綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器在智能變電站中的應(yīng)用

張尚鐸，黃　琦，趙　敏

（電子科技大學(xué)，四川 成都611731）

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綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器在智能變電站中的應(yīng)用

張尚鐸，黃琦，趙敏

（電子科技大學(xué)，四川 成都611731）

摘 要：智能輔助系統(tǒng)是智能變電站的重要支撐部分，而目前對(duì)輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、接入方式等方面還存在一定差異。同時(shí)，各輔助系統(tǒng)廠家的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上存在很大的區(qū)別。針對(duì)輔助系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器，著重介紹了它的功能、結(jié)構(gòu)、測(cè)試流程和測(cè)試結(jié)果。通過(guò)對(duì)廠家產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器起到了很好的實(shí)用作用。對(duì)以后的輔助系統(tǒng)設(shè)備入網(wǎng)測(cè)試也有一定的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能變電站；輔助系統(tǒng)；模擬器；測(cè)試

由于現(xiàn)階段沒有一個(gè)完整和統(tǒng)一的輔助系統(tǒng)入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，各省網(wǎng)公司對(duì)智能電站輔助系統(tǒng)的要求也不盡相同，廠家對(duì)入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)也沒有明確的統(tǒng)一，導(dǎo)致已建和在建的電站中輔助系統(tǒng)不能統(tǒng)一[1]。此外，缺乏明確的測(cè)試、驗(yàn)收依據(jù)及必要的測(cè)試工具，對(duì)廠家產(chǎn)品沒有做到很好的把關(guān)，由此帶來(lái)諸多運(yùn)行維護(hù)的問(wèn)題。智能變電站輔助系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的研究設(shè)計(jì)可以起到一些實(shí)際的意義，首先，通過(guò)測(cè)試平臺(tái)的統(tǒng)一檢測(cè)入網(wǎng)的輔助系統(tǒng)具有接口統(tǒng)一，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議固定，結(jié)構(gòu)功能統(tǒng)一等特點(diǎn)。其次，各廠家生產(chǎn)的設(shè)備可以相互替換，簡(jiǎn)化了維護(hù)運(yùn)行工作，讓智能變電站真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守模式。最后，測(cè)試平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，規(guī)范了輔助系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行模式，對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來(lái)了高效的價(jià)值和意義。本文針對(duì)智能變電站輔助系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)中綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器的功能、結(jié)構(gòu)、測(cè)試流程等，進(jìn)行了說(shuō)明，并結(jié)合實(shí)際與廠家的產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)測(cè)，效果很好，為以后的智能變電站輔助系統(tǒng)的入網(wǎng)測(cè)試做了一定的基礎(chǔ)。

1　綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器功能結(jié)構(gòu)

綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器實(shí)現(xiàn)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、計(jì)量、電源、消防、安防和環(huán)境監(jiān)測(cè)等設(shè)備（子系統(tǒng)）的信息通信，通過(guò)綜合分析和統(tǒng)一展示，實(shí)現(xiàn)智能輔助系統(tǒng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和運(yùn)行監(jiān)視與控制[2]。而綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器作為測(cè)試工具，接入被測(cè)智能管理主機(jī)及與其相連的子系統(tǒng)、一體化監(jiān)控系統(tǒng)和視頻子系統(tǒng)，可進(jìn)行協(xié)議測(cè)試、多種功能測(cè)試。

按照軟件各部分分工不同，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器包含報(bào)文解析模塊、時(shí)間同步模塊、模型處理模塊、數(shù)據(jù)集處理模塊、報(bào)告控制塊處理模塊、遙控模塊、定值模塊、測(cè)試模塊。綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器功能結(jié)構(gòu)圖

其中報(bào)文解析模塊主要用于與智能管理主機(jī)互聯(lián)互通過(guò)程中，報(bào)文的獲取解析以及打包發(fā)送。報(bào)文解析模塊獲取mms報(bào)文，解析后將相應(yīng)信息發(fā)送給模型處理模塊、數(shù)據(jù)集處理模塊、報(bào)告控制塊處理模塊進(jìn)行分類監(jiān)控展示，其中模型處理模塊還要將信息傳給遙控模塊解析遙控實(shí)例節(jié)點(diǎn)、定值模塊解析定值組信息。報(bào)文解析模塊是測(cè)試模塊的基礎(chǔ)。時(shí)間同步模塊主要用于與智能管理主機(jī)互聯(lián)互通過(guò)程中，時(shí)間同步功能的邏輯實(shí)現(xiàn)。開啟時(shí)間同步功能，提供一個(gè)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）對(duì)時(shí)的服務(wù)端，如有對(duì)時(shí)客戶發(fā)送了對(duì)時(shí)請(qǐng)求，進(jìn)行正確響應(yīng)并回復(fù)SNTP對(duì)時(shí)報(bào)文。測(cè)試模塊主要用于與智能管理主機(jī)互聯(lián)互通過(guò)程中，測(cè)試項(xiàng)的消息分類及子模塊的調(diào)用邏輯處理。通過(guò)該模塊，用戶進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試功能。

2　綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器功能項(xiàng)

綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器測(cè)試與智能管理主機(jī)互聯(lián)互通中共12個(gè)測(cè)試項(xiàng)，分別是：創(chuàng)建連接、模型召喚、模型監(jiān)控展示、狀態(tài)檢測(cè)、模型修改、數(shù)據(jù)集修改、報(bào)告控制塊修改、定時(shí)上送、變化上送、對(duì)時(shí)、遙控、斷開連接。綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器與一體化監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通中共1個(gè)測(cè)試項(xiàng)，即變化上送。

協(xié)議測(cè)試支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，被測(cè)目標(biāo)必須是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的智能管理主機(jī)和一體化監(jiān)控系統(tǒng)?；竟δ茼?xiàng)測(cè)試過(guò)程按照IEC61850規(guī)約要求逐項(xiàng)對(duì)接收和發(fā)送報(bào)文進(jìn)行分析處理，逐項(xiàng)驗(yàn)證各功能對(duì)應(yīng)關(guān)鍵項(xiàng)，驗(yàn)證其報(bào)文格式是否正確，測(cè)試結(jié)束生成測(cè)試報(bào)告。軟件實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2　測(cè)試界面圖

2.1數(shù)據(jù)模型

智能管理主機(jī)和一體化監(jiān)控系統(tǒng)配置IEC61850數(shù)據(jù)模型。導(dǎo)入的文件先解析出HEADER節(jié)點(diǎn)信息、COMMUNICATION節(jié)點(diǎn)信息、IED節(jié)點(diǎn)信息，進(jìn)一步解析所有邏輯設(shè)備及其中的報(bào)告控制塊，最后顯示報(bào)告控制塊中的數(shù)據(jù)集。解析完成后智能管理主機(jī)和一體化監(jiān)控系統(tǒng)配置模型完成[3]。使用的標(biāo)準(zhǔn)IEC61850模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。該軟件采用的IEC61850模型中數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)，如圖4所示[4]。

圖3　標(biāo)準(zhǔn)IEC61850模型結(jié)構(gòu)圖

圖4　IEC61850模型數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)圖

2.2創(chuàng)建連接

啟動(dòng)模擬器后輸入被測(cè)智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)IP地址，向智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送連接請(qǐng)求，若連接失敗則延時(shí)1 s后重新發(fā)送連接請(qǐng)求直到連接成功，連接成功后即成功建立綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器與智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)鏈路，智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)首次連接成功自動(dòng)上報(bào)自身模型，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器解析后展示并與用戶交互，開始基本應(yīng)用功能測(cè)試。

點(diǎn)擊建立連接按鈕，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器發(fā)送建立連接的指令，智能管理主機(jī)接收到指令回復(fù)，過(guò)程為TCP三次握手后面向連接的傳輸協(xié)議（COTP）協(xié)議連接。連接創(chuàng)建完成后結(jié)果圖如圖5所示。

圖5　連接完成圖

2.3功能測(cè)試項(xiàng)

2.3.1模型召喚

該測(cè)試項(xiàng)旨在測(cè)試智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)是否具有正確響應(yīng)模型召喚的能力。

模型召喚在創(chuàng)建連接后自發(fā)進(jìn)行，調(diào)用mms抽象通信接口getNameList服務(wù)。智能管理主機(jī)/一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能解析綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器發(fā)送的mms報(bào)文，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器應(yīng)接收正確的響應(yīng)報(bào)文，首先檢查是否符合mms報(bào)文制造規(guī)范，若格式符合規(guī)范則進(jìn)行解析并與真實(shí)子系統(tǒng)信息進(jìn)行對(duì)比，生成測(cè)試結(jié)果；若格式不符合規(guī)范則直接生成測(cè)試結(jié)果。

2.3.2狀態(tài)檢測(cè)

模型召喚為狀態(tài)檢測(cè)提供了基礎(chǔ)，智能管理主機(jī)應(yīng)正確響應(yīng)模型中狀態(tài)相關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)。

2.3.3模型修改

模型召喚為模型修改提供了基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器提供模型修改接口，發(fā)送mms報(bào)文confirmed-RequestPdu調(diào)用mms的write服務(wù)，智能管理主機(jī)應(yīng)正確解析write請(qǐng)求，正確修改模型值后應(yīng)回復(fù)confirmed-ResponsePdu給綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器。

綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器發(fā)送模擬修改模型請(qǐng)求報(bào)文，智能管理主機(jī)回復(fù)報(bào)文首先檢測(cè)是否符合MMS報(bào)文制造規(guī)范，再對(duì)內(nèi)容進(jìn)行解析以查看是否正確。

測(cè)試流程如圖6所示。

圖6　模型修改測(cè)試流程

數(shù)據(jù)集修改與報(bào)告控制塊修改其流程與模型修改測(cè)試流程相似。

2.3.4上送功能

定時(shí)上送與變化上送主要是測(cè)試智能管理主機(jī)的上送MMS報(bào)文的功能，報(bào)文首先檢測(cè)是否符合MMS報(bào)文制造規(guī)范。

2.4性能測(cè)試項(xiàng)

性能測(cè)試旨在測(cè)試綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器是否有告警訂閱、告警聯(lián)動(dòng)、日志輸出的能力。

告警事件訂閱，可選擇訂閱八中類型的告警事件，可以訂閱一個(gè)或者多個(gè)告警類型；對(duì)于已經(jīng)建立的告警事件訂閱，如果取消，必須一次性全部取消，也無(wú)需配置任何參數(shù)[5]。參數(shù)配置完成后，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器自動(dòng)將該配置參數(shù)封裝為C++類成員QVector*warnings作為信令消息體。

測(cè)試中主要驗(yàn)證報(bào)文結(jié)構(gòu)是否完整，報(bào)文格式是否正確，類型標(biāo)識(shí)與報(bào)文信息體元素是否一致，可變結(jié)構(gòu)限定詞與報(bào)文信息體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容是否匹配。

告警參數(shù)配置，用戶需要對(duì)訂閱的告警設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)參數(shù)配置并對(duì)該功能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可選擇告警聯(lián)動(dòng)參數(shù)配置功能項(xiàng)，需要配置的參數(shù)有：告警聯(lián)動(dòng)參數(shù)地址編碼，告警類型、聯(lián)動(dòng)類型（可以是視頻聯(lián)動(dòng)或者控制開關(guān)聯(lián)動(dòng)，對(duì)于視頻聯(lián)動(dòng)需要配置聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)的地址編碼，預(yù)置位編號(hào)和是否錄像，對(duì)于控制開關(guān)聯(lián)動(dòng)需要配置開關(guān)設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)以及聯(lián)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作），配置完成后綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器自動(dòng)將該配置參數(shù)封裝為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的EXCEL形式作為信令消息體[6]。格式如下圖7所示。

圖7　告警聯(lián)動(dòng)參數(shù)配置命令消息體

告警訂閱、聯(lián)動(dòng)參數(shù)配置完成后，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器可根據(jù)上送的告警事件，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操作。成功訂閱設(shè)備的告警后，當(dāng)告警事件發(fā)生時(shí)，智能管理主機(jī)能準(zhǔn)確上送事件通知消息，綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器接收到事件通知消息后驗(yàn)證接收到的消息是否正確，若不正確則跳出流程，若正確則發(fā)送事件通知響應(yīng)給告警設(shè)備，到這里，告警訂閱功能測(cè)試通過(guò)[7]。匹配已經(jīng)設(shè)置的告警聯(lián)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)操作，若智能管理主機(jī)能正確進(jìn)行預(yù)置的聯(lián)動(dòng)操作，則告警聯(lián)動(dòng)測(cè)試通過(guò)。綜上，生成告警測(cè)試結(jié)果。告警聯(lián)動(dòng)過(guò)程如圖8所示。

圖8　告警聯(lián)動(dòng)過(guò)程流程圖

2.5生成測(cè)試報(bào)告

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試報(bào)告在各個(gè)測(cè)試項(xiàng)完成后系統(tǒng)生成。測(cè)試報(bào)告生成模塊用于生成對(duì)被測(cè)設(shè)備的測(cè)試結(jié)果，以EXCEL的形式保存，方便用戶的查看和打印。

在測(cè)試過(guò)程中，模擬器對(duì)進(jìn)行的每一項(xiàng)測(cè)試結(jié)果記錄和保存，當(dāng)用戶需要生成測(cè)試報(bào)告時(shí)，點(diǎn)擊界面上的生成測(cè)試報(bào)告按鈕，并選擇需要保存的路徑，模擬器便會(huì)生成EXCEL形式的測(cè)試結(jié)果并按照用戶指定的路徑保存。這里需要說(shuō)明的是，并不是每一次測(cè)試結(jié)果都進(jìn)行記錄，比如模擬器對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行了三次修改數(shù)據(jù)測(cè)試，那么結(jié)果測(cè)試報(bào)告中只會(huì)記錄一次，因?yàn)闇y(cè)試報(bào)告是以測(cè)試項(xiàng)為單位記錄的，并且，只有三次測(cè)試全部通過(guò)，結(jié)果才為通過(guò)，倘若測(cè)試過(guò)程中有一次不通過(guò)，則視為該項(xiàng)測(cè)試不通過(guò)；倘若測(cè)試過(guò)程中設(shè)備編碼查詢或配置錯(cuò)誤，并且被測(cè)設(shè)備返回正確的404響應(yīng)，那么視為模擬器請(qǐng)求的前端設(shè)備不存在，此項(xiàng)還有待進(jìn)一步的測(cè)試，當(dāng)下次測(cè)試通過(guò)或不通過(guò)時(shí)，自動(dòng)覆蓋404測(cè)試結(jié)果；另外，生成報(bào)告只記錄進(jìn)行過(guò)的測(cè)試項(xiàng)，包括主動(dòng)和被動(dòng)測(cè)試項(xiàng)，沒有進(jìn)行測(cè)試過(guò)的不被記錄[8]。測(cè)試報(bào)告導(dǎo)出軟件界面如圖9所示。

圖9　測(cè)試報(bào)告導(dǎo)出軟件界面圖

與某廠家測(cè)試生成的測(cè)試報(bào)告如圖10所示。

圖10　測(cè)試報(bào)告圖

3　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)智能變電站輔助系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器，簡(jiǎn)述了其測(cè)試原理和設(shè)計(jì)程序的思路，本軟件采用61850模型結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)綜合應(yīng)用服務(wù)器模擬器的各個(gè)功能模塊的程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，最后對(duì)某廠家的實(shí)物進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證生成測(cè)試結(jié)果。該模擬器只是測(cè)試平臺(tái)的一個(gè)重要組成部分，在信號(hào)品質(zhì)方面和視頻檢測(cè)方面還需要補(bǔ)充和完善測(cè)試工作。測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用和推廣，對(duì)以后的電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生重要的作用，也具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使變電站穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勁.智能變電站輔助控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].石家莊：華北電力大學(xué)，2012.

[2]王紅光.變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界，2011，8（10）:3.

[3]徐志強(qiáng)，雷雨田，張可人，等.智能變電站中智能組件的時(shí)間測(cè)試方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，21（6）:3.

[4]IEC60870-5-104:2002.telecontrol equipment and system part 5:transmission protocols section 104:Network access for

IEC60870-5-101using standard transport profiles[S].

[5]黃曙，崔全勝，宋小會(huì)，等.電力系統(tǒng)IEEE-158一致性測(cè)試研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，23（9）:3.

[6]韓小軍，蔡?hào)|升，黃琦.基于IEC104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的智能變電站輔助平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電測(cè)與儀表，2014，3（5）:2.

[7]蔣宏圖，袁越，楊昕霖．智能變電站一體化信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（8）：5．

[8]魯東海，孫純軍，秦華.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站輔助控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].華東電力，2011，4（6）:3.

[9]閆敬東.智能組件技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用[J].寧夏電力，2012，4（10）:1.

[10]徐磊．智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J]．電氣技術(shù)，2010，21（2）:1.

中圖分類號(hào):TM743

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0224-04

收稿日期：2016-01-10

作者簡(jiǎn)介:張尚鐸（1983－），男，甘肅武威人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、運(yùn)行及控制；黃琦（1976-），男，四川成都人，教授，博導(dǎo)，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)，電力系統(tǒng)廣域測(cè)量與控制技術(shù)；趙敏（1985-），男，新疆昌吉人，碩士研究生，電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行及控制。

In the Application of Intelligent Substation Comprehensive Application Server Emulator

ZHANG Shang-duo，HUANG Qi，ZHAO Min
（University of Electronic Science and Technology of China，ChengduSichuan 611731，China）

Abstract:Intelligent auxiliary system is the important part of intelligent substation，but there have a certain gap at the structure function and connection mode of auxiliary system.Meanwhile，the product of manufacturer of the auxiliary system has the very big difference.This paper ntroduced the function，structure，test process and test results basedon auxiliary system test platform of integrated application server emulator.By actual test validation of factory products，the comprehensive application server emulator has played a very good practical effect，and to the following auxiliary system into test also has a certain value.

Key words:intelligent substation；auxiliary system；emulator；test