綜合應用服務器模擬器在智能變電站中的應用

張尚鐸，黃　琦，趙　敏

（電子科技大學，四川 成都611731）

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綜合應用服務器模擬器在智能變電站中的應用

張尚鐸，黃琦，趙敏

（電子科技大學，四川 成都611731）

摘 要：智能輔助系統是智能變電站的重要支撐部分，而目前對輔助系統的結構、功能、接入方式等方面還存在一定差異。同時，各輔助系統廠家的產品實現上存在很大的區別。針對輔助系統測試平臺的綜合應用服務器模擬器，著重介紹了它的功能、結構、測試流程和測試結果。通過對廠家產品的實際測試驗證，綜合應用服務器模擬器起到了很好的實用作用。對以后的輔助系統設備入網測試也有一定的價值。

關鍵詞：智能變電站；輔助系統；模擬器；測試

由于現階段沒有一個完整和統一的輔助系統入網標準，各省網公司對智能電站輔助系統的要求也不盡相同，廠家對入網的標準也沒有明確的統一，導致已建和在建的電站中輔助系統不能統一[1]。此外，缺乏明確的測試、驗收依據及必要的測試工具，對廠家產品沒有做到很好的把關，由此帶來諸多運行維護的問題。智能變電站輔助系統測試平臺的研究設計可以起到一些實際的意義，首先，通過測試平臺的統一檢測入網的輔助系統具有接口統一，數據傳輸協議固定，結構功能統一等特點。其次，各廠家生產的設備可以相互替換，簡化了維護運行工作，讓智能變電站真正實現無人值守模式。最后，測試平臺的實際應用，規范了輔助系統的建設和運行模式，對電網的安全、穩定、高效運行帶來了高效的價值和意義。本文針對智能變電站輔助系統測試平臺中綜合應用服務器模擬器的功能、結構、測試流程等，進行了說明，并結合實際與廠家的產品進行了實測，效果很好，為以后的智能變電站輔助系統的入網測試做了一定的基礎。

1　綜合應用服務器模擬器功能結構

綜合應用服務器模擬器實現與狀態監測、計量、電源、消防、安防和環境監測等設備（子系統）的信息通信，通過綜合分析和統一展示，實現智能輔助系統設備在線監測和運行監視與控制[2]。而綜合應用服務器模擬器作為測試工具，接入被測智能管理主機及與其相連的子系統、一體化監控系統和視頻子系統，可進行協議測試、多種功能測試。

按照軟件各部分分工不同，綜合應用服務器模擬器包含報文解析模塊、時間同步模塊、模型處理模塊、數據集處理模塊、報告控制塊處理模塊、遙控模塊、定值模塊、測試模塊。綜合應用服務器模擬器功能結構圖如圖1所示。

圖1　綜合應用服務器模擬器功能結構圖

其中報文解析模塊主要用于與智能管理主機互聯互通過程中，報文的獲取解析以及打包發送。報文解析模塊獲取mms報文，解析后將相應信息發送給模型處理模塊、數據集處理模塊、報告控制塊處理模塊進行分類監控展示，其中模型處理模塊還要將信息傳給遙控模塊解析遙控實例節點、定值模塊解析定值組信息。報文解析模塊是測試模塊的基礎。時間同步模塊主要用于與智能管理主機互聯互通過程中，時間同步功能的邏輯實現。開啟時間同步功能，提供一個簡單網絡時間協議（SNTP）對時的服務端，如有對時客戶發送了對時請求，進行正確響應并回復SNTP對時報文。測試模塊主要用于與智能管理主機互聯互通過程中，測試項的消息分類及子模塊的調用邏輯處理。通過該模塊，用戶進行相應的測試功能。

2　綜合應用服務器模擬器功能項

綜合應用服務器模擬器測試與智能管理主機互聯互通中共12個測試項，分別是：創建連接、模型召喚、模型監控展示、狀態檢測、模型修改、數據集修改、報告控制塊修改、定時上送、變化上送、對時、遙控、斷開連接。綜合應用服務器模擬器與一體化監控系統互聯互通中共1個測試項，即變化上送。

協議測試支持IEC61850標準協議，被測目標必須是基于IEC61850標準開發的智能管理主機和一體化監控系統。基本功能項測試過程按照IEC61850規約要求逐項對接收和發送報文進行分析處理，逐項驗證各功能對應關鍵項，驗證其報文格式是否正確，測試結束生成測試報告。軟件實現如圖2所示。

圖2　測試界面圖

2.1數據模型

智能管理主機和一體化監控系統配置IEC61850數據模型。導入的文件先解析出HEADER節點信息、COMMUNICATION節點信息、IED節點信息，進一步解析所有邏輯設備及其中的報告控制塊，最后顯示報告控制塊中的數據集。解析完成后智能管理主機和一體化監控系統配置模型完成[3]。使用的標準IEC61850模型結構如圖3所示。該軟件采用的IEC61850模型中數據集結構，如圖4所示[4]。

圖3　標準IEC61850模型結構圖

圖4　IEC61850模型數據集結構圖

2.2創建連接

啟動模擬器后輸入被測智能管理主機/一體化監控系統IP地址，向智能管理主機/一體化監控系統發送連接請求，若連接失敗則延時1 s后重新發送連接請求直到連接成功，連接成功后即成功建立綜合應用服務器模擬器與智能管理主機/一體化監控系統鏈路，智能管理主機/一體化監控系統首次連接成功自動上報自身模型，綜合應用服務器模擬器解析后展示并與用戶交互，開始基本應用功能測試。

點擊建立連接按鈕，綜合應用服務器模擬器發送建立連接的指令，智能管理主機接收到指令回復，過程為TCP三次握手后面向連接的傳輸協議（COTP）協議連接。連接創建完成后結果圖如圖5所示。

圖5　連接完成圖

2.3功能測試項

2.3.1模型召喚

該測試項旨在測試智能管理主機/一體化監控系統是否具有正確響應模型召喚的能力。

模型召喚在創建連接后自發進行，調用mms抽象通信接口getNameList服務。智能管理主機/一體化監控系統應能解析綜合應用服務器模擬器發送的mms報文，綜合應用服務器模擬器應接收正確的響應報文，首先檢查是否符合mms報文制造規范，若格式符合規范則進行解析并與真實子系統信息進行對比，生成測試結果；若格式不符合規范則直接生成測試結果。

2.3.2狀態檢測

模型召喚為狀態檢測提供了基礎，智能管理主機應正確響應模型中狀態相關的邏輯節點。

2.3.3模型修改

模型召喚為模型修改提供了基礎，綜合應用服務器模擬器提供模型修改接口，發送mms報文confirmed-RequestPdu調用mms的write服務，智能管理主機應正確解析write請求，正確修改模型值后應回復confirmed-ResponsePdu給綜合應用服務器模擬器。

綜合應用服務器模擬器發送模擬修改模型請求報文，智能管理主機回復報文首先檢測是否符合MMS報文制造規范，再對內容進行解析以查看是否正確。

測試流程如圖6所示。

圖6　模型修改測試流程

數據集修改與報告控制塊修改其流程與模型修改測試流程相似。

2.3.4上送功能

定時上送與變化上送主要是測試智能管理主機的上送MMS報文的功能，報文首先檢測是否符合MMS報文制造規范。

2.4性能測試項

性能測試旨在測試綜合應用服務器模擬器是否有告警訂閱、告警聯動、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，可以訂閱一個或者多個告警類型；對于已經建立的告警事件訂閱，如果取消，必須一次性全部取消，也無需配置任何參數[5]。參數配置完成后，綜合應用服務器模擬器自動將該配置參數封裝為C++類成員QVector*warnings作為信令消息體。

測試中主要驗證報文結構是否完整，報文格式是否正確，類型標識與報文信息體元素是否一致，可變結構限定詞與報文信息體結構和內容是否匹配。

告警參數配置，用戶需要對訂閱的告警設備進行聯動參數配置并對該功能進行測試時，可選擇告警聯動參數配置功能項，需要配置的參數有：告警聯動參數地址編碼，告警類型、聯動類型（可以是視頻聯動或者控制開關聯動，對于視頻聯動需要配置聯動攝像機的地址編碼，預置位編號和是否錄像，對于控制開關聯動需要配置開關設備的邏輯節點以及聯動開關動作），配置完成后綜合應用服務器模擬器自動將該配置參數封裝為標準規定的EXCEL形式作為信令消息體[6]。格式如下圖7所示。

圖7　告警聯動參數配置命令消息體

告警訂閱、聯動參數配置完成后，綜合應用服務器模擬器可根據上送的告警事件，進行聯動操作。成功訂閱設備的告警后，當告警事件發生時，智能管理主機能準確上送事件通知消息，綜合應用服務器模擬器接收到事件通知消息后驗證接收到的消息是否正確，若不正確則跳出流程，若正確則發送事件通知響應給告警設備，到這里，告警訂閱功能測試通過[7]。匹配已經設置的告警聯動參數，進行相應的聯動操作，若智能管理主機能正確進行預置的聯動操作，則告警聯動測試通過。綜上，生成告警測試結果。告警聯動過程如圖8所示。

圖8　告警聯動過程流程圖

2.5生成測試報告

標準測試報告在各個測試項完成后系統生成。測試報告生成模塊用于生成對被測設備的測試結果，以EXCEL的形式保存，方便用戶的查看和打印。

在測試過程中，模擬器對進行的每一項測試結果記錄和保存，當用戶需要生成測試報告時，點擊界面上的生成測試報告按鈕，并選擇需要保存的路徑，模擬器便會生成EXCEL形式的測試結果并按照用戶指定的路徑保存。這里需要說明的是，并不是每一次測試結果都進行記錄，比如模擬器對被測設備進行了三次修改數據測試，那么結果測試報告中只會記錄一次，因為測試報告是以測試項為單位記錄的，并且，只有三次測試全部通過，結果才為通過，倘若測試過程中有一次不通過，則視為該項測試不通過；倘若測試過程中設備編碼查詢或配置錯誤，并且被測設備返回正確的404響應，那么視為模擬器請求的前端設備不存在，此項還有待進一步的測試，當下次測試通過或不通過時，自動覆蓋404測試結果；另外，生成報告只記錄進行過的測試項，包括主動和被動測試項，沒有進行測試過的不被記錄[8]。測試報告導出軟件界面如圖9所示。

圖9　測試報告導出軟件界面圖

與某廠家測試生成的測試報告如圖10所示。

圖10　測試報告圖

3　結束語

本文針對智能變電站輔助系統測試平臺的綜合應用服務器模擬器，簡述了其測試原理和設計程序的思路，本軟件采用61850模型結構和數據集結構進行設計，重點對綜合應用服務器模擬器的各個功能模塊的程序進行了設計和分析，最后對某廠家的實物進行測試驗證生成測試結果。該模擬器只是測試平臺的一個重要組成部分，在信號品質方面和視頻檢測方面還需要補充和完善測試工作。測試平臺的應用和推廣，對以后的電網建設產生重要的作用，也具有統一標準，使變電站穩定運行。

參考文獻：

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

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

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

[10]徐磊．智能電網的網絡通信架構及關鍵技術[J]．電氣技術，2010，21（2）:1.

中圖分類號:TM743

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0224-04

收稿日期：2016-01-10

作者簡介:張尚鐸（1983－），男，甘肅武威人，碩士研究生，研究方向為電力系統分析、運行及控制；黃琦（1976-），男，四川成都人，教授，博導，研究方向為智能電網，電力系統廣域測量與控制技術；趙敏（1985-），男，新疆昌吉人，碩士研究生，電力系統分析、運行及控制。

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