网一致，所述配电网仿真模型中断路器模型的功能被配置为与现场配电网的真实断路器的功能一致，并在所述配电网仿真模型中预设不同的故障工况以模拟真实的故障；
所述实现测试的步骤包括：
把现场的自动化终端ATU接入测试，所述配电网仿真模型所模拟的故障工况的小信号数字量经数/模转换后按设定倍数放大输出至所述ATU，所述ATU进行逻辑判断并把开关动作信号传输至模拟断路器控制通断，所述模拟断路器把自身的开关位置信号经模/数转换成电信号控制所述配电网仿真模型中对应断路器模型的通断，根据所述断路器模型的通断情况分析所述ATU的逻辑功能是否正常；
参与测试的所述ATU分别负责所述配电网仿真模型中不同断路器模型的通断。
2.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于，所述并在所述配电网仿真模型中预设不同的故障工况以模拟真实的故障进一步包括：
在所述配电网仿真模型中分别设置不同位置、不同类型、不同过渡电阻的故障可选项，对所述故障可选项进行选择和组合作为预设的故障工况。
3.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于，
所有参与测试的所述ATU被连接在同一局域网内。
4.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于，所述把现场的自动化终端ATU接入测试之前还包括：
根据配电网的拓扑结构和所述断路器模型在所述配电网仿真模型内的位置关系，配置所述ATU之间的报文通信订阅和发布关系。
5.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于，所述配电网仿真模型所模拟的故障工况的小信号数字量被放大至设定倍数输出至所述ATU之前还包括：
把所述配电网仿真模型所模拟的故障工况的一次电气量变比为二次电气量，把所述二次电气量按所述设定倍数缩小作为所述小信号数字量。
6.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于,
所述ATU接入测试的位置为不同生产厂家生产的ATU交错接入。
7.根据权利要求1所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试方法，其特征在于，所述实现测试的步骤还包括：
根据所述ATU所负责的断路器模型在配电网仿真模型中的分工，为所述ATU配置对应的逻辑功能。
8.一种适用于自动化终端的硬件在环测试系统，包括：
数字仿真器，数字量输入模块，模拟量输出模块，功率放大器，模拟断路器，待测试自动化终端ATU；
所述数字仿真器用于搭建配电网仿真模型和提供测试所需电气量的数字信号，把所述测试所需电气量的数字信号通过所述模拟量输出模块输出至所述功率放大器；
所述数字量输入模块用于接收所述模拟断路器的电信号并转为数字量传输至所述数字仿真器，以控制所述数字仿真器中的所述配电网仿真模型内断路器模型的通断；
所述模拟量输出模块用于把所述测试所需电气量的数字信号转为模拟信号，并输出至所述功率放大器进行信号放大；
所述模拟断路器用于接收所述待测试自动化终端ATU逻辑判断的开关动作信号以实现对内部各个断路器的通断控制，同时把自身的开关位置信号转为所述电信号通过所述数字量输入模块传输给所述数字仿真器。
9.根据权利要求8所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试系统，其特征在于，
所述数字仿真器还包括电压互感器和电流互感器，用于对测试所需电气量进行变比。
10.根据权利要求8所述的一种适用于自动化终端的硬件在环测试系统，其特征在于，所述适用于自动化终端的硬件在环测试系统还包括：
工业级网络交换机，所述工业级网络交换机被配置为根据配电网的拓扑结构和断路器模型在配电网仿真模型内的位置关系，利用全站系统配置文件SCD为对应的待测试ATU配置报文通信订阅和发布关系。
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