《数字化变电站测试》PPT课件.ppt

设备模型和通信服务检测及 常见问题分析,2010.11,北京四方,数字化变电站,主要内容,数字化变电站及其设备简介 测试内容及方法 IEC 61850一致性测试 GOOSE和SV通信测试 动模试验 集成测试 网络测试 总结,数字化变电站及其设备简介,全站统一使用IEC61850通信标准，设备间互操作性提高，设备具有较好的自描述能力 出现了过程层及一些新型的设备，如合并器，智能终端和光/电互感器等 以网络通信方式取代了间隔层设备之间，以及与一次设备间的大量电缆硬接线，使信息数字化和控制网络化 使用面向对象的模型文件描述设备的功能和信息，并用于工程组态和设备配置,主要技术及特点,数字化变电站及其设备简介,信息数字化：以GOOSE和SV等通信报文方式采集和传输模拟量、开入、开出及间隔间闭锁等信息 控制网络化：间隔层设备以GOOSE的方式向智能终端发出控制命令 工程设计中出现了二次逻辑回路设计，即虚端子连线，并影响到工程实施及运行维护 对二次设备的信息处理能力要求提高 网络化程度提高,主要技术及特点,数字化变电站及其设备简介,模型介绍,数字化变电站及其设备简介,通信介绍,数字化变电站及其设备简介,IEC61850通信是基础，需要进行严格的一致性测试确保设备间的互操作性 通过系统集成，测试设备在复杂网络环境下的稳定性和互操作性 对网络性能、稳定性和安全性等要求提高，需要加强网络测试 对GOOSE和SV等通信的快速可靠、稳定性等进行测试 IEC61850相对复杂，增加了测试和运行维护的难度 虚端子连线及其问题排查的难度较大 网络环境复杂，且信息量大，问题分析和评估难度大,二次设备测试的重点和难点,测试内容及方法,IEC61850一致性测试 GOOSE和SV通信测试 对时测试 动态模拟试验，对数字化设备的功能进行测试 集成测试，测试设备在系统集成环境下的互操作性、稳定性和网络性能等 网络测试，包括对设备网络和系统集成网络的性能及稳定性测试，以及网络风暴测试和潜在网络问题评估分析,主要测试内容,测试内容及方法,测试步骤,测试内容及方法,搭建小型的集成测试系统，主要包括数字化设备、GPS时钟源，以及测试仪、RTDS或光/电互感器等；实现对设备的功能性和互操作性测试，并作为测试的检测依据 使用模型检测工具和通信测试工具等，实现面向工程应用的一致性测试和分析 使用专业的网络测试仪器，如SMARTBIT设备，对网络的性能进行测试 使用数字化录波器或者专业的数字化录波分析工具，对功能测试数据进行分析 使用网络通信记录分析系统，对测试过程中的网络通信进行监视、记录和分析，如问题排查和事故定位分析等；对网络中的潜在问题，如网络风暴进行评估分析,测试方法及手段,测试内容及方法,测试系统结构示意图,IEC61850一致性测试,IEC61850通信是设备功能及互操作的基础，需要先进行测试，便于后续测试中其他部分问题的排查分析 “一致性”是指设备的模型及通信服务实现是否符合IEC61850标准，包括模型检测、虚端子连线、服务和功能等方面 IEC61850-10定义了详细的一致性测试规范，面向服务测试，测试过程相对复杂，而且没有针对客户端的测试 在工程应用中，面向功能的测试更为高效和全面；应用功能基于服务实现，所以测试功能也就测试了服务 一致性测试需要专门的测试工具，提供简便的测试功能，帮助分析复杂的问题,IEC61850一致性测试,模型检测主要包括静态合法性和动态合法性检测 静态合法性：模型文件格式良好性，SCL规范合法性，基本定义、引用和实例化等正确性 动态合法性：与设备通信，在线获取模型，检测获取模型的合法性；并与静态模型对比，即动/静态模型一致性检测 功能及信息的建模比较灵活，有些可以采用通用的LN建模，也可以采用IEC61850-7-4中定义的LN建模。这些可适当的检测。建议采用合适或接近的LN建模,模型检测,IEC61850一致性测试,模型举例,IEC61850一致性测试,模型检测步骤,IEC61850一致性测试,模型常见问题,IEC61850一致性测试,模型检测工具通常会给出检测报告；如果模型有问题，会在报告中描述 模型通常用于工程组态，有问题的模型比较影响工程实施的效率；因此，发现问题后，将检测报告反馈给厂家，由厂家处理问题，再对处理后的模型进行检测，直到检测通过，然后进行工程组态 有些问题，如没有描述，可能不影响通信，但对工程实施不便，应该要求厂家处理 有时同一个厂家的模型在多次工程检测中发现同样的问题；或者在检测时处理了，在工程实际使用时又重现了。这些问题很常见，非常影响工作效率，其实是模型管理的问题。因此在检测完成后，出检测报告，列出曾发现和处理的问题，并归档；同时要求厂家升级涉及设备的模型,模型检测问题处理,IEC61850一致性测试,模型常见问题强制数据未定义,IEC61850一致性测试,在过程层，以GOOSE和SV通信方式取代传统电缆接线，传输模拟量、开入及控制命令。相对于传统设备的端子，将GOOSE和SV中传输的数据称为虚端子 在通信过程中，设备需要知道通信报文中每个数据具体的含义和应用处理。如智能终端的某个GOOSE中的某个数据表示开关位置，间隔层设备收到该GOOSE后，根据事先配置取出开关位置并处理。这个配置就是虚端子连线。相对于二次回路电缆接线，将虚端子连线称为二次逻辑回路连线 虚端子分为输出（发布/发送）虚端子和输入（订阅/接收）虚端子，都在模型中定义和配置 设计院根据厂家提供的设备虚端子定义设计二次逻辑回路连线。工程实施中根据设计图纸进行虚端子的连线，连线后的配置保存在设备模型及变电站配置文件SCD中,虚端子,IEC61850一致性测试,虚端子连线,IEC61850一致性测试,虚端子连线测试,IEC61850一致性测试,虚端子连线是多台设备之间的配置和通信，智能终端与一次设备通过电缆连接，可能部分数据还会转发到站控层系统。环节较多，容易出现配置错误 根据二次逻辑回路连线图纸进行虚端子连线配置，配置结果主要通过严格的测试来检测正确性，目前还没有更为有效的手段直接将图纸与配置进行对比检测。实际工程中，需要连线的虚端子数量较多，在通过工具软件配置时也容易出错 如果虚端子连线配置中某个设备虚端子定义发生了变化，需要严格查看或重新配置涉及的环节，以便对新出现的问题能够快速的定位；最终的连线配置需要完善的存档管理，便于运行维护 虚端子连线的配置和测试工作量较大，建议使用专门的测试工具，如通过GOOSE测试工具模拟GOOSE的发布/订阅，方便数据模拟，监视设备GOOSE发布的正确性，以及一次设备数据接入的正确性,虚端子连线问题及处理,IEC61850一致性测试,在IEC61850-7-2中定义了抽象通信服务接口（ACSI），即各种功能的操作流程及数据。这些“抽象”的服务需要通过具体的通信规约实现，在标准中称为“映射”，如8-1定义了ACSI如何映射到MMS通信标准。映射规范会详细定义ACSI中的功能及数据在映射规约中如何传输及处理 “抽象”和“映射”的机制使得IEC61850具有很好的扩展性和适用性，如已有及正在制定的标准将IEC61850映射到IEC60870-5-104、DNP3.0、webservices和OPC/XML-DA等 应用功能主要包括控制、数据采集（遥测、遥信、保护事件和告警等）、定值操作及录波等，这些在标准中都有相应的ACSI及模型定义。一个应用功能由一个或多个ACSI实现,服务和功能,IEC61850一致性测试,服务和功能的映射介绍,IEC61850一致性测试,主要测试设备对IEC61850标准服务实现的一致性，如应该支持的服务是否支持，服务的机制是否正确，与其他设备的互操作性等 站控层设备与间隔层设备之前采用MMS通信，站控层设备为客户端，间隔层设备服务器端，两者都是被测试的对象 GOOSE通信主要测试发布机制是否正确，对订阅GOOSE的处理是否正确 SV通信主要测试发送机制是否正确，查看波形，对接收到的SV处理是否正确 直接对ACSI及通信规约的测试比较复杂，从IEC61850应用的角度，面向应用功能的测试更为高效，同时也测试了ACSI 在测试中可以使用客户端测试工具、GOOSE测试工具和数字化录波器或SV测试工具等进行面向功能的测试及分析，也可以使用网络通信记录分析系统对网络通信进行面向应用的分析,服务和功能测试,IEC61850一致性测试,客户端/服务器端通信服务测试,IEC61850一致性测试,标准中要求必须实现的服务不支持，影响互操作 对不支持的服务或特性，未给出实现一致性说明 设备内一些数据的初值不正确，如描述、时间、品质和定值等 上送的数据类型定义与数据不一致，导致数据无法处理 数据未按标准的数据类型定义上送，如品质类型 遥控模式的初值与遥控模型不匹配，导致遥控失败 增强型遥控不上送遥控结束报告 使用可选服务用于重要的功能，如心跳，兼容性不好 强制要求通信对方支持不规范的操作流程 错误使用服务机制，如任何情况下都上送周期报告，或者在关联建立时主动上送缓冲报告等 关联释放不彻底，导致再次关联失败 未能即时更新TISSUES中重要的改进,服务和功能测试常见问题,IEC61850一致性测试,设备检修时，数据品质的检修位应该置位；MMS、GOOSE和SV都可以进行检修测试 在标准中定义了取代服务，即从客户端设置设备的数据为取代数据，设备保留该数据，并将数据品质中的取代位置位，直到客户端取消取代才恢复到实际数据状态 GOOSE和SV组播地址的规范性测试 在标准中定义了日志服务，即服务器端对通过模型配置的需要存储的数据事件在其内部持久性存储，客户端可通过标准的日志服务查询这些日志事件 在模型中定义的数据集为静态数据集，也可以通过在线服务在设备内创建动态数据集,其他测试,IEC61850一致性测试,推荐的GOOSE/SV组播地址,6字节MAC地址，前3个字节由IEEE分配为01-0C-CD 第4个字节对于GOOSE为01，对于多播采样值为04 最后2个字节用作与设备有关的地址，见下表,对时测试,主要的对时方式有SNTP（网络对时）、IRIG-B、PPS和IEEE1588（高精度网络对时）等 测试设备的对时精度 在发生事件时，设备数据时标的测试，以及与发出报文时标的对比测试。可以通过网络通信记录分析系统监视网络报文，对比分析监视到报文的时标和报文内数据的时标 在时钟异常或丢失时，数据时标的品质测试 合并器在时钟丢失时的守时测试 主备时钟源对时测试,对时测试,合并器守时测试,GOOSE通信测试,GOOSE主要用于传输控制命令、开入及间隔间闭锁等数据，要求快速可靠 为了保证快速性，GOOSE仅在网络通信中的链路层传输，且可设置优先级；在模型中配置好后，通信过程中GOOSE为定长组播报文，保证了应用层处理的快速性 GOOSE按照梯形时间周期发布，保证了变化数据发布的及时性和无状态变化时的可靠性 GOOSE的发布机制、快速性和可靠性是主要测试内容 对于订阅GOOSE的设备需要测试其对收到GOOSE处理的正确性，如在GOOSE发布错误时是否能检测出,GOOSE通信测试,梯形时间周期发布机制,GOOSE通信测试,数据变化与重发机制,GOOSE报文中有两个数据，状态序号（stNum）和重发序号（sqNum）。在实际通信过程中，这两个数据的组合可唯一标识某一GOOSE报文的多条报文 GOOSE中数据变化时状态序号stNum递增，表示状态变化了一次；重发序号sqNum为0，表示该条GOOSE为变化报文 无变化重发时，stNum不变，sqNum递增 状态序号表示GOOSE数据变化的次数；重发序号表示无变化数据的重发次数,GOOSE通信测试,正常的发布过程,GOOSE通信测试,设备GOOSE发布测试,GOOSE通信测试,设备GOOSE订阅测试,GOOSE通信测试,状态序号和重发序号错误/异常情况,SV报文测试,SV报文中的计数器用于对每条报文编号计数，在每秒时钟同步时复位，重新计数；计数必须连续递增 时钟同步失败或正常时需要置相应的同步标记 在一种采样频率下SV报文固定周期（等间隔）发送，周期偏差应该在允许的范围内 SV报文数据可能会出现跳变，这会影响到间隔层保护的功能 使用录波分析工具或网络通信记录分析系统，监视并分析SV报文计数器的正确性，发送的等间隔性和时钟同步情况；分析保护试验的波形，在一段时间内波形的稳定性等,动模试验,主要通过实时数据仿真系统RTDS进行动态模拟试验，测试数字化设备的功能；功能测试部分与传统设备测试基本相同 将RTDS的模拟量输出接入到合并器；合并器以SV报文方式发送RTDS的仿真数据到间隔层设备 将RTDS的模拟开入接入到智能终端；智能终端以GOOSE报文方式发布开入 智能终端订阅间隔层设备的控制GOOSE，输出到RTDS的模拟开出 如果RTDS能处理GOOSE和SV，则直接与间隔层设备通过网络连接进行测试；有些测试仪可以直接输出SV报文，以及GOOSE的订阅/发布 在动模试验过程中会涉及模型配置和虚端子连线，以及时间相关的测试,集成测试,在对单台或少量设备测试时，网络环境简单，负荷小，互操作范围小，有些问题不宜发现，如网络延时或丢包等。因此，需要将所有设备集成在一次进行测试 集成测试主要测试设备在复杂网络环境下，与多台设备间的互操作性，设备功能是否正常等，网络性能和稳定性，也包括对网络设备的测试 集成测试环境也用于测试设备在长期运行过程中的稳定性，发现一些偶尔出现的问题 集成测试对模型及虚端子连线进行相对全面的测试 在集成测试过程中，网络数据量会非常大，需要借助专门的根据如网络通信记录分析系统监视和记录偶尔出现的问题，并快速定位和分析,集成测试,集成环境下时间测试,集成测试,系统集成环境下网络比较复杂，且网络及设备的负荷都会增加，容易出现丢包或者延时。问题出在