基于實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試

趙連強(qiáng)，張燁華，任歡歡，江 櫻，王 凌，楊小蓮

（1.易源士創(chuàng)信息科技（南京）有限公司，南京 210019；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司信息通信分公司，杭州 310020）

0 引言

近年來，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入開展，信息模型建模技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等新技術(shù)在新型配電系統(tǒng)建設(shè)中得到了初步應(yīng)用，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)針對(duì)基于面向?qū)ο蠼：臀锫?lián)網(wǎng)通信協(xié)議的智能配電終端即插即用相關(guān)應(yīng)用開展了諸多研究。

文獻(xiàn)［1］基于IEC 61850 面向?qū)ο?、分層分布的思想從相?duì)宏觀的角度提出了配電自動(dòng)化終端即插即用體系。文獻(xiàn)［2-4］提出了IEC 61850 應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息模型以及IEC 61850 到XMPP（可擴(kuò)展消息和在線表示協(xié)議）的映射實(shí)現(xiàn)，建立了配電自動(dòng)化信息模型和即插即用方法。文獻(xiàn)［5］提出了基于IEC 61850/IEC CIM信息模型和DDS（數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）通信協(xié)議的中壓配電終端即插即用技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了裝置級(jí)即插即用，與傳統(tǒng)終端相比，實(shí)現(xiàn)了配電終端面向?qū)ο笮畔⒛Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)化，不僅降低了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)維工作量，還節(jié)省了主站側(cè)點(diǎn)表與模型轉(zhuǎn)換工作，并支持電力大數(shù)據(jù)分析。另外，美國公用事業(yè)巨頭杜克能源公司聯(lián)合電力行業(yè)知名合作伙伴推出了一種稱為OpenFMB（開放式現(xiàn)場(chǎng)消息總線）的技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)采用IEC 61850面向?qū)ο蠼Ｋ枷爰肮I(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)智能終端、表計(jì)等智能設(shè)備的即插即用接入及邊緣計(jì)算［6］。

基于面向?qū)ο笮畔⒛Ｐ秃臀锫?lián)網(wǎng)通信協(xié)議的研究促進(jìn)了配電終端即插即用和互操作能力的提升，但目前對(duì)于即插即用和互操作能力測(cè)試方面的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)有的中壓配電終端測(cè)試技術(shù)方案大多基于傳統(tǒng)的IEC 101/104協(xié)議，無法適用于基于物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的智能配電終端的檢測(cè)，導(dǎo)致智能配電終端應(yīng)用過程中缺乏即插即用與互操作能力測(cè)試手段，工程實(shí)踐中只能進(jìn)行簡(jiǎn)單聯(lián)動(dòng)測(cè)試，或者花費(fèi)大量人力物力進(jìn)行檢測(cè)。

針對(duì)上述問題，本文提出了基于DDS 的中壓配電網(wǎng)智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)，以智能配電終端設(shè)備為測(cè)試載體，以DDS 功能規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的智能配電終端的功能接口和交互性能測(cè)試架構(gòu)，并對(duì)不同廠家的配電終端進(jìn)行了簡(jiǎn)單的即插即用和互操作測(cè)試。通過該測(cè)試方案，實(shí)現(xiàn)了支持DDS 通信協(xié)議的智能配電終端即插即用和互操作能力測(cè)試，同時(shí)也支持?jǐn)U展其他物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議配電終端測(cè)試，為智能配電終端的推廣應(yīng)用提供了測(cè)試保障，可有效降低現(xiàn)場(chǎng)新投運(yùn)設(shè)備故障率。該測(cè)試方案在江蘇部分地市公司得到實(shí)踐應(yīng)用，明顯提升了智能配電終端一次投運(yùn)成功率。

1 新型配電系統(tǒng)通信中間件

1.1 概述

與新型配電系統(tǒng)應(yīng)用的通信中間件要求一樣，智能配電終端測(cè)試平臺(tái)通信中間件也應(yīng)考慮實(shí)時(shí)控制的特殊要求，開關(guān)遙控、終端間聯(lián)跳、閉鎖控制等需要低數(shù)據(jù)延遲來支持快速控制動(dòng)作并保持穩(wěn)定性。通信中間件還應(yīng)提供多樣的QoS（服務(wù)質(zhì)量）控制策略，以滿足配電終端設(shè)備不同數(shù)據(jù)類型的不同需求。中間件應(yīng)了解數(shù)據(jù)類型和要求，以便為每種數(shù)據(jù)類型提供正確的優(yōu)先級(jí)。另外，通信可靠性在實(shí)時(shí)應(yīng)用中至關(guān)重要，中間件實(shí)現(xiàn)還應(yīng)避免通信網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸和單點(diǎn)故障。

新型配電系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一是諸如電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)等不同設(shè)備和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參與。通信中間件應(yīng)提供處理動(dòng)態(tài)參與者節(jié)點(diǎn)和新節(jié)點(diǎn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能的方法。通信和電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺?yīng)該具有在災(zāi)難性或緊急情況下改變的能力，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)參與功能將支持分布式控制系統(tǒng)的重新配置?，F(xiàn)代電網(wǎng)很容易受到未來擴(kuò)展的影響，因此，使用的中間件和通信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該能夠處理這些新的擴(kuò)展，無需重新設(shè)計(jì)或修改已實(shí)施的協(xié)議即可完成擴(kuò)展過程。此外，通信中間件必須提供標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，以確保不同供應(yīng)商和設(shè)備之間的互操作性。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該通過適當(dāng)?shù)募用芎驼J(rèn)證機(jī)制來保護(hù)。中間件應(yīng)提供嵌入在實(shí)現(xiàn)中的安全功能，以保護(hù)數(shù)據(jù)交換并防止更改數(shù)據(jù)或侵犯客戶隱私。

通信中間件可以分為以消息為中心的和以數(shù)據(jù)為中心的兩大類，兩者之間的區(qū)別和選擇標(biāo)準(zhǔn)將在以下小節(jié)中簡(jiǎn)要討論。

1.2 以消息為中心的通信中間件

以消息為中心的通信中間件的數(shù)據(jù)交換基于定義一組消息和數(shù)據(jù)格式以支持預(yù)期的數(shù)據(jù)類型和使用場(chǎng)景，這些消息是預(yù)定義并嵌入在節(jié)點(diǎn)中的。通信中間件沒有關(guān)于消息內(nèi)容或數(shù)據(jù)類型的信息，因此消息解析、數(shù)據(jù)過濾和完整性檢查是在應(yīng)用程序級(jí)別完成的。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須負(fù)責(zé)確保它接收到的數(shù)據(jù)類型的正確性，以避免任何不匹配導(dǎo)致應(yīng)用程序出現(xiàn)故障。

以消息為中心的通信中間件在應(yīng)用程序級(jí)別實(shí)現(xiàn)消息解析和完整性檢查，將更多的責(zé)任放在控制應(yīng)用程序開發(fā)人員身上，這使得開發(fā)更加復(fù)雜和耗時(shí)。在應(yīng)用層過濾感興趣的數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率低下，浪費(fèi)帶寬并在應(yīng)用處理器上增加額外的處理開銷。

當(dāng)擴(kuò)展需要定義新的數(shù)據(jù)類型或操作場(chǎng)景時(shí)，使用一組預(yù)定義的消息會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性造成一些限制。由于消息處理是在應(yīng)用程序級(jí)別完成的，因此消息格式或數(shù)據(jù)類型的任何更改都需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行重大更改。使用以消息為中心的中間件會(huì)增加應(yīng)用程序的復(fù)雜性并降低整體系統(tǒng)的可靠性。

1.3 以數(shù)據(jù)為中心的通信中間件

采用以數(shù)據(jù)為中心的通信中間件，應(yīng)用程序開發(fā)時(shí)只處理感興趣的數(shù)據(jù)類型，而不關(guān)心消息結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)。系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)由中間件直接構(gòu)建消息，消息結(jié)構(gòu)直接來自系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型。以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)在中間件級(jí)別執(zhí)行所有消息解析、數(shù)據(jù)過濾和完整性檢查，以確保向所有節(jié)點(diǎn)傳遞正確的數(shù)據(jù)類型和系統(tǒng)狀態(tài)。

與傳統(tǒng)的以消息為中心的方法相比，這種方法提供了更多功能。將消息處理職責(zé)從應(yīng)用程序?qū)愚D(zhuǎn)移到中間件層，不僅簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序開發(fā)，而且減少了不同應(yīng)用消息解析導(dǎo)致的解析結(jié)果錯(cuò)誤數(shù)量，提高了系統(tǒng)可靠性。而且，在中間件實(shí)施數(shù)據(jù)過濾可以更優(yōu)化地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。由于消息是由中間件創(chuàng)建的，因此通信中間件知道消息內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型，從而可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型分配不同的QoS、優(yōu)先級(jí)和安全級(jí)別。

由于中間件負(fù)責(zé)所有消息處理任務(wù)，而應(yīng)用程序只關(guān)心數(shù)據(jù)對(duì)象，因此添加新的數(shù)據(jù)類型不需要修改現(xiàn)有應(yīng)用程序。此功能對(duì)于可擴(kuò)展系統(tǒng)至關(guān)重要。圖1描述了兩種中間件，左側(cè)以消息為中心，右側(cè)以數(shù)據(jù)為中心。

圖1 通信中間件的功能

2 DDS通信中間件

智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)應(yīng)提供靈活且可擴(kuò)展的軟硬件環(huán)境，以連接不同的系統(tǒng)組件并實(shí)時(shí)交換信息。為了滿足測(cè)試架構(gòu)的硬實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性要求，智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)選擇了DDS 通信中間件。DDS 使用沒有消息代理的發(fā)布-訂閱方案，簡(jiǎn)化了不同節(jié)點(diǎn)之間的通信。此外，DDS 是以數(shù)據(jù)為中心的中間件，有助于保持對(duì)算法和控制開發(fā)的關(guān)注，而不是關(guān)注通信和數(shù)據(jù)傳遞問題。以數(shù)據(jù)為中心的方法還允許將不同的QoS 配置文件分配給單個(gè)數(shù)據(jù)類型。

2.1 DDS通信中間件特點(diǎn)

所提出的智能配電終端即插即用和互操作測(cè)試框架利用了以數(shù)據(jù)為中心的DDS 通信中間件。DDS 具有獨(dú)特的功能，可通過以數(shù)據(jù)為中心的通信改進(jìn)新型配電系統(tǒng)通信，具體如下：

1）DDS 將消息構(gòu)造、消息解析、數(shù)據(jù)過濾和驗(yàn)證從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到中間件。將消息構(gòu)建過程從應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到中間件以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，并且可為新的操作場(chǎng)景添加新的數(shù)據(jù)類型，而無需修改現(xiàn)有的應(yīng)用程序。中間件執(zhí)行消息解析和數(shù)據(jù)過濾，簡(jiǎn)化了開發(fā)新型配電系統(tǒng)控制應(yīng)用程序的任務(wù)，而無需擔(dān)心消息結(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤檢查或網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@些任務(wù)都將由中間件完成。

2）DDS 利用實(shí)時(shí)發(fā)布-訂閱模式，無需消息代理即可實(shí)現(xiàn)“邊-邊”“邊-云”通信。各發(fā)布者和訂閱者通過發(fā)布和訂閱主題信息以及關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)對(duì)象類型進(jìn)行通信，在降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的同時(shí)保證了數(shù)據(jù)交互的有效性和安全性［7］。這種通信方案通過避免單點(diǎn)故障提高了新型配電系統(tǒng)的可靠性，為分布式控制應(yīng)用提供了更合適的環(huán)境。

3）DDS 支持自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新加入的設(shè)備及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此功能允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參與，無需復(fù)雜配置，在協(xié)議層面實(shí)現(xiàn)了即插即用［12］。

4）與其他通信方法不同，DDS 可以為每種數(shù)據(jù)類型應(yīng)用不同的QoS，從而提供更靈活的通信管理并引起可預(yù)測(cè)的行為。DDS 提供多達(dá)23 種QoS 配置策略，為分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸提供松耦合、高性能、高可靠和可擴(kuò)展的解決方案［9］。

5）DDS實(shí)現(xiàn)定義了全面的安全模型和SPI（服務(wù)插件接口）架構(gòu)。DDS 提供標(biāo)準(zhǔn)化的身份驗(yàn)證、加密、訪問控制和日志記錄功能，可在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)端到端的安全數(shù)據(jù)連接［7］。DDS 安全使用分散的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)，在不犧牲實(shí)時(shí)性能的情況下提供安全性。

6）DDS通信中間件采用RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布訂閱協(xié)議）確保了互操作性、實(shí)時(shí)性、安全性和新服務(wù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。此外，DDS中間件的標(biāo)準(zhǔn)API（應(yīng)用程序接口）還提供了與不同仿真和分析軟件集成所需的工具，并支持多種編程語言，如C、C++和JAVA［7］。

2.2 智能配電終端測(cè)試建模

基于以數(shù)據(jù)為中心的通信中間件，實(shí)施DDS需要為系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)模型。該數(shù)據(jù)模型定義了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其在物理硬件對(duì)象之間的關(guān)系。參照IEC TS 62361-102《電力系統(tǒng)管理和相關(guān)信息交換-長(zhǎng)期的互操作性》［8］，可實(shí)現(xiàn)IEC 61850與IEC CIM之間模型融合，并結(jié)合DDS通信中間件信息要求，可建立xml格式信息模型［5］。例如，定義智能FTU（饋線終端）相關(guān)主題內(nèi)容如圖2所示。

圖2 智能FTU相關(guān)主題

部分主題信息說明：

：開關(guān)測(cè)量信息

：開關(guān)狀態(tài)信息

：開關(guān)保護(hù)信息

：開關(guān)告警信息

：開關(guān)遙控請(qǐng)求

：開關(guān)遙控響應(yīng)

：配電終端遙測(cè)信息

：配電終端遙信信息

：拓?fù)浞?wù)

：配電終端更新服務(wù)

：配電終端注冊(cè)服務(wù)

其中，圖3為開關(guān)測(cè)量主題相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)象示例。

圖3 開關(guān)測(cè)量主題相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)象

2.3 QoS配置策略

完成智能配電終端測(cè)試平臺(tái)數(shù)據(jù)模型定義之后，定義用于交換數(shù)據(jù)的QoS 非常重要。由于DDS 是一個(gè)內(nèi)容感知中間件，它允許為每種數(shù)據(jù)類型附加不同的QoS 策略，并以不同的方式處理每種類型，而不是對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)流應(yīng)用相同的QoS策略。用戶可以創(chuàng)建自定義QoS 配置文件來控制每個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換。此功能有助于實(shí)現(xiàn)具有大量節(jié)點(diǎn)和不同通信要求的可預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)行為。QoS 策略定義了一組不同的規(guī)則，用于控制基礎(chǔ)設(shè)施如何發(fā)送和處理數(shù)據(jù)。這組規(guī)則定義如下：

1）數(shù)據(jù)可用性

數(shù)據(jù)可用性規(guī)則控制最近加入的訂閱者的數(shù)據(jù)可用性。此規(guī)則可以設(shè)置為volatile（易失性）或unvolatile（非易失性）選項(xiàng)。如果數(shù)據(jù)可用性設(shè)置為volatile，則當(dāng)任何發(fā)布者發(fā)布或更新任何數(shù)據(jù)時(shí)，所有當(dāng)前訂閱者都將在更新實(shí)例處收到更新的數(shù)據(jù)。在更新實(shí)例之后加入網(wǎng)絡(luò)的任何訂閱者都將無法接收到最后一次更新。此選項(xiàng)適用于周期性變化的數(shù)據(jù)，例如電壓和電流測(cè)量數(shù)據(jù)更新頻繁，舊數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)失去其重要性。

2）生命周期

生命周期規(guī)則定義了舊數(shù)據(jù)的有效期。DDS通信中間件將刪除超過定義壽命的非易失性數(shù)據(jù)。此QoS 規(guī)則確?？刂茟?yīng)用程序不會(huì)基于舊的無效數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。

3）延遲預(yù)算

此規(guī)則允許定義延遲敏感數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。具有低延遲預(yù)算的數(shù)據(jù)將在具有較高延遲預(yù)算的數(shù)據(jù)之前發(fā)送。保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)始終設(shè)置為最低延遲預(yù)算，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、電能計(jì)量數(shù)據(jù)可設(shè)置為最高延遲預(yù)算。

4）通信方式

在單播通信中，發(fā)布者為每個(gè)訂閱者節(jié)點(diǎn)發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本，如圖4（a）所示，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的帶寬將隨著訂閱數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而線性增加。這種通信方式適用于本地高速網(wǎng)絡(luò)，配置簡(jiǎn)單，但在考慮通過WAN（廣域網(wǎng)）或低速通信線路傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，不是理想的方式。

對(duì)于多個(gè)訂閱者請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，最好使用多播通信方案。在多播通信中，發(fā)布者只為遠(yuǎn)程訂閱者發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本，如圖4（b）所示。在接收端，路由器會(huì)將數(shù)據(jù)的副本轉(zhuǎn)發(fā)給每個(gè)訂閱者。為了對(duì)某些數(shù)據(jù)使用多播通信方案，必須對(duì)這些數(shù)據(jù)應(yīng)用多播QoS策略。

圖4 通信方式

其他QoS 配置策略不再一一介紹，具體可參考OMG（對(duì)象管理組織）發(fā)布的DDS 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［7］。智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試QoS配置策略見表1。

表1 智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試QoS配置策略

2.4 即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)

基于DDS 的智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試平臺(tái)以配電終端設(shè)備為測(cè)試載體，以DDS 功能規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)基于DDS通信的智能配電終端的功能接口和交互性能進(jìn)行測(cè)試。通過配電終端設(shè)備的功能接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電終端設(shè)備信息交互過程中功能一致性的測(cè)試，也為數(shù)據(jù)一致性測(cè)試提供了入口和技術(shù)支撐，其總體架構(gòu)包括測(cè)試引擎、編解碼模塊、平臺(tái)適配器、被測(cè)系統(tǒng)及設(shè)備適配器、測(cè)試模型配置模塊等部分，簡(jiǎn)要框圖如圖5所示。

圖5 智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)

3 測(cè)試用例

基于上述智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試架構(gòu)，開發(fā)了基于DDS 的智能配電終端測(cè)試管理系統(tǒng)，并提供如圖6 所示的Web 界面供測(cè)試工程師操作使用。

圖6 智能配電終端測(cè)試管理系統(tǒng)Web界面

3.1 即插即用測(cè)試

即插即用測(cè)試流程如圖7所示，從配電終端的接入完成自發(fā)現(xiàn)開始，再到注冊(cè)服務(wù)測(cè)試、拓?fù)渫綔y(cè)試、三遙等基本交互功能測(cè)試，另外可以選做參數(shù)定值配置測(cè)試、保護(hù)功能測(cè)試、故障錄波功能測(cè)試等內(nèi)容，最后到測(cè)試報(bào)告的生成，完成全部測(cè)試。

圖7 智能配電終端即插即用測(cè)試流程

自發(fā)現(xiàn)服務(wù)測(cè)試用于測(cè)試即插即用智能終端與測(cè)試系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)服務(wù)功能與性能指標(biāo)。當(dāng)配電終端添加到網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)主動(dòng)發(fā)布發(fā)現(xiàn)消息，測(cè)試管理系統(tǒng)收到發(fā)現(xiàn)消息后解析終端發(fā)現(xiàn)消息，發(fā)現(xiàn)消息包含配電終端設(shè)備基本信息，如終端類型、唯一標(biāo)識(shí)符、終端可用狀態(tài)等。

注冊(cè)服務(wù)測(cè)試要求即插即用智能配電終端接入網(wǎng)絡(luò)并完成設(shè)備自發(fā)現(xiàn)后，應(yīng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)配置文件信息檢查，如無關(guān)聯(lián)配置文件、關(guān)聯(lián)配置文件中終端ID信息與實(shí)際不符、開關(guān)ID與圖模文件不匹配、圖模文件損壞或丟失，應(yīng)主動(dòng)發(fā)送注冊(cè)消息；否則不應(yīng)再次發(fā)送注冊(cè)消息。終端運(yùn)行過程中收到重新發(fā)起注冊(cè)控制指令時(shí)應(yīng)正確響應(yīng)，重新發(fā)送注冊(cè)消息。

關(guān)聯(lián)配置功能測(cè)試要求智能配電終端測(cè)試管理系統(tǒng)收到終端注冊(cè)消息后，應(yīng)能完成一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置操作，終端應(yīng)能正確解析收到的關(guān)聯(lián)配置文件并上送一次開關(guān)相關(guān)信息。

完成一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)配置操作后，拓?fù)渫焦δ軕?yīng)能將饋線組拓?fù)湮募鲃?dòng)同步到智能配電終端。為支撐智能分布式饋線自動(dòng)化、負(fù)荷轉(zhuǎn)供等高級(jí)應(yīng)用，將具有直接或間接聯(lián)絡(luò)關(guān)系的饋線劃分為同一饋線組，利用DDS 中間件Partition動(dòng)態(tài)分組機(jī)制，實(shí)現(xiàn)饋線組圖模分區(qū)持久化管理測(cè)試，確保圖模更新后將最新拓?fù)湮募詣?dòng)同步給饋線組內(nèi)所有終端設(shè)備。

完成上述即插即用基礎(chǔ)內(nèi)容測(cè)試后，可進(jìn)行不同Qos 配置策略下的“三遙”數(shù)據(jù)交互驗(yàn)證，即插即用功能正確性及QoS 策略測(cè)試，如數(shù)據(jù)可用性、傳輸可靠性、生命周期等。例如，當(dāng)遙信數(shù)據(jù)QoS reliability設(shè)置為RELIABLE時(shí)，模擬網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)遙信報(bào)文丟失的情況，DDS 中間件應(yīng)啟動(dòng)重發(fā)機(jī)制確保訂閱者收到遙信變位信息；而遙測(cè)數(shù)據(jù)QoS reliability應(yīng)設(shè)置為BEST_EFFORT，則報(bào)文丟失時(shí)不再重發(fā)。遙控報(bào)文應(yīng)設(shè)置lifespan 參數(shù)，當(dāng)終端收到遙控命令超出生命周期時(shí)，遙控命令應(yīng)直接丟棄，避免運(yùn)維結(jié)束后投運(yùn)或網(wǎng)絡(luò)故障后恢復(fù)引起開關(guān)誤動(dòng)。

另外，可根據(jù)測(cè)試需求選擇進(jìn)一步進(jìn)行參數(shù)定值配置、保護(hù)功能、故障錄波文件召喚等應(yīng)用功能測(cè)試。

3.2 含閉鎖邏輯的終端控制互操作測(cè)試

本次測(cè)試使用兩家不同廠家生產(chǎn)的即插即用配電終端進(jìn)行初步互操作測(cè)試，兩者均采用基于IEC 61850和IEC CIM信息模型融合實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一即插即用接口庫開發(fā)，從根本上保證了兩者良好的靜態(tài)互操作能力，本文不再詳述。本文主要對(duì)動(dòng)態(tài)互操作能力開展初步測(cè)試，以智能分布式FA（饋線自動(dòng)化）配電終端間閉鎖、聯(lián)跳等內(nèi)容為例，本次互操作測(cè)試的成功執(zhí)行，為不同廠家配電終端設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)智能分布式FA等高級(jí)應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

由于目前應(yīng)用較多的4G無線公網(wǎng)不支持“邊-邊”設(shè)備通信，在實(shí)驗(yàn)室有線局域網(wǎng)環(huán)境下利用配電終端、模擬開關(guān)、測(cè)試工作站、測(cè)試服務(wù)器等設(shè)備搭建測(cè)試環(huán)境。實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)緊密跟進(jìn)5G MEC（多接入邊緣計(jì)算）網(wǎng)關(guān)的發(fā)展和商用情況，以及未來新興電力業(yè)務(wù)提出新的通信需求，逐步開展5G電力邊緣計(jì)算相關(guān)應(yīng)用。

測(cè)試采用DDS 報(bào)文實(shí)現(xiàn)含閉鎖邏輯的完整控制過程互操作試驗(yàn)，以開環(huán)架空線分布式FA拓?fù)錇槔?，廠家A 配電終端FTU1 安裝于開關(guān)S1 處，廠家B 配電終端FTU2 安裝于開關(guān)S2 處，如圖8所示。

圖8 開環(huán)架空線路分布式FA［5］

測(cè)試部分關(guān)鍵步驟如下：

1）分別預(yù)配置廠家A配電終端FTU1、廠家B配電終端FTU2，包括保護(hù)功能啟動(dòng)及動(dòng)作信號(hào)的主題發(fā)布與訂閱配置、閉鎖及聯(lián)跳邏輯應(yīng)用等。

2）使用繼電保護(hù)測(cè)試儀給終端FTU1、FTU2同時(shí)施加故障電流，模擬FTU1、FTU2之外的故障F2。終端FTU1 保護(hù)功能啟動(dòng)且收到下游終端FTU2保護(hù)功能啟動(dòng)信號(hào)，終端FTU1閉鎖保護(hù)功能跳閘，開關(guān)不動(dòng)作；終端FTU2 保護(hù)功能啟動(dòng)且未收到下游其他終端發(fā)送的保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，判斷故障發(fā)生在終端FTU2下游，保護(hù)動(dòng)作并跳閘。

3）使用繼電保護(hù)測(cè)試儀給終端FTU1 施加故障電流，模擬FTU1、FTU2 之間的故障F1。終端FTU1 保護(hù)啟動(dòng)且未收到下游終端FTU2 保護(hù)功能啟動(dòng)信號(hào)，終端FTU1 保護(hù)動(dòng)作并跳閘，并向下游終端FTU2 發(fā)送聯(lián)跳信號(hào)；終端FTU2 未檢測(cè)到故障電流但收到上游終端FTU1聯(lián)跳信號(hào)，終端FTU2動(dòng)作跳閘。

上述互操作測(cè)試流程如圖9 所示，測(cè)試過程中，由于DDS 中間件知道消息內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型，所以可直接判斷消息內(nèi)容驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果，DDS 通信中間件的高可靠性、易于集成及可擴(kuò)展性為測(cè)試實(shí)現(xiàn)提供了極大便利。

圖9 含閉鎖邏輯的終端控制互操作測(cè)試流程

4 工程應(yīng)用情況

基于本測(cè)試架構(gòu)開發(fā)的配電終端測(cè)試管理系統(tǒng)在江蘇某地區(qū)供電公司即插即用示范工程中開展了初步應(yīng)用。項(xiàng)目安裝施工前進(jìn)行了支持即插即用的智能配電終端集中測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署如圖10所示。

圖10 示范工程應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署

此次測(cè)試共完成25 套智能配電終端基本功能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)各類問題5項(xiàng)，主要包括終端配置錯(cuò)誤1 次、注冊(cè)異常2 次、硬件性能問題1 次、保護(hù)功能應(yīng)用問題1次。問題整改后全部通過測(cè)試，項(xiàng)目全部一次投運(yùn)成功，投運(yùn)后持續(xù)運(yùn)行2個(gè)月無故障發(fā)生，為項(xiàng)目順利執(zhí)行提供了有力支撐。此次配電終端測(cè)試管理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)示范應(yīng)用，無需人工配置點(diǎn)表，減少了大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)維工作量，大大提升了智能配電終端設(shè)備接入效率。

5 結(jié)語

本文針對(duì)新型配電系統(tǒng)建設(shè)過程中智能配電終端即插即用和互操作測(cè)試能力缺乏的問題，提出了支持物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的智能配電終端整體測(cè)試架構(gòu)，開展了基于DDS 通信的配電終端即插即用新特性測(cè)試，并進(jìn)行了部分互操作能力測(cè)試。研究成果在示范工程開展了初步應(yīng)用，有效保證了工程進(jìn)度及質(zhì)量。

通過建立智能配電終端即插即用與互操作測(cè)試平臺(tái)，對(duì)信息交互過程中利用的接口、數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行測(cè)試，保證配電終端數(shù)據(jù)信息的可靠性和互操作性，可進(jìn)一步規(guī)范配電自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)工作，確保配電自動(dòng)化設(shè)備的互操作性及配電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。