CN113884790A - 一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了智能变电站就地化保护装置的自动测试平台及其测试方法，包括测试装置接口层、自动测试层和测试方案开发层，测试装置接口层提供被测保护装置的全部测试功能服务接口，自动测试层包括测试控制中心模块、制造报文规范(MMS)通信模块；测试方案开发层包括测试方案开发模块和测试子模板库、设备数据模型和测试方案数据接口库。本发明平台采用分层结构和模块化的思想，能实现对保护装置的高效率闭环自动测试，采用开放式结构，对不同种类的保护装置，提供二次开发平台以编辑测试方案，测试完成后，能自动形成标准格式的测试报告，能克服保护测试中过分依赖个人能力、测试工作效率低下、测试数据格式不统一的问题。

Description

一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台及其构建 方法
技术领域
本发明涉及三遥闭环对点调试技术领域，具体涉及智能变电站就地化保护装置的自动测试平台及其测试方法。
背景技术
在目前变电站测试领域，继电保护的检测与调试还停留在传统保护测试的模式上，测试人员手动操作继电保护测试装置，手动设置故障参数，监测保护装置的动作情况，验证保护定值及逻辑功能，记录测试结果并进行判断分析。在整个测试过程中，测试人员的个人经验和工作状态对测试结果有较大影响，且自动化测试程度低，测试周期长。
另一方面，不同厂家的测试装置在控制软件、控制接口等方面差异较大，这对在智能变电站实现信息共享和互操作带来巨大挑战，现有的数字化保护测试软件，不能与保护装置进行通信，实现定值的读取和修改、压板的读取和修改、保护测量值的读取、保护事件报告的解析、遥控操作等功能。
在智能电子设备(IED)、间隔及变电站等应用层面建立统一的信息模型和信息交换模型，以加强二次设备之间的互操作性，体现在测试领域即搭建智能变电站继电保护自动测试平台。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供智能变电站就地化保护装置的自动测试平台及其测试方法，该平台采用分层结构和模块化的思想，能实现对保护装置的高效率闭环自动测试，采用开放式结构，对不同种类的保护装置，提供二次开发平台以编辑测试方案，测试完成后，能自动形成标准格式的测试报告，能克服保护测试中过分依赖个人能力、测试工作效率低下、测试数据格式不统一的问题。
本发明采取的技术方案为：一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，包括测试装置接口层、自动测试层和测试方案开发层，测试装置接口层即测试装置控制接口，为组件对象模型(COM)接口，提供被测保护装置的全部测试功能服务接口，自动测试层包括测试控制中心模块、制造报文规范(MMS)通信模块；测试方案开发层包括测试方案开发模块和测试子模板库、设备数据模型和测试方案数据接口库，测试方案开发模块为一个二次开发系统，针对被测就地化保护装置进行二次开发，编辑测试方案和测试子模板。
测试装置控制接口使用Windows消息来通知测试控制中心模块测试状态的变化，测试装置控制接口设计保护测试功能测试执行对象和保护测试功能执行对象的管理对象。保护测试功能测试执行对象用于实现对测试装置的控制，供自动测试控制中心调用以实现数字保护电气量的测试；保护测试功能执行对象的管理对象用于实现保护测试功能测试执行对象的创建和测试装置控制接口模块的关闭。
测试方案开发层根据设备数据模型、测试子模板库和测试方案数据接口库生成测试方案。
设备数据模型为IED能力描述文件(ICD)/变电站配置描述语言(SCL)文件或者通过MMS通信模块从就地化保护装置枚举得到的装置各种数据集的详细信息，设备数据模型描述就地化保护装置各种数据集的详细信息和特性曲线，其中，数据集主要包括测量数据集、遥信数据集、遥控数据集、定值数据集、压板数据集、保护事件数据集、告警数据集、装置参数数据集；特性曲线，描述保护元件的动作边界定义以及相关保护测试功能的图形绘制定义。
测试子模板库采用抽象化的方法，将测试方法相同的基础测试功能抽象为测试子模板，测试子模板描述就地化保护装置的基础测试项目集合和对应的报告格式，子模板开放数据接口，数据接口描述子模板功能模块的必须参数数据(装置参数、定值、压板、控制字等)，子模板通过实例化(与具体数字保护实际的装置参数数据集、定值数据集、压板数据集等进行关联)动态生成具体的测试项目集合，从而生成就地化保护装置的测试方案，其中，测试子模板库，用来记录和保存就地化保护装置的各功能测试的子模板，包括：线性度测试、保护功能测试(定值校验、动作值搜索、边界搜索等)、遥信测试、遥控测试、报文异常测试。
测试方案数据接口库可扩展标记语言(XML)文件，基于万维网联盟(W3C)的XML1.0语法标准，文件保存就地化保护装置的保护测试功能的信息，主要包括保护测试功能的属性数据、故障参数数据和结果参数数据，1)保护测试功能属性数据，保护测试功能名称name、保护测试功能ID；2)故障参数数据，定义保护测试功能的故障参数，描述执行此保护测试功能需要设置的参数；参数需要定义的属性包括：数据名称name、数据ID、数据类型datatype、单位unit、缺省值defGvalue、数据值value；故障参数数据的数据类型，例如：浮点数float、整数int、字符串string、零序故障(值域为：AN，BN，CN)、变压器绕组数(值域为：双绕组、三绕组)等；3)结果参数数据，为保护测试功能测试完成时形成的结果数据。
测试方案包括两个文件：测试模板文件和报告模板文件，测试模板文件基于XML语言，用来记录被测就地化保护装置的设备数据模型、测试流程、测试项目定义；报告模板文件为Word文档，用来描述标准报告格式并将测试模板中参数数据、结果数据自动写入Word文档中的位置；测试方案开发模块首先从被测就地化保护装置获得设备数据模型，分析设备数据模型的数据；然后从测试子模板库中获得与数据集数据相匹配的子模板，将数据集数据传递给子模板进行实例化，生成测试模板文件和报告模板文件，即完成测试方案的自动生成，也可以根据用户的需要手工编辑装置测试方案，即针对具体的就地化保护装置型号，依据检验规程/标准定制被测装置的测试方案。
自动测试层包括自动测试控制中心模块和MMS通信模块，自动测试控制中心提供一个测试试验过程中人机对话的环境，自动测试控制中心打开测试方案，自动执行测试方案中测试项目，自动判断测试结果是否合格，并将测试结果保存至标准的报告模块中；MMS通信模块通过MMS与就地化保护装置通信，MMS通信程序设计和开放标准COM接口，供自动测试程序调用，开放标准COM接口包括命令控制接口、数据访问接口，命令控制接口包括定值的读取和修改、压板的投退操作、控制字的读取和修改、保护测量值的读取、装置参数的读取和修改；数据访问接口实现读取被测就地化保护装置的各种数据集数据和保护动作报告数据、告警报告数据。
一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台的测试方法，该方法主要包括三个步骤：子模板的编辑、测试方案编辑和自动测试，子模板的编辑是丰富子模板库的过程，具体测试中测试方案开发模块可以从子模板库中加载子模板，不需要每次都进行子模板的编辑；测试方案编辑模块要根据设备数据模型和子模板库确定详细的测试方案；测试控制中心模块加载测试方案进行自动测试，最后形成标准格式的测试报告保存并输出，具体步骤如下：
1)测试方案开发模块编辑子模板，建立子模板库，具体包括：使用测试方案开发模块，新建测试子模板，为子模板建立数据接口定义；根据就地化保护装置的功能测试要求，编辑测试子模板的测试项目；保存测试子模板，形成涵盖就地化保护装置各种测试功能的测试子模板库；
2)测试方案开发模块编辑装置测试方案，具体包括：通过MMS通信模块与就地化保护装置通信，枚举装置的设备数据模型，保存为设备数据模型文件；使用测试方案开发模块，建立测试方案，导入设备数据模型文件；智能分析设备数据模型，根据分析结果和功能测试要求自动或手动选择测试子模板；根据就地化保护装置的设备数据模型，实例化测试子模板，动生成被测就地化保护装置的装置测试方案；测试子模板实例化的同时，拼接各实例化子模板的报告模板，形成就地化保护装置的测试报告模板；各测试子板实例化完成，保存就地化保护装置的测试方案；
3)测试控制中心模块根据测试方案进行测试，具体包括：测试控制中心模块打开装置测试方案；开始测试，测试控制中心模块根据装置测试方案(主要包括电气量项目测试、通信命令项目测试、人工检验项目测试、系统参数录入项目测试和项目分类目录测试)的测试流程，依次完成各测试项目的测试，自动记录测试结果、自动进行结果判断、自动填写报告；测试完成，形成标准格式的测试报告。
装置测试方案主要包括电气量项目测试、通信命令项目测试、人工检验项目测试、系统参数录入项目测试和项目分类目录测试。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明平台采用分层结构和模块化的思想，能实现对保护装置的高效率闭环自动测试，采用开放式结构，对不同种类的保护装置，提供二次开发平台以编辑测试方案，测试完成后，能自动形成标准格式的测试报告，能克服保护测试中过分依赖个人能力、测试工作效率低下、测试数据格式不统一的问题。
附图说明
图1是自动测试系统拓扑结构图；
图2是自动测试平台软件结构图；
图3是智能变电站自动测试流程图；
图4是保护测试模块通用参数图；
图5是保护测试模块测试参数图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明进行进一步介绍。
通过PC机上的自动测试软件，同时与测试装置器以及保护装置建立通讯，实现数据的闭环共享。通过软件来代替人工实现修改定值、投退压板、测试数据的汇总处理以及测试报告的生成和填写等一系列操作。测试员只需要在系统建立初期编好标准的测试方案模板，测试时由自动测试软件来实现测试任务的调度控制，从而实现一键化全自动闭环测试。自动测试系统拓扑结构如图1所示。
一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，自动测试平台的软件架构采用分层结构和模块化的设计思想，软件结构框架如图2所示，包括测试装置接口层、自动测试层和测试方案开发层，测试装置接口层即测试装置控制接口，为组件对象模型(COM)接口，提供被测保护装置的全部测试功能服务接口，自动测试层包括测试控制中心模块、制造报文规范(MMS)通信模块；测试方案开发层包括测试方案开发模块和测试子模板库、设备数据模型和测试方案数据接口库，测试方案开发模块为一个二次开发系统，针对被测就地化保护装置进行二次开发，编辑测试方案和测试子模板。
为实现自动测试平台的通用性和智能化，平台本身必须具有良好的可扩展性，必须适应不同类型的被测装置，为解决这一问题，需要开发设计测试装置接口层，本接口为开放COM接口，能供自动测试控制中心调用，实现就地化保护装置的各种保护测试功能；测试装置控制接口使用Windows消息来通知测试控制中心模块测试状态的变化，根据被测就地化保护装置的保护功能原理分析出测试方法。因此，在测试装置控制接口上，设计保护测试功能测试执行对象和保护测试功能执行对象的管理对象。保护测试功能测试执行对象用于实现对测试装置的控制，供自动测试控制中心调用以实现数字保护电气量的测试；保护测试功能执行对象的管理对象用于实现保护测试功能测试执行对象的创建和测试装置控制接口模块的关闭。
不同的被测装置和测试方法往往意味着不同的测试方案，因此测试方案的独立开发在测试软件架构上尤为重要，因此设计测试方案开发层，实现被测保护装置的测试方案和测试子模板的二次开发，测试方案开发层根据设备数据模型、测试子模板库和测试方案数据接口库生成测试方案。设备数据模型为IED能力描述文件(ICD)/变电站配置描述语言(SCL)文件或者通过MMS通信模块从就地化保护装置枚举得到的装置各种数据集的详细信息，设备数据模型描述就地化保护装置各种数据集的详细信息和特性曲线，其中，数据集主要包括测量数据集、遥信数据集、遥控数据集、定值数据集、压板数据集、保护事件数据集、告警数据集、装置参数数据集；特性曲线，描述保护元件的动作边界定义以及相关保护测试功能的图形绘制定义。测试子模板库采用抽象化的方法，将测试方法相同的基础测试功能抽象为测试子模板，测试子模板描述就地化保护装置的基础测试项目集合和对应的报告格式，子模板开放数据接口，数据接口描述子模板功能模块的必须参数数据(装置参数、定值、压板、控制字等)，子模板通过实例化(与具体数字保护实际的装置参数数据集、定值数据集、压板数据集等进行关联)动态生成具体的测试项目集合，从而生成就地化保护装置的测试方案，其中，测试子模板库，用来记录和保存就地化保护装置的各功能测试的子模板，包括：线性度测试、保护功能测试(定值校验、动作值搜索、边界搜索等)、遥信测试、遥控测试、报文异常测试。测试方案数据接口库可扩展标记语言(XML)文件，基于万维网联盟(W3C)的XML1.0语法标准，文件保存就地化保护装置的保护测试功能的信息，主要包括保护测试功能的属性数据、故障参数数据和结果参数数据，1)保护测试功能属性数据，保护测试功能名称name、保护测试功能ID；2)故障参数数据，定义保护测试功能的故障参数，描述执行此保护测试功能需要设置的参数；参数需要定义的属性包括：数据名称name、数据ID、数据类型datatype、单位unit、缺省值defGvalue、数据值value；故障参数数据的数据类型，例如：浮点数float、整数int、字符串string、零序故障(值域为：AN，BN，CN)、变压器绕组数(值域为：双绕组、三绕组)等；3)结果参数数据，为保护测试功能测试完成时形成的结果数据。
测试方案包括两个文件：测试模板文件和报告模板文件，测试模板文件基于XML语言，用来记录被测就地化保护装置的设备数据模型、测试流程、测试项目定义；报告模板文件为Word文档，用来描述标准报告格式并将测试模板中参数数据、结果数据自动写入Word文档中的位置；测试方案开发包括测试模板编辑和报告模板编辑两个部分，测试模板编辑实现对被测装置的标准测试流程以及各测试项目的测试方法、测试结果判断方法编辑；报告模板编辑实现将测试模板中的数据(参数数据、结果数据等)与报告文档位置进行关联绑定，报告模板编辑程序设计为直接打开Word程序，在Word程序中执行相关的操作。测试方案开发模块首先从被测就地化保护装置获得设备数据模型，分析设备数据模型的数据；然后从测试子模板库中获得与数据集数据相匹配的子模板，将数据集数据传递给子模板进行实例化，生成测试模板文件和报告模板文件，即完成测试方案的自动生成，也可以根据用户的需要手工编辑装置测试方案，即针对具体的就地化保护装置型号，依据检验规程/标准定制被测装置的测试方案，自动测试层包括自动测试控制中心模块和MMS通信模块，自动测试控制中心提供一个测试试验过程中人机对话的环境，自动测试控制中心打开测试方案，自动执行测试方案中测试项目，自动判断测试结果是否合格，并将测试结果保存至标准的报告模块中；自动测试输出标准报告、系统测试记录库、XML标准报告，标准报告包括Word，WPS，Excel，XML格式的文档报告，系统测试记录库记录测试过程中的全部测试信息，包括测试项目的测试次数，每次测试的测试时间、测试时的故障参数数据、测试装置返回的测试结果数据、从就地化保护装置读取的数据、修改保护装置的数据，从保护装置读取的数据包括定值、压板、测量值、装置参数、装置动作信息、告警信息等，修改保护装置的数据包括保护装置的装置参数、定值、压板，XML标准报告为XML格式，用于外部系统访问。
MMS通信模块通过MMS与就地化保护装置通信，MMS通信程序设计和开放标准COM接口，供自动测试程序调用，开放标准COM接口包括命令控制接口、数据访问接口，命令控制接口包括定值的读取和修改、压板的投退操作、控制字的读取和修改、保护测量值的读取、装置参数的读取和修改；数据访问接口实现读取被测就地化保护装置的各种数据集数据和保护动作报告数据、告警报告数据。
.测试流程设计思路：测试控制中心打开测试方案，执行测试方案中测试项目的测试，不同测试项目的测试流程不同，详细设计如下。
1)保护功能测试项目测试流程设计
测试控制中心模块根据保护测试功能各故障参数计算公式，计算保护测试功能的参数值，执行故障参数计算脚本，实现特殊计算功能；调用测试装置控制接口模块，向测试装置控制接口模块传入保护测试功能的标示和保护测试功能参数数据，开始测试；等待测试装置控制接口模块返回测试结束消息；收到测试结束消息后，从测试装置控制接口模块读取结果数据，执行测试结果判断脚本，判断测试结果是否合格；将测试结果数据填写到报告模板中，测试过程中出现异常，测试控制中心模块根据异常的严重程度进行测试流程的调整，比如停止测试并播放告警音乐、暂停一段时间后继续测试等。
2)通信命令项目测试流程设计
测试控制中心模块发送通信命令和通信数据给MMS通信模块；MMS通信模块收到通信命令和通信数据后，与就地化保护装置进行通信，执行通信命令；通信命令执行完毕，发送执行结果给测试控制中心模块；测试控制中心模块从MMS通信模块读取结果数据，根据结果数据进行结果判断，填写结果数据到报告模板中。
测试过程中出现异常，测试控制中心模块根据异常的严重程度进行测试流程的调整，比如将通信命令重复执行多次、停止测试并播放告警音。
3)硬件检测项目执行流程设计
测试控制中心模块根据硬件检测项目，弹出提示界面，提示用户进行相应的操作；如果有数据需要录入，等待用户录入数据；用户确认完成操作后，执行测试结果判断脚本，判断测试结果是否合格；将测试结果数据填写到报告模板中。
4)系统参数录入项目执行流程设计
测试控制中心模块根据被测就地化保护装置的试验相关参数录入项目的类型，弹出参数录入界面，显示需要录入的装置数据集数据；等待用户录入参数据；用户确认操作后，执行结果判断脚本，判断结果是否合格；将需要填入报告的参数数据填入到报告模板中。
实施例2：一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台的测试方法，该方法主要包括三个步骤：子模板的编辑、测试方案编辑和自动测试，子模板的编辑是丰富子模板库的过程，具体测试中测试方案开发模块可以从子模板库中加载子模板，不需要每次都进行子模板的编辑；测试方案编辑模块要根据设备数据模型和子模板库确定详细的测试方案；测试控制中心模块加载测试方案进行自动测试，最后形成标准格式的测试报告保存并输出，具体步骤如下：
1)测试方案开发模块编辑子模板，建立子模板库，具体包括：使用测试方案开发模块，新建测试子模板，为子模板建立数据接口定义；根据就地化保护装置的功能测试要求，编辑测试子模板的测试项目；保存测试子模板，形成涵盖就地化保护装置各种测试功能的测试子模板库；
2)测试方案开发模块编辑装置测试方案，具体包括：通过MMS通信模块与就地化保护装置通信，枚举装置的设备数据模型，保存为设备数据模型文件；使用测试方案开发模块，建立测试方案，导入设备数据模型文件；智能分析设备数据模型，根据分析结果和功能测试要求自动或手动选择测试子模板；根据就地化保护装置的设备数据模型，实例化测试子模板，动生成被测就地化保护装置的装置测试方案；测试子模板实例化的同时，拼接各实例化子模板的报告模板，形成就地化保护装置的测试报告模板；各测试子板实例化完成，保存就地化保护装置的测试方案；
3)测试控制中心模块根据测试方案进行测试，具体包括：测试控制中心模块打开装置测试方案；开始测试，测试控制中心模块根据装置测试方案(主要包括电气量项目测试、通信命令项目测试、人工检验项目测试、系统参数录入项目测试和项目分类目录测试)的测试流程，依次完成各测试项目的测试，自动记录测试结果、自动进行结果判断、自动填写报告；测试完成，形成标准格式的测试报告。
配置及定义：XML具有元语言特性及结构化的特点，无需根据不同软、硬件平台做额外数据处理(如字节序问题)，具有结构化特点，容易阅读和编写，同时具有强大的可伸展性和自我描述性。这些特点使得XML语言成为数据在网络间交换处理、存储最为方便的载体。为了使通用测试模板具备良好的可伸展性、自我描述性、可移植性和适应性，使得测试模板的升级维护变得方便，能够充分发挥和挖掘继电保护测试装置的效能，采用XML编写通用测试模板。
通用测试模板从小到大分为模板配置定义、测试模块、测试任务等三个层次。
测试模板配置包括对模板中基本元素的定义，包括对文本、定值、开入开出量、变化量、电气量等的定义。各种模板配置均采用XML元语言，以电气量的定义为例。电气量定义格式包括模板变量名称和模板变量描述，如UI、电气量，ID、电气量编号，Name、电气量名称，HARMONIC、谐波次数1为基波2～21为谐波(1次只能叠加1种谐波)，Amp、有效值幅值初值，Pha、相位初值，Freq、频率初值，DC、直流量标志。
测试模块是测试模板的最直接组成元素。在模板配置基础上，根据测试任务的具体要求，添加对相关参数、故障或测试点的定义以及相应的测试报告的XML语言定义，就形成了完整的测试模块。
测试任务模块、每个测试任务需要生成一个或多个测试任务模块。例如，光数字测试有SV输入对点测试和GOOSE输入对点测试两个测试模块，分别用于测试开关量和采样是否正常。每个测试任务模块都用来完成一项独立的测试。
下面以GOOSE输入对点测试模块为例进行说明。GOOSE输入对点测试主要是测试开关量是否正常，其测试任务模块依次包含测试模块描述、模块版本描述、子模块选择、SV页面配置、GOOSE页面配置、GOOSE控制块信息以及测试点筛选配置信息等。该模块格式可描述如下：
<Item Check＝"false"TestModule＝"iec61850"Name＝"光数字测试_GOOSE">
<Module version＝"1.0"desc＝"光数字测试"name＝"iec61850">
<IP value＝"2"name＝"光数字测试_GOOSE"/>
<SmvSend endIndex＝"4000"sendMode＝"0"stepNum＝"0"smvFmt＝"0"staIndex＝"0"sampFreq＝"4000"chgType＝"0"bPrimacy＝"true"stepTime＝"0"ctrlMode＝"0"/>
<GooseSend>
<GSECB gocbRef＝"gocbRef1"goId＝"GoId1"desc＝""sendInt＝"t0＝5000t1＝2t2＝4t3＝8"dataSet＝"DataSet1"appId＝"0x0001"cbId＝"1"mac＝"01-0C-CD-05-00-01"isSel＝"0"chnNum＝"10">
<GSECHN desc＝"条目1"val＝"0"type＝"0"isSel＝""index＝"1"/>
……
<GSECHN desc＝"条目10"val＝"0"type＝"0"isSel＝""index＝"10"/>
</GSECB>
</GooseSend>
</Module>
<FilterData>//测试点筛选配置信息
<CtrlGroupFilter gooseMapId＝"1">
<SmvFilter/>//模拟量控制块选择
<GooseFilter>//开关量控制块选择
<GooseGroup appId＝"0x0001"cbId＝"1"/>
</GooseFilter>//开关量控制块结束
</CtrlGroupFilter>//开关量映射结束</FilterData>
</Item>。
测试模板：按照智能变电站的功能，测试模板一般包含模型校验、定值校验、发送一致性校验、SV输入对点测试、GOOSE输入对点、模拟量输入对点、硬接点输入对点、距离保护、工频变化量距离保护、方向零序过流保护、复压闭锁方向过流保护、三相不一致保护等测试任务。各项测试任务分别测试变电站的IED之间的通信是否通畅，或者各个IED的测试功能是否完备。在实际应用时，可以根据工程需要添加任意种类和数量的测试任务。
各项测试任务模块组合起来，就形成了完整的测试模板。测试模板的格式如下：
<Solution Version＝"0.7"SolutionName＝"解决方案">//测试模板描述开始
<SubItems>//测试任务模块集合
……
</SubItems>//测试任务模块定义结束
</Solution>//测试模板定义结束
系统的具体测试流程如图3所示，步骤如下：
(1)读取继电保护装置型号、额定参数、保护定值等信息，自动加载测试项，生成测试模型。
(2)测试交流电流、电压通道零漂及线性度，确定采样是否正常。如果采样不正常，则发出开关量异常告警信号，结束测试。
(3)检验开入量、开出量，确定开关量是否正常。如果开关量不正常，则发出开关量异常告警信号，结束测试。
(4)投入第一个测试项目的测试所需的软压板，开始进行第一个保护测试项目。若设备不正常动作，则发出保护测试项目异常信号，然后进行下一个保护测试项目；若设备正常动作则直接进行下一个项目。
(5)顺次进行所有保护测试项目，直到完成所有保护测试项目，并生成测试报告。
基于CCD文件的智能变电站继电保护自动测试技术的实现由上位机软件和下位机装置两部分组成。上位机软件可以在Windows、Linux系统上提供人机操作界面以实现试验配置、试验流程控制、试验进度及状态显示、试验结果分析及试验报告生成等功能。下位机系统由vxWorks、PowerPC、FPGA和各种外围接口组成，完成试验数据的实时计算和输入输出。上位机软件与下位机系统之间通过以太网接口通信。
整套自动测试软件分为两大部分：模板编辑器、实例生成器。模板编辑器在CID文件的基础上，设置测试过程中要操作的数据；实例生成器是在模板的基础上，结合IED实例生成测试工程，将模板实例化。
上位机系统提供通用测试模块和专用测试模块并可运行于Windows和Linux平台，其中测试模块包括：模型校验、定值校验、发送一致性校验、SV输入对点测试、GOOSE输入对点、模拟量输入对点、硬接点输入对点、距离保护、工频变化量距离保护、方向零序过流保护、复压闭锁方向过流保护、三相不一致保护。各个测试模块分别完成一种或几种同类试验，并可以在测试解决方案中插入任意种类和数量的试验模块。
上位机软件提供了丰富的通用和专用测试模块，为智能变电站内各种类型的二次设备提供了完善的测试解决方案。同时，综合测试系统采用了类似于智能变电站SCL配置工具的工程配置界面和配置流程，符合操作人员的测试习惯，并且提供了各种类型的图形和表单用于显示试验进度和试验结果等，极大的提高了测试的效率。
(1)模型校验
模型校验模块具有以下功能：校验保护装置的实例化CID模型是否同ICD配置一致，以校验保护装置模型配置的正确性。
该模块通过解析ICD模型文件中每个逻辑节点LN下面的每个DAI，根据各个DAI路径在被测保护装置中读取相应的数据类型，校验该类型是否同ICD模型中的类型一致。
(2)定值校验
定值校验模块通过导入ICD配置文件确定保护装置中定值项目以及每个定值的范围，通过对保护装置的每个定值区的定值进行原有定值备份，定值最小值写入，定值最小值读取校验，定值最大值写入，定值最大值写入校验，定值恢复，恢复定值校验的过程来遍历测试全部定值区的定值。
(3)发送一致性
发送一致性模块通过解析SCD或者CCD文件，获取保护装置GOOSE发送虚端子的配置信息，根据收到的保护装置发送的GOOSE报文，解析报文中的配置信息。将GOOSE报文中的配置信息同SCD或者CCD文件中的配置信息进行对比，校验保护装置的GOOSE发送一致性。
(4)SV输入对点
SV输入对点模块通过解析SCD或者CCD配置文件中的虚端子连线，获取保护装置SV虚端子的配置信息，根据配置信息本测试模块可以向保护装置发送订阅的SV报文，并读取保护装置中对应的保护测量的采样值，通过采样值同SV报文中预设的数据进行对比，校验保护装置的SV采样功能。
(5)GOOSE输入对点
GOOSE输入对点模块通过解析SCD或者CCD配置文件中的虚端子连线，获取保护装置GOOSE虚端子的配置信息，根据配置信息本测试模块可以向保护装置发送订阅的GOOSE报文，并读取保护装置中对应的遥信值，通过遥信值同GOOSE报文中预设的数据进行对比，校验保护装置的GOOSE采样功能。
(6)模拟量输入对点
模拟量输入对点模块通过设置模拟量端口同保护测量的采样值之间的映射关系，读取保护采样值并同预设的模拟量数据进行对比，校验保护装置的模拟量采样功能。
(7)硬接点输入对点
硬接点输入对点模块通过设置硬接点端口同遥信量之间的映射关系，读取保护装置的遥信并同预设的硬接点开关量数据进行对比，校验保护装置的硬接点开入量采集功能。
(8)距离保护
距离保护测试模块可以对距离保护功能进行自动测试，能够测试接地距离保护，相间距离保护，校验保护整定动作值和动作时间。
(9)工频变化量距离保护
工频变化量距离保护测试模块可以对工频变化量距离保护功能进行自动测试，能够测试接地距离保护，相间距离保护，校验保护整定动作值和动作时间。
(10)方向零序过流保护
方向零序过流保护可以对方向零序过流保护进行自动测试，校验保护整定动作值、动作时间和方向动作区边界。
(11)复压闭锁方向过流保护
复压闭锁方向过流保护测试模块可以对复压方向闭锁过流保护进行自动测试，校验保护整定动作值、动作时间、复压闭锁条件和方向动作区边界。
(12)三相不一致保护
三相不一致保护测试模块可以对三相不一致保护进行自动测试，校验保护整定动作值和动作时间。
自动生成过程层配置
过程层配置包括：导入控制块、设置采样频率、设置模拟量变比、端口配置。其中：导入控制块由分析SCD、CCD文件完成；模板编辑器设置采样频率的值或者路径；模拟量变比根据“SV输入对点”的设置完成；端口配置：需设置测试装置每个端口对应的线缆名称，根据SCD文件中控制块的端口名称和线缆名称的对应关系，将控制块配置到相应的端口。SV、GOOSE发送一致性测试
(1)模板编辑
模板编辑器中包含2个标签。
1)SV
添加测试装置要接收的SV控制块，模板处为空。
2)GOOSE
添加测试装置要接收的GOOSE控制块，模板处为空。
(2)实例生成
实例生成器要实例化的内容包括：测试装置要接收的SV、GOOSE控制块。
(3)测试过程
对每个SV、GOOSE控制块，测试装置接收并解析第一帧报文，将控制块参数、通道数量、通道类型等与试验配置做比较，看是否保持一致。
SV输入对点：
(1)模板编辑
模板编辑器中包含1个标签，其下提供一个行可编辑的表格，以PCS931的保护SV输入对点为例，格式如表1所示：
表1 SV输入对点模板
Figure BDA0003270277480000091
Figure BDA0003270277480000101
(2)实例生成
实例生成器要实例化的内容包括：根据inputs段的对应关系，实例化测试装置要接收的SV通道的一次额定值和二次额定值。注：此处额定值均为相量的额定值，而通过MMS获取的电压额定值均为线电压的额定值，因此通过路径获取的量实例化的时候应除以根号3。
(3)测试过程
根据表格，对相应的SV通道施加值，其中，幅值为二次额定值，频率为50Hz，相位为表格中相位列的值，并检查以下量：
1)读取遥测量的幅值，计算幅值的误差，应不大于0.5％；
2)读取遥测量的相位，检查各通道之间的相位关系是否与表格相符，误差应不大于0.5°。
GOOSE输入对点
(1)模板编辑
同SV输入对点类似，模板编辑器中包含1个标签，其下提供一个行可编辑的表格，以PCS931的保护GOOSE输入对点为例，格式如表2所示：
表2 GOOSE输入对点模板
Figure BDA0003270277480000102
(2)实例生成
无需额外实例化。
(3)测试过程
根据表格，改变相应的GOOSE通道的值，检查相关遥信量是否发生变位。
保护测试模块所有保护测试模块的编辑及测试过程大致相同，此处以距离保护为例予以说明。
(1)模板编辑
模板编辑器中包含5个标签，通用参数、SV映射、GOOSE映射、MMS参数、测试参数。
1)通用参数：
该参数内主要定义了故障前正常状态的电压电流大小、CT和PT接线方式、各个状态(故障前、故障状态、重合闸状态、永跳状态)的持续时间，故障计算模型，同期电压和开入开出量的关联。
2)SV映射：
SV映射主要根据导入SCD或者CCD配置文件，将保护测试所需的电流和电压同保护装置的虚端子进行映射关联。
3)GOOSE映射：
GOOSE映射主要根据导入SCD或者CCD配置文件，将保护测试所需的开入量及开关量同保护装置的虚端子进行映射关联
4)MMS参数：
设置保护测试需要的压板、控制字及保护定值，同时可以将保护定值同测试参数中的参数进行关联，则对应的测试参数的值随着保护定值而变化，以实现不同定值情况下，测试模板的统一性。
5)测试参数：
测试参数中可以根据保护测试所需的测试内容添加多个测试项目，每个测试项目内对应的测试参数设置如下：
其中整定阻抗zzd如果直接在MMS参数中同距离保护的阻抗定值关联，则直接以保护定值的整定阻抗进行计算故障电压和电流，如果不进行关联则采用该参数内的整定阻抗。测试判定参数通过勾选对应的状态用于校验对应保护是否输出对应的状态，并通过时间整定误差，校验保护的动作时间。
(2)实例生成
实例生成器要实例化的内容包括：SV映射、GOOSE映射和MMS参数中的对应控制块。
(3)测试过程
1)在SV映射、GOOSE映射和MMS参数中关联保护测试所需的电压电流，开关量、定值、压板及控制字等
2)在通用参数中设置故障前参数，所有的加量状态等
3)在测试参数中，根据所需的测试内容，添加多个测试用例，对每个测试用例的故障参数进行设置
4)实例化后点击开始测试，会自动对所有测试用例全部进行测试。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：包括测试装置接口层、自动测试层和测试方案开发层，测试装置接口层即测试装置控制接口，为组件对象模型(COM)接口，提供被测保护装置的全部测试功能服务接口，自动测试层包括测试控制中心模块、制造报文规范(MMS)通信模块；测试方案开发层包括测试方案开发模块和测试子模板库、设备数据模型和测试方案数据接口库，测试方案开发模块为一个二次开发系统，针对被测就地化保护装置进行二次开发，编辑测试方案和测试子模板。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：测试装置控制接口使用Windows消息来通知测试控制中心模块测试状态的变化，测试装置控制接口设计保护测试功能测试执行对象和保护测试功能执行对象的管理对象，
保护测试功能测试执行对象用于实现对测试装置的控制，供自动测试控制中心调用以实现数字保护电气量的测试；保护测试功能执行对象的管理对象用于实现保护测试功能测试执行对象的创建和测试装置控制接口模块的关闭。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：测试方案开发层根据设备数据模型、测试子模板库和测试方案数据接口库生成测试方案。
4.根据权利要求3所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：设备数据模型为IED能力描述文件/变电站配置描述语言文件或者通过MMS通信模块从就地化保护装置枚举得到的装置各种数据集的详细信息，设备数据模型描述就地化保护装置各种数据集的详细信息和特性曲线，其中，数据集主要包括测量数据集、遥信数据集、遥控数据集、定值数据集、压板数据集、保护事件数据集、告警数据集、装置参数数据集；特性曲线，描述保护元件的动作边界定义以及相关保护测试功能的图形绘制定义。
5.根据权利要求3所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：测试子模板库采用抽象化的方法，将测试方法相同的基础测试功能抽象为测试子模板，测试子模板描述就地化保护装置的基础测试项目集合和对应的报告格式，子模板开放数据接口，数据接口描述子模板功能模块的必须参数数据，子模板通过实例化动态生成具体的测试项目集合，从而生成就地化保护装置的测试方案，其中，测试子模板库，用来记录和保存就地化保护装置的各功能测试的子模板，包括：线性度测试、保护功能测试、遥信测试、遥控测试、报文异常测试。
6.根据权利要求3所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：测试方案数据接口库可扩展标记语言文件，基于万维网联盟的XML1.0语法标准，文件保存就地化保护装置的保护测试功能的信息，主要包括保护测试功能的属性数据、故障参数数据和结果参数数据，1) 保护测试功能属性数据，保护测试功能名称name、保护测试功能ID；2) 故障参数数据，定义保护测试功能的故障参数，描述执行此保护测试功能需要设置的参数；参数需要定义的属性包括：数据名称name、数据ID、数据类型datatype、单位unit、缺省值defＧvalue、数据值value；故障参数数据的数据类型；3) 结果参数数据，为保护测试功能测试完成时形成的结果数据。
7.根据权利要求3所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：测试方案包括两个文件：测试模板文件和报告模板文件，测试模板文件基于XML语言，用来记录被测就地化保护装置的设备数据模型、测试流程、测试项目定义；报告模板文件为Word文档，用来描述标准报告格式并将测试模板中参数数据、结果数据自动写入Word文档中的位置；测试方案开发模块首先从被测就地化保护装置获得设备数据模型，分析设备数据模型的数据；然后从测试子模板库中获得与数据集数据相匹配的子模板，将数据集数据传递给子模板进行实例化，生成测试模板文件和报告模板文件，即完成测试方案的自动生成，也可以根据用户的需要手工编辑装置测试方案，即针对具体的就地化保护装置型号，依据检验规程/标准定制被测装置的测试方案。
8.根据权利要求1所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台，其特征在于：自动测试层包括自动测试控制中心模块和MMS通信模块，自动测试控制中心用于提供一个测试试验过程中人机对话的环境，自动测试控制中心打开测试方案，自动执行测试方案中测试项目，自动判断测试结果是否合格，并将测试结果保存至标准的报告模块中；MMS通信模块通过MMS与就地化保护装置通信，MMS通信程序设计和开放标准COM接口，供自动测试程序调用，开放标准COM接口包括命令控制接口、数据访问接口，命令控制接口包括定值的读取和修改、压板的投退操作、控制字的读取和修改、保护测量值的读取、装置参数的读取和修改；数据访问接口实现读取被测就地化保护装置的各种数据集数据和保护动作报告数据、告警报告数据。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台的测试方法，其特征在于：该方法主要包括三个步骤：子模板的编辑、测试方案编辑和自动测试，子模板的编辑是丰富子模板库的过程，具体测试中测试方案开发模块从子模板库中加载子模板，不需要每次都进行子模板的编辑；测试方案编辑模块要根据设备数据模型和子模板库确定详细的测试方案；测试控制中心模块加载测试方案进行自动测试，最后形成标准格式的测试报告保存并输出，具体步骤如下：
1) 测试方案开发模块编辑子模板，建立子模板库，具体包括：使用测试方案开发模块，新建测试子模板，为子模板建立数据接口定义；根据就地化保护装置的功能测试要求，编辑测试子模板的测试项目；保存测试子模板，形成涵盖就地化保护装置各种测试功能的测试子模板库；
2) 测试方案开发模块编辑装置测试方案，具体包括：通过MMS通信模块与就地化保护装置通信，枚举装置的设备数据模型，保存为设备数据模型文件；使用测试方案开发模块，建立测试方案，导入设备数据模型文件；智能分析设备数据模型，根据分析结果和功能测试要求自动或手动选择测试子模板；根据就地化保护装置的设备数据模型，实例化测试子模板，动生成被测就地化保护装置的装置测试方案；测试子模板实例化的同时，拼接各实例化子模板的报告模板，形成就地化保护装置的测试报告模板；各测试子板实例化完成，保存就地化保护装置的测试方案；
3) 测试控制中心模块根据测试方案进行测试，具体包括：测试控制中心模块打开装置测试方案；开始测试，测试控制中心模块根据装置测试方案的测试流程，依次完成各测试项目的测试，自动记录测试结果、自动进行结果判断、自动填写报告；测试完成，形成标准格式的测试报告。
10.根据权利要求9所述的一种智能变电站就地化保护装置的自动测试平台的测试方法，其特征在于：装置测试方案主要包括电气量项目测试、通信命令项目测试、人工检验项目测试、系统参数录入项目测试和项目分类目录测试。
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