遼寧省送變電工程公司、南京能云電力科技有限公司、東南大學(xué)的研究人員竇會光、李俊慶、周宏軍等，在2017年第9期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，針對智能變電站現(xiàn)場提高調(diào)試效率和工程質(zhì)量，縮短調(diào)試工期的需求，提出一套自動測試系統(tǒng)，采用模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思路，將測試過程分層分類，實現(xiàn)高效的閉環(huán)自動測試。

系統(tǒng)運用開放式結(jié)構(gòu)，提供針對站內(nèi)測控裝置測試方案的檢測方案管理系統(tǒng)，同時根據(jù)SCD、ICD、CID等模型文件提取裝置輸入輸出相關(guān)信息，智能生成被測測控裝置的總測試模板，測試完成后能自動形成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報告，極大的提高了工作的效率和可靠性。該系統(tǒng)已運用于多個現(xiàn)場測試，在應(yīng)用中取得了良好的效果。

隨著智能變電站技術(shù)的成熟應(yīng)用，智能變電站也逐漸由試點轉(zhuǎn)向常規(guī)化應(yīng)用。智能變電站的實現(xiàn)建立在智能設(shè)備信息的數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化通信和標(biāo)準(zhǔn)化共享等功能的基礎(chǔ)上，并遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的“三層兩網(wǎng)”構(gòu)建變電站通信體系，這給不同廠家裝置采用同一套通訊模板完成全部測試帶來了可能[2]。同時隨著超高壓遠距離輸電以及大電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，整個電力系統(tǒng)對變電站的可靠、高效運行提出了更高的要求。

但目前，站內(nèi)測控裝置的測試環(huán)節(jié)仍然停留在傳統(tǒng)的方式下，特別是現(xiàn)場對點的工作存在量大繁瑣的特點，人工對點效率低且極易出錯。如果不進行技術(shù)改造，必然會影響我國電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

本文主要對數(shù)字測控裝置的智能化自動測試系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用進行了深入研究，能實現(xiàn)在數(shù)字測控裝置、數(shù)字測試儀、監(jiān)控后臺等應(yīng)用層面建立統(tǒng)一的信息交換模型，高度利用了智能化二次設(shè)備之間的互操作性能[3-6]。

該系統(tǒng)主要采用模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思路，提出了專門針對站內(nèi)數(shù)字測控裝置的通用化、實用化的的高效率閉環(huán)自動測試方案，并采用開放式可擴展的結(jié)構(gòu)，為不同種類的測控裝置的測試提供測控基礎(chǔ)模板庫、測控子模板庫。

該智能化自動測試系統(tǒng)能夠克服現(xiàn)場測控裝置測試中測試工作效率低、過分依賴人工、測試數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一等局限性，達到提高測試工作效率、降低人工干預(yù)要求以及規(guī)范數(shù)據(jù)格式的目的。

1 自動測試系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

本文根據(jù)長期以來各廠家測控裝置現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，提煉出標(biāo)準(zhǔn)的自動測試流程和測試方法，總結(jié)出測控裝置的自動化測試系統(tǒng)必須滿足以下基本條件：測試流程規(guī)范化、系統(tǒng)各模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化、測試的閉環(huán)性、測試報告格式的標(biāo)準(zhǔn)化以及測試系統(tǒng)必須具備良好的可擴展性等。

整體架構(gòu)分別體現(xiàn)為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，硬件架構(gòu)體現(xiàn)了測控裝置自動測試平臺的閉環(huán)自動測試硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境布局，實現(xiàn)測試控制端與數(shù)字測試儀、數(shù)字測控裝置的測試鏈路的搭建[7-8]。

本測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成主要包括測試主機、交換機、數(shù)字測試儀、數(shù)字測控裝置（見圖1），在測試主機上安裝數(shù)字化智能自動測試系統(tǒng)軟件平臺，因此所有自動測試的控制均在測試主機上完成，測試主機與測試儀、數(shù)字測控裝置經(jīng)由交換機形成閉環(huán)測試的通訊鏈路，數(shù)字測試儀和被測數(shù)字測控裝置之間通過光纖連接，其他回路通過電信號的網(wǎng)絡(luò)線連接。

圖１數(shù)字測控裝置自動測試平臺結(jié)構(gòu)圖

2 自動測試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

自動測試軟件系統(tǒng)是實現(xiàn)測控裝置自動測試的核心組成部分，軟件系統(tǒng)在設(shè)計上需要充分考慮如下幾點：1）支持與不同測試儀廠家測試儀的通訊，實現(xiàn)對測試儀的輸出的控制；2）支持與測控裝置的通訊，實現(xiàn)讀取并解析上送的動作報文、發(fā)出遙控命令、修改定值、投退壓板等；3）相同的測控裝置，在不同的變電站，測試內(nèi)容可能不一樣，因此測試系統(tǒng)需要和描述整站設(shè)備數(shù)據(jù)模型信息的模型文件進行關(guān)聯(lián)。

綜合這三個方面的原因，軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

圖2 數(shù)字測控裝置自動測試系統(tǒng)軟件框架圖

2.1數(shù)字測試儀控制模塊設(shè)計

本自動測試系統(tǒng)的設(shè)計要求能驅(qū)動不同廠家的測試儀以適應(yīng)不同應(yīng)用場合的測控裝置的自動測試，為解決這一問題，對不同廠家的數(shù)字測試儀進行抽象分析，歸納出測試儀控制的通用方法，建立測試儀控制的標(biāo)準(zhǔn)化抽象方法和標(biāo)準(zhǔn)測試功能集合，形成測試儀接口的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[9-11]。

根據(jù)測試儀接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計測試儀控制模塊，模塊開放標(biāo)準(zhǔn)外部訪問接口函數(shù)供自動測試控制模塊調(diào)用，接口函數(shù)包括連接測試儀、斷開測試儀連接、開始測試、停止測試、獲取測試報告數(shù)據(jù)、獲取測試異常信息等函數(shù)。開始測試函數(shù)實現(xiàn)數(shù)字測控裝置的各項功能測試。測試儀控制模塊使用消息來通知自動測試控制模塊測試施加激勵量狀態(tài)的變化，如連機成功、開始測試、測試完成、測試異常信息上送等。

2.2 61850通訊模塊設(shè)計

要實現(xiàn)測控裝置的自動測試，必須與被測數(shù)字測控裝置進行直接通訊，因此設(shè)計61850通訊模塊。61850通訊模塊的功能設(shè)計如下：1）支持MMS規(guī)范，實現(xiàn)與數(shù)字測控裝置通訊；2）規(guī)范化外部程序訪問接口，實現(xiàn)不同程序?qū)λ慕y(tǒng)一規(guī)范使用。

此接口包括讀寫訪問子模塊、信息查看子模塊。讀寫訪問子模塊包括定值、控制字、壓板等的讀取和修改、聯(lián)閉鎖信號的讀取和修改、測量值的讀取、裝置參數(shù)的讀取和修改；信息查看子模塊實現(xiàn)讀取被測數(shù)字測控裝置的各類SOE信息等。

自動測試模塊與61850通訊模塊的交互流程設(shè)計如下：

第一步：自動測試控制模塊發(fā)送通訊命令和通訊數(shù)據(jù)給61850通訊模塊；第二步：61850通訊模塊收到通訊命令和通訊數(shù)據(jù)后，與數(shù)字測控裝置進行通訊，執(zhí)行通訊命令；第三步：通訊命令執(zhí)行完畢，發(fā)送執(zhí)行結(jié)果給自動測試控制模塊；第四步：自動測試控制模塊從模塊中讀取結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)進行結(jié)果判斷，填寫結(jié)果數(shù)據(jù)到報告模板中。

測試過程中如出現(xiàn)異常，自動測試控制模塊根據(jù)異常的嚴重程度自動進行測試流程的調(diào)整，比如將通訊命令重復(fù)執(zhí)行、停止測試并發(fā)出提示信息等。

2.3 自動測試控制模塊設(shè)計

自動測試控制模塊是軟件系統(tǒng)的核心，自動測試控制模塊加載測控裝置的測試模板，根據(jù)模板定義的測試流程完成各項功能的測試。測試時的功能設(shè)計如下：

1）自動測試控制模塊調(diào)用測試儀控制模塊與數(shù)字測試儀通訊，施加激勵量給測控裝置，同時也可控制測試儀發(fā)布、訂閱GOOSE報文；2）自動測試控制模塊也能按照模板要求，控制61850通訊模塊完成與數(shù)字測控裝置的通訊；3）根據(jù)測試儀的測試結(jié)果和與測控裝置的通訊結(jié)果，綜合判斷測試是否合格，并填寫標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報告。

2.4 裝置模板智能生成模塊設(shè)計

現(xiàn)場運行的測控裝置種類繁多，各種類的型號也有區(qū)別，相同型號的測控裝置在不同變電站的測試項目也不盡相同，因此要實現(xiàn)測控裝置的自動測試，必須解決這個問題，研究裝置模板智能生成的方法[12-14]。

裝置模板智能生成方法的原理設(shè)計為：根據(jù)整站模型文件中對應(yīng)的測控裝置IED信息，生成裝置測試模板。裝置模板智能生成模塊由模型文件解析模塊、遙測模板智能生成模塊、遙信模板智能生成模塊、遙控模板智能生成模塊、其他功能模板智能生成模塊、裝置模板拼接模塊組成。

智能生成的工作流程設(shè)計如下：第一步：測試前由基礎(chǔ)模板編輯模塊編輯生成測控基礎(chǔ)測試功能模板庫、子模板庫；第二步：解析整站模型文件，提取測控裝置IED信息，智能分析IED信息，根據(jù)分析結(jié)果智能選擇對應(yīng)的模塊并智能生成功能測試模板，最后通過拼接模塊生成整套測控裝置的總測試模板。

3 裝置測試模板智能生成技術(shù)設(shè)計

智能生成技術(shù)研究根據(jù)整站模型文件，生成測控裝置的測試模板，智能生成技術(shù)包括模型文件智能提取技術(shù)、遙測模板智能生成技術(shù)、遙信模板智能生成技術(shù)、遙控模板智能生成技術(shù)、其他功能模板智能生成技術(shù)、模板拼接技術(shù)等。

3.1 模型文件智能提取技術(shù)

模型文件解析模塊可以解析整站SCD文件，提取測控裝置相關(guān)聯(lián)的IED信息，保存為測控裝置信息文件（圖3），也可跟據(jù)連線信息直接解析對應(yīng)IED的ICD、CID文件，從中提取本測控IED所需信息，保存為測控裝置信息文件。信息文件為W3C的XML格式，文件內(nèi)容數(shù)據(jù)建模概要如下：

1）SVIN：記錄測控裝置的SV輸入信息，包括控制塊的MAC地址、APPID、SVID等信息；以及控制塊的通道詳細信息，包括通道的外部通道路徑、外部通道描述、內(nèi)部通道路徑、內(nèi)部通道描述等；

2）GOOSEIN：記錄測控裝置的GOOSE輸入信息，包括關(guān)聯(lián)的外部GOOSE輸出控制塊的MAC地址、APPID、所在IED名稱、數(shù)據(jù)集名稱、控制塊索引、GOOSE標(biāo)識等；以及GOOSE通道信息，包括通道數(shù)據(jù)類型、外部路徑、外部信號描述、外部IED、內(nèi)部路徑、內(nèi)部信號描述等；

3）GOOSEOUT：記錄測控裝置的GOOSE輸出信息，包括控制塊的MAC地址、APPID、數(shù)據(jù)集名稱、控制塊索引、GOOSE標(biāo)識等；以及虛端子的通道信息，包括內(nèi)部通道描述、外部IED、外部端子地址、外部端子描述等；

4）數(shù)據(jù)模型：描述測控裝置的邏輯設(shè)備、數(shù)據(jù)集的詳細定義，以及各數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)對象詳細定義。

測控裝置信息文件描述了與測試相關(guān)的全部信息，信息文件作為智能生成模塊的輸入，主要用于兩個方面：1）測試儀的IEC61850配置：映射測試儀接口的SV輸出、GOOSE訂閱和GOOSE發(fā)布；2）作為裝置測試模板智能生成的數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖3 SCD文件智能提取框架圖

3.2遙測模板智能生成技術(shù)

測控裝置的遙測測試包括電壓、電流、頻率、功率等測試，不同的電壓、電流通道數(shù)量決定了不同的測試項目和報告格式。遙測模板智能生成技術(shù)框圖見圖4，遙測模板智能生成包括遙測模板庫的建立和遙測模板智能生成算法的設(shè)計兩個部分。

遙測模板庫的建立：根據(jù)不同測控裝置中遙測量電壓、電流數(shù)量的不同，遙測基礎(chǔ)模板庫包含了各種電壓通道類型、各種電流通道類型、功率因素、頻率等多個基礎(chǔ)測試模板。單個基礎(chǔ)測試模板實現(xiàn)了單類型的測控裝置相關(guān)測試功能的測試方法。

以4電壓通道遙測模板為例，模板定義的測試流程和測試項目為：1）遙測模板的數(shù)據(jù)接口：模板中用到的各測試量定義；2）測試前準(zhǔn)備：讀取裝置參數(shù)、啟動遙測報告控制塊；3）功能測試：根據(jù)檢驗規(guī)范定義的各種額定值比例的測試項目，控制測試儀輸出對應(yīng)值的測試量，讀取測控裝置遙測值進行結(jié)果判斷；4）測試恢復(fù)：停止遙測報告控制塊。

智能生成算法以及實現(xiàn)流程設(shè)計如下：1）智能分析測控裝置信息文件的SVIN信息數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果智能選擇對應(yīng)的電壓通道數(shù)、電流通道數(shù)的基礎(chǔ)測試模板；2）智能分析SVIN信息數(shù)據(jù)和dsAin數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)，建立SVIN信息數(shù)據(jù)對象與dsAin數(shù)據(jù)對象的一對一映射關(guān)系；3）將映射關(guān)系傳入基礎(chǔ)模板的數(shù)據(jù)接口定義，實例化智能生成裝置遙測總測試模板。

圖4 遙測總模板生成流程圖

3.3遙信模板智能生成技術(shù)

遙信測試根據(jù)具體遙信信號數(shù)據(jù)類型的不同，可分為單點類型、雙點類型，故其智能生成技術(shù)設(shè)計如下（圖5）。

遙信模板庫的建立：遙信測試模板包括兩個測試模板，遙信單點基礎(chǔ)測試模板、遙信雙點基礎(chǔ)測試模板，單點測試模板實現(xiàn)裝置GOOSE開入信號置“0”、“1”兩個狀態(tài)進行測試，雙點測試模板實現(xiàn)裝置GOOSE開入信號置“00”、“01”、“10”、“11”四個狀態(tài)進行測試，每次測試讀取保護裝置遙信狀態(tài)進行結(jié)果的判斷。

智能生成算法以及實現(xiàn)流程設(shè)計如下：1）智能分析測控裝置信息文件GOOSEIN數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)模型的dsDin數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果建立兩者的一一映射關(guān)系；2）遍歷第一步的映射關(guān)系，根據(jù)GOOSEIN數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型（單點/雙點）選擇遙信測試模板；3）將映射關(guān)系傳入基礎(chǔ)模板的數(shù)據(jù)接口定義，實例化智能生成裝置遙信總測試模板。

圖5 遙信總模板生成流程圖

3.4 遙控模板智能生成技術(shù)

遙控測試智能生成框圖參見圖6。智能生成技術(shù)設(shè)計如下：遙控模板庫的建立：遙控測試只有一個子模板，定義了遙控測試的過程和方法。設(shè)置遙控命令分別“斷開”、“閉合”對應(yīng)斷路器、隔離刀閘、接地刀閘的“遙分”、“遙合”命令，通過測試儀讀取裝置輸出的GOOSE變位報文，根據(jù)變位報文判斷測試結(jié)果是否正確。

智能生成算法以及實現(xiàn)流程設(shè)計如下：1）智能分析測控裝置信息文件GOOSEOUT數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)模型中的dsDout數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果建立兩者的一一映射關(guān)系；2）遍歷第一步的映射關(guān)系，將映射關(guān)系傳入遙控基礎(chǔ)模板的數(shù)據(jù)接口定義，實例化智能生成裝置遙控總測試模板。

圖6 遙控總模板生成流程圖

3.5 其他功能模板智能生成技術(shù)

測控裝置的其他功能包括SOE分辨率校驗、同期功能校驗等，這些功能模板的智能生成技術(shù)框圖參見圖7，智能生成技術(shù)的設(shè)計如下：功能模板庫的建立：模板庫包括SOE分辨率測試基礎(chǔ)模板和同期功能基礎(chǔ)模板兩個部分，模板開發(fā)了與功能相關(guān)的數(shù)據(jù)接口。

1）SOE分辨率測試基礎(chǔ)模板：實現(xiàn)下載GOOSE虛端子配置，控制測試儀發(fā)出4個相隔30ms的GOOSE虛端子輸出，通過檢查這些開入的SOE時間記錄相差值來測試SOE分辨率。

2）同期功能基礎(chǔ)模板：實現(xiàn)投入功能壓板、控制字，通過測試儀控制模塊控制測試儀完成同期的各項功能測試。

智能生成算法以及實現(xiàn)流程設(shè)計如下：1）智能分析測控裝置信息文件中的定值、壓板、裝置參數(shù)、動作信息等數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)；2）根據(jù)分析結(jié)果與模板的數(shù)據(jù)接口建立映射關(guān)系，生成SOE分辨率和同期測試模板。

圖7 其他功能總模板生成流程圖

3.6 測試儀配置及模板拼接技術(shù)

上述模板中都用到測試儀發(fā)送或接收相關(guān)報文，故在調(diào)用測控裝置信息文件生成總模板的同時，軟件系統(tǒng)會根據(jù)實際模板中測試儀的輸入輸出要求，自動完成測試儀配置文件的生成，且與對應(yīng)模板一一關(guān)聯(lián)。

整個裝置模板的生成，需要將遙測總模板、遙信總模板、遙控總模板、SOE分辨率總模板以及同期功能總模版進行智能拼接。整個過程需要提取每個子模板中的公共參數(shù)，將相同的部分進行處理合并，差異部分如通訊前延時、通訊后延時，可統(tǒng)一按最大值整定，對于不能整合的差異則需要插入對應(yīng)功能模板中進行部分合并處理。拼接完成后，將所有測試項目按樹形結(jié)構(gòu)展開，依次測試，測試完成后自動生成整個裝置所有項目的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計報告[15]。

4 測試實例分析

以500kV鶴鄉(xiāng)智能變電站220kV線路測控裝置現(xiàn)場單體調(diào)試為例，具體涉及了采樣值精度檢查、遙信開入校驗、遙控功能校驗、SOE分辨率校驗、同期功能校驗等。其中同期功能中又包括了檢同期壓差閉鎖定值、檢同期角差閉鎖定值、檢同期頻差閉鎖定值、檢無壓無壓閉鎖定值等。

調(diào)試準(zhǔn)備階段，需要根據(jù)電壓等級和裝置類型選擇相關(guān)的國標(biāo)、行標(biāo)和企標(biāo)，以此為依據(jù)完成調(diào)試方案的確定。根據(jù)方案要求，修改確認測控基礎(chǔ)模板庫、測控子模板庫中對測試結(jié)果腳本絕對誤差、相對誤差的判斷要求，一般除標(biāo)準(zhǔn)修訂或特殊應(yīng)用場合，此處確認即可，不需要修改。

對于同期功能的整定值，按現(xiàn)場實際定值修改基礎(chǔ)模板。在測試模板自動生成階段，導(dǎo)入整站SCD文件或相關(guān)ICD、CID文件提取生成對應(yīng)測控裝置信息文件，通過裝置模板智能生成模塊自動生成整裝置全項目功能測試總模板。

實際現(xiàn)場調(diào)試階段，只需搭好測試物理環(huán)境，保證測試主機與測試儀及測控裝置的鏈路通訊正確、暢通，然后點擊“開始測試”，便可一鍵完成整套測控裝置的現(xiàn)場調(diào)試，總計只需要2小時左右。調(diào)試時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況自動填入裝置型號、軟件版本及校驗碼、軟件生成時間、制造廠家、裝置唯一性編碼、調(diào)試日期等信息。

5 結(jié)論

本文針對智能變電站數(shù)字測控裝置領(lǐng)域的測試問題，提出一套數(shù)字測控裝置的自動測試系統(tǒng)，同時跳出了自動測試領(lǐng)域人工編輯測試模板的常規(guī)思路，首次提出智能生成測試模板新技術(shù)，將高度重復(fù)的遙測、遙信、遙控等功能測試模板編輯任務(wù)交給測試系統(tǒng)自動生成，極大地極高了模板生成效率。

同時該智能化自動測試系統(tǒng)還克服了現(xiàn)場測控裝置測試中測試工作效率低、過分依賴人工、測試數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一等局限性，達到提高測試工作效率、降低人工干預(yù)要求以及規(guī)范數(shù)據(jù)格式的目的。自動測試系統(tǒng)必然會成為測控裝置測試領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢。