繼電保護(hù)是構(gòu)成我國(guó)智能電網(wǎng)的重要組成部分，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著極其重要作用［1-2］。如今伴隨著數(shù)字化保護(hù)的推廣，就地化保護(hù)緊鑼密鼓地試驗(yàn)驗(yàn)證、掛網(wǎng)試運(yùn)行［3］，加上繼電保護(hù)呈現(xiàn)多類(lèi)型并存、多技術(shù)嵌套的格局，從而使其研發(fā)過(guò)程測(cè)試日漸復(fù)雜。
但繼電保護(hù)基本測(cè)試要求并沒(méi)有改變［1］，對(duì)其全生命周期測(cè)試技術(shù)的研究依然是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。文獻(xiàn)［4-5］采用分布式系統(tǒng)和模塊化設(shè)計(jì)思想，利用 Python 腳本語(yǔ)言構(gòu)建裝置閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)回歸測(cè)試; 但利用 Python 腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)測(cè)試繁瑣且難于掌握，不利于全員推廣。文獻(xiàn)［6］基于繼電保護(hù)統(tǒng)一建模思想提出了生產(chǎn)測(cè)試階段的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，有效提高了生產(chǎn)測(cè)試效率。文獻(xiàn)［7-9］分別針對(duì)低壓保護(hù)、就地化保護(hù)、特殊罩式配電網(wǎng)終端裝置( feeder terminal unit，F(xiàn)TU) ，提出了生產(chǎn)自動(dòng)檢測(cè)方案，有效提高了生產(chǎn)測(cè)試效率。文獻(xiàn)［10-11］分析了智能變電站二次系統(tǒng)測(cè)試方法，提出了系統(tǒng)級(jí)測(cè)試平臺(tái)方案，為智能變電站運(yùn)維和故障檢修提供了新方法。文獻(xiàn)［12-15］提出了智能變電站測(cè)試平臺(tái)，為智能變電站現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)測(cè)試提供了測(cè)試解決方案。文獻(xiàn)［16-18］討論了繼電保護(hù)測(cè)試用例生成方法，通過(guò)模版或測(cè)試用例智能生成技術(shù)，為繼電保護(hù)功能自動(dòng)測(cè)試提供了新思路。以上研究可以看出，對(duì)繼電保護(hù)研發(fā)過(guò)程測(cè)試的研究相對(duì)較少，其高效協(xié)同測(cè)試并未得到有效挖掘。
繼電保護(hù)研發(fā)過(guò)程測(cè)試的需求主要取決于以下2 點(diǎn): ①不同研發(fā)階段對(duì)測(cè)試工具要求不同，如單元測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試，但快捷測(cè)試和裝置級(jí)邏輯功能連續(xù)測(cè)試是其基本需求。②對(duì)于開(kāi)發(fā)時(shí)間緊的新產(chǎn)品、新裝置，協(xié)同開(kāi)發(fā)裝置級(jí)測(cè)試用例需要有相應(yīng)工具支撐。但目前商用繼電保護(hù)測(cè)試儀僅能實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)功能測(cè)試，協(xié)同快速開(kāi)發(fā)和高效復(fù)用測(cè)試用例具有一定難度，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)文件共享可以讓測(cè)試用例發(fā)揮一定作用，但多級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)文件在數(shù)量巨大的情況下，很難做到有效管控，而近幾年快速發(fā)展的云技術(shù)可以有效解決這一難題?；谏逃迷萍夹g(shù)提供的云共享服務(wù)為測(cè)試用例文件分類(lèi)管理、權(quán)限管理、海量數(shù)據(jù)文件高速檢索及上傳下載等功能提供了高效解決方案。
本文針對(duì)繼電保護(hù)研發(fā)測(cè)試特點(diǎn)，通過(guò)底層測(cè)試數(shù)據(jù)解耦，使繼電保護(hù)研發(fā)過(guò)程測(cè)試所需的裝置數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)趨向獨(dú)立，從而形成低耦合測(cè)試數(shù)據(jù)文件，即裝置配置數(shù)據(jù)和裝置測(cè)試數(shù)據(jù); 再通過(guò)映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模擬量、開(kāi)關(guān)量和裝置定值數(shù)據(jù)的高效復(fù)用; *后，基于云共享實(shí)現(xiàn)裝置配置數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的自由導(dǎo)入導(dǎo)出，并完成連續(xù)測(cè)試流程的自由控制。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1. 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
如圖 1 所示，繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)有上位機(jī)軟件和測(cè)試終端構(gòu)成。前者負(fù)責(zé)測(cè)試數(shù)據(jù)編輯、管理、監(jiān)視與測(cè)試流程控制等; 后者負(fù)責(zé)解釋命令數(shù)據(jù)并按要求進(jìn)行模擬量和開(kāi)關(guān)量的同步輸出等。本文提出的測(cè)試系統(tǒng)有位于*下層的測(cè)試層、位于中間層的數(shù)據(jù)共享層及位于*上層的數(shù)據(jù)分析層組成。
在圖 1 中，測(cè)試層有若干測(cè)試個(gè)體組成。每個(gè)測(cè)試個(gè)體有測(cè)試終端和被測(cè)繼電保護(hù)組成，實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)對(duì)接，并構(gòu)建閉環(huán)測(cè)試環(huán)境。
利用商用云業(yè)務(wù)構(gòu)建研發(fā)級(jí)繼電保護(hù)測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試資源整合與高效共享，該共享不僅局限于傳統(tǒng)測(cè)試業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)分享，更重要的是基于云業(yè)務(wù)特點(diǎn)，通過(guò)一系列底層和頂層設(shè)計(jì)將測(cè)試數(shù)據(jù)解耦，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的高效利用。數(shù)據(jù)共享層有基于研發(fā)測(cè)試“4 要素”設(shè)計(jì)的裝置配置、裝置測(cè)試數(shù)據(jù)、裝置測(cè)試工程和裝置測(cè)試報(bào)告相關(guān)云數(shù)據(jù)組成。系統(tǒng)通過(guò)云端數(shù)據(jù)快速構(gòu)建裝置測(cè)試用例，進(jìn)行裝置級(jí)邏輯功能的全自動(dòng)回歸測(cè)試和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)云共享真正實(shí)現(xiàn)了研發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)的高效創(chuàng)建與快速測(cè)試。
數(shù)據(jù)分析層是建立在數(shù)據(jù)共享層上的**應(yīng)用。根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)云，建立繼電保護(hù)產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量跟蹤、控制和考核體系，實(shí)現(xiàn)研發(fā)過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量的透明控制。限于篇幅，本文不做探討。
1. 2 測(cè)試系統(tǒng)組成
繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)上位機(jī)軟件，由裝置配置數(shù)據(jù)編輯模塊和裝置測(cè)試數(shù)據(jù)編輯模塊組成的編輯子系統(tǒng)，云端工程管理模塊和本地工程管理模塊組成的工程管理子系統(tǒng)、測(cè)試流程控制子系統(tǒng)，IEC103 通信模塊與 IEC 61850 通信模塊及測(cè)試終端通信模塊組成的通信子系統(tǒng)構(gòu)成，如圖 2 所示。測(cè)試終端采用基于統(tǒng)一建模的繼電保護(hù)測(cè)試儀 HELP9000。該測(cè)試儀硬件配置靈活，輸入輸出點(diǎn)數(shù)不受限制，能對(duì)各類(lèi)繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)真正閉環(huán)測(cè)試［3］。
圖 2 中的裝置配置數(shù)據(jù)模塊主要由圖 3 所示的信息功能模塊組成。為了快速構(gòu)建測(cè)試用例，系統(tǒng)支持從智能站全站系統(tǒng)配置文件( substation configuration description，SCD) 和描述智能電子裝置( intelligent electronic device，IED) 能力文件，一鍵轉(zhuǎn)換為具有面向通用對(duì)象的變電站事件( generic object oriented substation event，GOOSE) 輸入輸出配置及采樣測(cè)量值( sampled measured value，SMV)輸入輸出配置的通用 GOOSE 數(shù)據(jù)文件。針對(duì)合并單元和錄波裝置的特殊應(yīng)用，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了 GOOSE文件輸入和輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能?；谕ㄓ?GOOSE數(shù)據(jù) 文 件，系 統(tǒng) 提 供 IEC 61850 中 SMV 9-2 和
GOOSE 開(kāi)關(guān) 量 的 各 種 參 數(shù) 設(shè) 置; 同 時(shí) 提 供 IEC60044-8 數(shù)字量和小信號(hào)模擬量( 可測(cè)試流程控制模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì) IEC 61850-SV、IEC 60044-8 兩種數(shù)字量和小信號(hào)模擬量的同時(shí)測(cè)試控制，該功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)常規(guī)保護(hù)、數(shù)字化保護(hù)及數(shù)字采樣常規(guī)出口繼電保護(hù)的自由靈活測(cè)試。
圖 3 中裝置測(cè)試數(shù)據(jù)編輯模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)故障類(lèi)型數(shù)據(jù)文件的讀取、顯示、編輯及保存功能。本模塊開(kāi)發(fā)了手動(dòng)試驗(yàn)、遞變?cè)囼?yàn)、光伏試驗(yàn)等試驗(yàn)測(cè)試類(lèi)型。遞變?cè)囼?yàn)開(kāi)發(fā)了基于遞增、階梯、脈沖和諧波的模擬量輸出控制模式; 手動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)步長(zhǎng)和脈沖遞變的模擬量輸出控制模式?；陂_(kāi)關(guān)量觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)的遞變?cè)囼?yàn)適應(yīng)于繼電保護(hù)研發(fā)過(guò)程中的系統(tǒng)集成測(cè)試和回歸測(cè)試; 而手動(dòng)試驗(yàn)可以作為研發(fā)過(guò)程中的快捷測(cè)試手段，用于研發(fā)過(guò)程邏輯功能的日常調(diào)試。
2 系統(tǒng)軟件核心設(shè)計(jì)
研發(fā)過(guò)程測(cè)試“4 要素”: ①建立裝置配置文件。讀取裝置數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行模擬量通道設(shè)置。②設(shè)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)文件。基于裝置配置文件設(shè)置模擬量通道輸出參數(shù)、開(kāi)關(guān)量輸出參數(shù)及監(jiān)視數(shù)據(jù)等。③執(zhí)行測(cè)試過(guò)程。進(jìn)行快捷測(cè)試或?qū)ρb置進(jìn)行全功能系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。④搜集測(cè)試報(bào)告。系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)測(cè)試用例的測(cè)試情況，產(chǎn)生測(cè)試報(bào)告，并實(shí)時(shí)上傳云端?！? 要素”中核心設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)配置文件和測(cè)試數(shù)據(jù)文件的解耦，2 個(gè)數(shù)據(jù)文件密切聯(lián)系，但各自修改又互不影響; 而對(duì)于系統(tǒng)集成測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)文件少則幾十個(gè)，多則上千個(gè)，往往測(cè)試數(shù)據(jù)的改變，會(huì)帶來(lái)一系列數(shù)據(jù)修改，改動(dòng)工作量十分龐大。本文將通過(guò)以下技術(shù)解決研發(fā)測(cè)試所存在的快速創(chuàng)建、協(xié)同開(kāi)發(fā)、批量修改等諸多問(wèn)題。
2. 1 云端與本地工程管理技術(shù)
云端與本地工程管理技術(shù)主要解決研發(fā)過(guò)程測(cè)試中測(cè)試用例的創(chuàng)建與操作。圖 4 中云端與本地工程管理中設(shè)計(jì)了裝置配置數(shù)據(jù)、裝置測(cè)試工程、裝置測(cè)試數(shù)據(jù)和裝置測(cè)試報(bào)告共 4 類(lèi)數(shù)據(jù)類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)本地與云端的相互傳輸。
在本地工程管理上，利用 Python 的簡(jiǎn)單、易擴(kuò)展、邊解釋邊執(zhí)行且能完成復(fù)雜測(cè)試任務(wù)等特點(diǎn)［19-21］，通過(guò) PythonQt 腳本引擎，實(shí)現(xiàn) QT 與 Python 腳本之間通信，將界面執(zhí)行數(shù)據(jù)返回給 Python，Python 再將計(jì)算結(jié)果返回給 QT。通過(guò) QT 和Python 混合編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的靈活創(chuàng)建，即通過(guò)界面創(chuàng)建測(cè)試用例，或通過(guò)執(zhí)行 Python 腳本進(jìn)行測(cè)試用例的批量創(chuàng)建。
基于 HTTP 協(xié)議開(kāi)發(fā)本地與云端接口訪(fǎng)問(wèn)功能，實(shí)現(xiàn)本地文件和云端文件的上傳下載。云端工程管理實(shí)現(xiàn)了按照時(shí)間或文件名模糊檢索的功能。位于云端的裝置配置數(shù)據(jù)、測(cè)試用例數(shù)據(jù)或測(cè)試工程數(shù)據(jù)，均可一鍵下載到本地并執(zhí)行測(cè)試。
2. 2 大間隔數(shù)據(jù)映射技術(shù)
變電站實(shí)際物理間隔具備模擬量、開(kāi)關(guān)量、裝置定值、動(dòng)作報(bào)文等特征數(shù)據(jù)，而大間隔數(shù)據(jù)映射技術(shù)就是基于該特征數(shù)據(jù)形成的一種高效操作方案。模擬量可以用測(cè)試終端數(shù)據(jù)模型中的 SV9-2數(shù)字量、IEC 60044-8 數(shù)字量或常規(guī)小信號(hào)模擬量進(jìn)行映射; 裝置定值和事件順序記錄( sequence ofevent，SOE) 可以用裝置 IEC 103 或 IEC 61850 數(shù)據(jù)模型定值和 SOE 進(jìn)行映射; 裝置開(kāi)入、開(kāi)出可以用測(cè)試終端模型數(shù)據(jù)映射，還可以用繼電保護(hù)背板數(shù)據(jù)模型映射。大間隔數(shù)據(jù)集映射技術(shù)使測(cè)試數(shù)據(jù)文件和裝置配置文件解耦，多種數(shù)據(jù)源選擇使創(chuàng)建測(cè)試數(shù)據(jù)文件更加容易，同時(shí)間隔間的切換也輕而易舉，且對(duì)于測(cè)試間隔較多的母線(xiàn)、元件等保護(hù)裝置尤其便利。
2. 3 模擬量、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)映射技術(shù)
模擬量間隔切換主要解決超過(guò) 1 個(gè)間隔的測(cè)試數(shù)據(jù)快速構(gòu)建問(wèn)題?；诖箝g隔數(shù)據(jù)映射的操作設(shè)計(jì)為模擬量間隔快捷切換提供了技術(shù)支撐，這也使得測(cè)試數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)和裝置配置數(shù)據(jù)信息解耦。在圖 5 中，基于配置數(shù)據(jù)建立的過(guò)流測(cè)試任務(wù)集合**管理文件夾中建立公共數(shù)據(jù)文件 pubData. xml，該文件記錄了創(chuàng)建該集合二級(jí)文件夾下測(cè)試用例所用到的間隔字符串指針。當(dāng)創(chuàng)建測(cè)試任務(wù)管理文件時(shí)，所有測(cè)試數(shù)據(jù)文件都引用該字符指針。如實(shí)現(xiàn)各間隔快速切換，通過(guò)鼠標(biāo)右鍵復(fù)制該工程，并 改 變 pubData. xml 文件中間隔指針的指向。
針對(duì)裝置開(kāi)入、開(kāi)出、定值、SOE 這 4 類(lèi)數(shù)據(jù)，本文采用測(cè)試數(shù)據(jù)內(nèi)部短地址進(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供這 4 類(lèi)數(shù)據(jù)重映射功能。默認(rèn)公共短地址均以CaseGroup 開(kāi)頭，中間根據(jù)信號(hào)類(lèi)型設(shè)置默認(rèn)字符。圖 6 中，左側(cè)是二級(jí)管理文件夾中若干測(cè)試用例數(shù)據(jù)及原始信號(hào)映射數(shù)據(jù)，右側(cè)是 pubData. xml保存的內(nèi)部短地址。當(dāng)創(chuàng)建左側(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)文件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)為這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建如 CaseGroup. BI. BI1 式的全局**內(nèi)部短地址，并指向該實(shí)際數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)保存在 pubData. xml 文件中; 測(cè)試數(shù)據(jù)文件僅保存信號(hào)內(nèi)部短地址及測(cè)試屬性數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行測(cè)試用例時(shí)，通過(guò)搜索信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取實(shí)際輸出信號(hào)。
從圖 6 可以看出，CaseGroup. BI. BI1 內(nèi)部短地址映射到 N 個(gè)測(cè)試用例文件中，如果改變 N 個(gè)測(cè)試文件中的裝置開(kāi)入，例如 BI1，僅需改變?cè)摱痰刂分赶蛐盘?hào)輸出終端的開(kāi)出實(shí)例數(shù)據(jù)即可。本系統(tǒng)采用圖形化界面，通過(guò)快速拖拽 4 類(lèi)原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)**測(cè)試用例管理文件夾下所有測(cè)試用例的快速重映射功能。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)研發(fā)過(guò)程測(cè)試進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，并對(duì)其特點(diǎn)及需求進(jìn)行深入分析，在繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)上位機(jī)軟件側(cè)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試底層數(shù)據(jù)解耦，進(jìn)而建立企業(yè)級(jí)共享數(shù)據(jù)云; 通過(guò)頂層和底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了繼電保護(hù)測(cè)試核心解決方案，并開(kāi)發(fā)了上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)解放了研發(fā)人員，使其更加專(zhuān)注產(chǎn)品研發(fā)，提高了研發(fā)過(guò)程測(cè)試效率;同時(shí)該方案在繼電保護(hù)全生命周期測(cè)試的其他環(huán)節(jié)，均具有一定借鑒意義。
