（通信与信息系统专业论文）负控通信分析与协议测试研究.pdf

声明尸明 l u l ii i ii i i ii ii l l li iu 、t17 9 6 4 3 9 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文负控通信分析与协议测试研究，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：一j 蛐一一日 期：一望迦立! ! 里 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日期： 华北电力大学硕士学位论文 摘要 负荷控制系统作为电力部门对用电管理的一种有效的技术手段，在电力部门的地位 越来越重要负荷控制终端，作为整个电力负荷控制系统中最为核心的部分，关系着各 种重要数据的采集，及时上报及其它各种操作，它和主站间的通信十分重要。 本文分析了电力负控通信中应用的各种通信方式比较了通信技术，研究了1 3 0 通 信规约。最后结合协议测试技术和负控终端的功能，提出了负控通信协议测试需求报告， 并设计了一套完整的针对电力负荷控制系统中负控通信规约的测试方法。该方法对负控 终端的通信情况进行测试，来检测终端的通信软件的运行是否严格符合国家电网公司的 数据传输规约。实际测试结果表明，该测试系统运行可靠，可作为测试其它通信规约的 通用架构，具有一定的通用性。 关键词：负荷控制；负控规约；负控终端；数据传输规约 a b s t r a c t a s 锄e f f e c t i v et e c h n i c a lm 伽l f lo fp o w e rm a n a g e m e n t , t h el o a dc o n t r o ls y s t e r ni s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n ti nt h ep o w e rs e c t o r l o a dc o n t r o lt e r m i n a li st h em o s t c e n t r a lp a r to ft h ew h o l ep o w e rl o a dc o n t r o ls y s t e m , w h i c hw i t hr e l a t i o nt oav a r i e t yo f i m p o r t a n td a t ac o l l e c t i o n , t i m e l yr e p o r t i n g , a n do t h e rk i n d so fo p e r a t i o n s n 圮c o m m u n i c a t i o n b e t w e e nl o a dc o n t r o lt e r m i n a l sa n dt h em a i ns t a t i o ni sv e r yi m p o r t a n t i i lt l l i sp a p e r , f i r s t l yt h ev a r i o u sc o m m u n i c a t i o nm e a n si nt h ea p p l i c a t i o no fe l e c t r i c p o w e rl o a dc o m m u n i c a t i o nw e r ea n a l y z e d a n dt h ec o m m u n i c a t i o ns k i l l sw e r ec o m p a r e d 1 1 1 e nt h el3 0c o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1w a ss t u d i e d f i n a l l y , c o m b i n i n gw i t hp r o t o c o lt e s t i n g t e c h n i q u e sa n dt h ef u n c t i o no fl o a dc o n t r o lt e r m i n a l 1 0 a dc o n t r o lc o m m u n i c a t i o n sp r o t o c o i t e s td e m a n dr e p o r tw a sp r o p o s e da n dac o m p l e t es e to ft e s tm e t h o d sf o rl o a dc o n t r o i c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li ne l e c t r i cp o w e ri o a dc o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e d t h em e t h o d s w a su s e dt ot e s tt h ec o m m u n i c a t i o ns i t u a t i o no fl o a dc o n t r o it e r m i n a lt oc h e c kw h e t h e rt h e r u n n i n go fc o m m u n i c a t i o ns o r w a r es t r i c t l yc o n f o r m i n gt ot h ed a t at r a n s m i s s i o np r o t o c o lo f t h es t a t eg r i dc o r p o r a t i o n t h ct e s ts y s t e mh a sb e e nt e s t e do nt h ep r a c t i c a lt e s tr e s u l t s v e r i f y i n gi t so p e c a t i o nr e l i a b i l i t ye f f e c t i v e n e s sa n dt h ep r a c t i c a b i l i t yi np r a c t i c a l 铋g i n e e r i n g , w h i c hc a nb eu s e da sac o m m o nf r a m e w o r k w a n gl i l i ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f h a oj i a n h o n g k e yw o r d s il 0 a dm a n a g e m e n t ，l 0 a dc o n t r o lp r o t o c o l ，l o a dc o n t r o lt e r m i n a l ， d a t at r a n s m i s s i o np r o t o c o l 华北电力大学硕七学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 选题背景和研究意义1 1 2 国内外研究动态2 1 3 本文主要工作及内容安排。3 第二章负控通信技术和协议分析5 2 1 电力负控通信系统的分析5 2 1 1 光纤通信网络5 2 1 2 专用电缆通信网络。5 2 1 3 无线公网通信网络5 2 1 4 无线专网通信网络8 2 2 通信技术比较1 2 2 3q g d w l 3 0 2 0 0 5 电力负荷管理系统数据传输规约1 5 2 3 1 帧结构及传输规则。l5 2 3 2 链路层定义1 6 2 3 3 报文应用1 6 2 4 本章小结1 7 第三章负控通信协议测试需求分析1 8 3 1 负控终端的功能分析1 8 3 2 负控业务数据的分类2 0 3 2 1 四遥数据2 0 3 2 2 实时和当前数据2 1 3 2 3 历史r 数据；嚣。2 2 3 2 4 历史月数据2 4 3 2 5 电能表运行状况监测数据。2 5 3 2 6 电能质量数据2 5 3 3 协议测试需求分析2 6 3 3 1 协议传输报文的测试二：二2 6 3 3 2 信道的测试2 7 3 3 3 终端状态设置测试2 8 3 3 4 实时数据传输测试。2 9 3 3 5 遥控功能测试。2 9 3 3 6 历史数据传输测试3 0 3 3 7 其它功能的测试3 0 3 4 本章小结3 0 第四章负控通信规约测试系统总体设计3 1 4 1 测试系统软件设计原则3 l 华北电力大学硕士学位论文 4 2 测试系统的软件总体设计3l 4 3 系统功能模块的设计 3 4 4 3 1 系统设置与维护模块。3 4 4 3 2 协议测试模块设计3 4 4 3 3 信息查询模块设计3 7 4 3 4 帮助模块设计。3 8 4 4 数据库设计3 8 4 4 1 数据库管理系统的选择3 8 4 4 2m i c r o s o f ts q ls e r v e r 数据库访问设计3 9 4 4 3 数据库中数据库表的设计3 9 4 5 本章小结4 2 第五章系统测试4 3 5 1 系统测试方法4 3 5 2 系统功能基本测试。4 3 5 4 本章小结5 2 第六章总结与展望5 3 参考文献5 5 致谢5 7 在学期间发表论文和参加科研情况驰 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景和研究意义 第一章绪论 随着经济发展和人民生活水平的提高，用电结构的需求不断发生变化， 不可避免的出现了供需之间的许多新的情况而传统的电力负荷管理系统大 多只具有简单的终端设备，整体的用电负荷分析还要依靠人为处理因此这 就迫切需要一种新技术支持下的并且具有自动管理功能的负荷管理系统来 对用电负荷进行有效的管理和控制。这就要求管理终端除了能够满足基本的 控制功能外，信息的采集功能要进一步加强，同时也要求软件系统的功能进 一步延伸，能够对采集来的数据进行有效分析、保存，为用电决策提供科学 支持，还要做到与其他部门对信息的使用和一致性要求，与调度、配网、售 电m i s 等系统交换信息，满足其他部门的需要，形成灵活完整的综合系统， 从而缓解用电紧张的状况i 。 电力负荷管理系统也称为电力负荷控制系统，随着技术的发展和现代化 管理的不断深入，新一代的电力负荷控制系统在传统负荷控制系统的基础上 进行了功能扩展，最重要的是实现了用电管理的智能化。其作为电力需求侧 管理的重要技术手段，已越来越显示出它的实用价值。同时不断发展的计算 机及通讯技术为电力负荷控制系统新功能的扩展提供了有力的支持，新技术 的不断出现，极大方便了系统功能扩展。而作为整个新一代电力负荷控制系 统中最为核心的部分一负荷控制终端，却在整个系统中起着至关重要的作 用。其重要作用在于：一是监测，保障电网的安全运行以及管理需要，二是 变以前的线控制为点控制( 只停工业用电) 。因此为满足现代负荷控制的要 求，作为负控终端应具有以下功能：自动抄表：数据分析和处理；异常监测 和上报；负荷控制；多种通信方式兼容等。 随着国家对负荷控制系统的进一步规范化，结合本地用电特性，选择符 合电力负荷管理系统通用技术条件和电力负荷管理系统功能规范的 负控终端，同时要求终端设备与主站的通讯规约支持电力负荷管理系统数 据传输规约q g d w1 3 0 2 0 0 5 ) ) 。此规约规定了电力负荷控制系统中主站和 终端之f h j 进行数掘传输的帧格式，数据编码及传输规则。不仅适用于点对点 多点共线及一点对多点的通信方式，还适用于主站对终端执行主从问答方式 以及中断主动上传的通信方式。因此，负控终端与主站之日j 是否能够萨常通 讯，及时把数据上传就显得十分重要。这其中的关键技术除了终端与主站之 间所采用何种通信方式有关，还与终端自身通信软件的质量密切相关。 华北电力大学硕士学位论文 电力系统负荷控制数据通信关系着各种重要数据的传输、上报和各种操 作等等，测试负控通信过程对了解电力系统信息传输质量具有重要的意义： 而近些年，专门对于负荷通信的测试却一直没有。采用和协议相结合的测试 方法来检测实际负控通信是否严格符合国家电网公司的数据传输规约、信道 的参数是否保证了较高的信道的通信情况、信道的利用率等，这对测试各种 不同类型负控终端的通信正常有效的通信具有十分重要的意义，而且测试的 结果也能为以后的信道使用方法的改进提出依据 1 2 国内外研究动态 电力负荷控制系统技术的提出源于2 0 世纪初的欧洲，在第二次世界大 战开始研制和使用电力负荷音频监控装置。随后，美国，日本于6 0 年代开 始研究电力负荷无线电监控技术和电力线载波监控技术【2 1 。 我国从1 9 7 7 年底开始了电力负荷控制技术的研究和应用，随着电力供 需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建立正常的供电秩 序、保障电网安全、营销管理等方面。系统增加了用电管理的功能，包括用 电信息管理、远程抄表、用电信息服务等功能。这些扩展的功能，提高了电 力负荷控制系统的经济价值。在系统的数据处理方面也打破了以前的局限 性，扩展了网络功能。电力负荷实现了从控制到管理的转变。目前，电力负 荷控制中心可以通过数据库和网桥与不同的系统网络连接，将负荷控制系统 的大量数据信息发送到电力系统的管理网、调度网、营业网等这对于电网 管理的科学化和现代化是不可或缺的。 目前，负荷控制技术在全国已处在实用化和较完善阶段，下一步将大力 发展配网自动化、远程抄表、用电负荷综合管理等，很多工作直接深入干家 万户。随着用户数量和需要传输的用电参数的增加，要不断地提高整个系统 的可靠性和抗干扰能力，丌发新的功能，以适应若干年后新形势的挑战。 随着电力事业的发展和工农业生产的宏观调控，我国的电力供需矛盾逐 渐缓解，在电力负荷控制系统的基础上进行了功能扩展，使之在用电管理方 面发挥出更重要的作用。 自动抄表技术是在8 0 年代中期开始在美国应用，并在世界各地迅速发 展。1 9 9 2 年国际标准化组织之一国际电工委员会i e c 负责电能测量标准的 第1 3 技术委员会t c l 3 丌始制订了i e c i1 0 7 直接本地数据交换和i e c i l 4 2 本地总线数据交换作为费率装置本地电能量采集的通信协议标准1 9 9 6 年 i e c 负责电力系统控制及其通信的第t c 5 7 制订了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 电力系统 电能量传输配套标准作为电能量数据远方传输的通信协议标准。近年来，随 2 华北电力人学硕：l 学位论文 着信息技术和负荷控制技术的不断发展，t c l 3 扩展为电能测量和负荷控制 设备技术委员会；t c 5 7 扩展为电力系统管理和信息交换技术委员会。t c l 3 的1 4 工作组负责抄表、费率和负荷控制的数据交换的标准制订，最近该工 作组根据国外公共事业部门的商业过程的特点制订了i e c 6 2 0 5 6 ：电能计量 抄表、费率和负荷控制的数据交换系列标准，是集电、水、气，热统一 定义的标准规范。支持多种通信介质接入方式i e c 6 2 0 5 6 标准体系主要针 对0 5 1 参考模型中的三个部分制定- 应用进程、应用层和低层通信协议。通 过制定这些技术规范，使遵循这些规范的计量仪表、支撑工具以及其它系统 组件具有互操作性，能够方便地进行系统集成。该标准采用对象标识、对象 建模、对象访问和服务、通信介质接入方式等方法，从通信的角度建立了仪 表的接口模型，它不包含仪表的数据采集和数据处理方面的具体内容。 i e c 6 2 0 5 6 标准体系目前己经制订了六个部分：第6 l 部分：对象标识系统： 第6 2 部分：接口类；第5 3 部分：c o s 印应用层；第4 6 部分：使用h d l c ( h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) 协议的数据链路层：第4 2 部分：面向连接的异步数 据交换的物理层服务和过程：第2 l 部分：直接本地数据交换。国外少数知一 名厂家已经生产出遵循该标准的计量仪表和计量计费系统。国内j 下在组织力 量对i e c 6 2 0 5 6 标准体系进行认真研究、消化1 3 1 。 国内电能信息采集系统标准体系的建设与国民经济和先进科学技术的 发展密切相关。8 0 年代初为了解决电力供需矛盾，我国开始引进和应用电 力负荷控制技术，用技术手段实施计划用电。1 9 8 8 年由能源部和机械电子 工业部联合颁发了l ：电力负荷控制系统技术规范( 试行) 。1 9 9 2 年在电力 负荷控制系统技术规范( 试行) 的基础上，全国电力远动通信标委会制订了 g b t 1 5 1 4 8 1 9 9 4 电力负荷控制系统通用技术条件、d l t 5 3 3 1 9 9 3l ：无线 电负荷控制双向终端技术条件、d l t 5 3 5 9 3 电力负荷控制系统数据传输 规约和d l t 5 6 4 9 5 ：音频接收机技术条件等标准。规范了国内电力负 荷控制系统的建设和产品的制造。2 0 0 4 年根据大用户电能信息采集与监控 的需求和技术的发展，国家电网公司制订了企业标准q g d w l 2 9 2 0 0 5 电 力负荷管理系统技术条件和q g d w1 3 0 2 0 0 5 1 0 0 个信道资源数 个个个 量 单基站终端 容量( 台) if6 0 05 0 01 2 0 0 0 蜂窝网覆 蜂窝网覆蜂窝网覆 蜂窝网覆非蜂窝网 蜂窝网覆 盖1 - 8 k i n 盖实际盖实际盖实际大区制盖( 城区) 覆盖半径 o 5 5 k m0 5 5 k m0 5 - 5 k m1 0 - 5 0 k m5 - 1 0 k i n8 - 3 0 k m ( 郊区) 9 0 3 9 1 5 !8 2 5 - 8 3 5 m h zh z 1 9 g h z 2 2 3 0 2 5 2 8 0 0 m h z 4 0 0 1 8 0 0 工作频段 9 4 8 9 6 0 m8 7 0 8 8 0 m 频段 3 5 0 0 0 m h z 频段 3 3 0 0 m h 授 授权频段权频段 h zh z 频谱利朋率 1 3 5 5 o 3 0 4) 3 0 0 4 8 - 0 6 43 0 7 ( b i t s h z ) 0 7 6 8 较高( 物 1 卜常低( 空 中( 物理高( 物理层 理层安全 中接口公 层安全性安全性保 安全性 低低性保证， 开规约公 保证，网证，i p 层专 i p 层是络层隔离网隔离公 公网) 开) 公网)网) 秒级，秒级，秒级，稳 实时性毫秒级秒级毫秒级 不稳定不稳定定 政策扶持和 |支持白由发展自由发展支持 引导 国内应h j 情 j “泛 j - 泛 | j 泛试点 结束试点。 况快速发展 已建成网已建成网已建成网 蜂窝组 蜂窝纽网， 组网方便性人区，方便网，较方 络络络 较方便 便 9 0 5 一1 7 12 3 03 8 4 k -1 2 一1 9 2 1 - 1 5 m b i t 通信速率8k b i t s 2 k b i t sk b i t s2 m b i t sk b i t s s 臼土知识产 1 | 三1 卜 自主 白主椎白士 权 基站无线j 不支持j “不支持j 不支持j 支持支持 支持 橘定时橘播橘 全m 终端时中中中高高 钟精度：( 约5 s )( 约5 s )( 约5 s ) 高( 5 0 0 m s ) ( 5 0 0 m s )( 2 0 m s ) 提供实时 和1 f 实时 多优先级 q o s 尽力服务 尽力服务 有 无 无业务类型 ( 服务质域) q o s 支持 g o s和 d if f s e r v 1 3 鼍f _ ；1 华北电力大学硕士学位论文 瀑 g p r sc d m at d -2 3 0 m t t zm o b i t e xm c w i l l s c 队 电台( s c d m a ) 业务分类公网 公网公网专网专网专网 语音业务支持支持支持 支持 数据业务支持支持支持支持支持支持 视频业务 x 支持 x 支持 ( 1 ) 电最数据 传输业务( 数 据采集间隔 支持支持支持支持 支持支持 1 5 分钟) ( 2 ) 线损分析 数据传输业 务( 数据采集 支持支持支持支持支持支持 间隔1 5 分钟) ( 3 ) 营销多媒 调度电话业 支持 营 务 销 ( 4 ) 移动售电 支持 支持 业 通信业务 务 ( 5 ) 重点客户 视频监视业 支持 支持 务 ( 6 ) 其它数据 待定待定待定待定待定待定 传输业务 ( 1 ) 电压、电 流数据、电压 合格率数据 传输业务 ( 间隔1 分 支持 支持 钟) ( 2 ) 电能质量 告警数据、开 关状态数据 传输业务 支持 支持 ( 延时 、历史同数据和l ：月数据 内容的要求。 3 3 5 遥控功能测试 遥控命令可以按单地址或组地址进行操作所有操作应有操作记录。 华北电力人学硕上学位论文 ( 1 ) 遥控跳闸 主站可根据需要向终端下发遥控跳闸命令，并指明跳闸告警时间和限电时间， 如果需要紧急限电，则限电时间设置为0 。限电时间过后，允许客户合上遥控跳闸 的相应开关。 ( 2 ) 允许合闸 主站可以根据需要向终端下发允许合闸命令，终端收到命令后可以允许客户合 闸。 ( 3 ) 遥控跳、合闸 终端接收主站的跳闸控制命令后，按设定的告警延迟时间、限电时间和控制轮 次动作输出继电器，控制相应被控负荷开关；同时终端应有音响( 或语音) 告警通知 客户，并记录跳闸时间、跳闸轮次、跳闸前功率、跳闸后2 m i n 功率( 即跳闸后第1 分 钟至第2 分钟的平均功率) 等，显示屏应显示执行结果。终端接收到主站的允许合闸 控制命令后，应有音响( 或语音) 告警通知客户，允许客户合闸。 ( 4 ) 通信控制 终端接收到主站的允许禁止通话和允许禁止主动上报命令，控制终端的通话 和主动上报通信功能。 3 3 6 历史数据传输测试 测试主机分别发出实时数据和历史数据查询命令，经过适当延迟后，测试主机显示 接收到的数据项目应符合前文l ：实时和当前数据、 历史r 数据和历史月数据 的要求。 3 3 7 其它功能的测试 事件记录属于3 类数据，事件记录包括重要事件和一般事件。规约中定义了3 0 类事件，每类事件是否记录，以及记录的事件是一般事件还是重要事件都需要提前 配置。 3 4 本章小结 本章主要分析了负控终端的功能：按照业务给负控数据进行了分类，主要有四 遥数据、实时和当前数据、历史f 1 数据、历史月数据、电能表运行状况监测数据和 电能质量数据；进而针对这些功能和数据做出了测试需求分析，主要包括协议传输 报文、信道、终端状念设置、实时数据传输、遥控功能、历史数据传输和其他功能 的测试。 华北电力大学硕士学位论文 第四章负控通信规约测试系统总体设计 对负荷控制终端的数据传输协议的测试是通过一套运行在微机上的软件实现的，由 于不同厂商在负控终端的实现上存在差异性，所以，完善的测试内容，有效的测试方法 和全面地测试方案将是进行终端软件测试、发现终端协议缺陷和保障终端合格率的重要 手段。 根据对负控数据传输协议测试业务的全面需求分析，统一测试规划，建立完善的测 试软件系统完成协议的测试。使现存测试中的各种问题及漏洞得到相应的快速全面正确 的处理。这种借助于计算机手段的高效测试，梳理和优化产品测试流程，这既是行业管 理业务规范化的需要，也是电力安全生产的需要。 4 1 测试系统软件设计原则 依照软件工程的思想，系统设计的一个重要原则是基于接口设计，接口是模块功能 的抽象表示。用户通过接口了解到的功能，是具体功能的抽象，并没有反映出实现的细 节，基于接口设计和实现，让模块的实现细节得以隐藏起来，使得开发人员在设计和实 现系统功能时将注重在业务的实现而非编程的细节，同时由于细节的隐减，使得接口在 功能扩展上更具有优势。在基于接口的设计中，最常见的方式有继承方式和使用b r i d g e 模式。其中继承方式的基本思想是以抽象基类来定义接口，具体的派生类以不同方式实 现抽象接口。， 在对系统结构进行模块划分的时候，按系统层次及测试业务划分子系统，以保证系 统的结构性和模块性。子系统之间的联接关系尽可能简单，以使各子系统具有较高的独 立性和可修改性瞄】。 4 2 测试系统的软件总体设计 ( 一)测试系统的层次 测试系统的分层设计可以为系统提供了良好可扩展性，根据需求分析，考虑规约测 试功能的特性，系统可以划分为两个层次，系统功能层和协议测试功能层。协议测试功 能层的扩展无需对系统功能层的构架进行修改，新的业务层功能被透明的添加到系统当 中，同时，通过对测试功能层采用基于接口的设计方式，开发和测试人员可以自定义模 块的测试用例，其只需负责实现相关的协议测试功能类。 系统功能层，该层次提供的功能是基于测试系统自身的，不依赖于具体的协议测试 用例，如软件系统运行管理需要的脚本化测试功能，模块功能测试，子系统接口测试功 能，管道机制，报文交换机制，这些功能模块是系统运行的基础为系统的协议测试功 能层提供底层的实现，该层的功能并不涉及到系统中具体的协议测试功能【2 3 1 。 华北电力大学硕七学位论文 协议测试功能层，该层实现的是协议测试开发，测试用例的具体业务功能，提供了 对负荷控制数据传输协议的特定的测试业务功能，协议测试用例实现在该层次上，并由 具体的模块系统实现。系统的层次划分如图4 _ l 所示。 协议测试功能层 系统功能层 图4 - i 测试软件系统的层次 ( 二)测试系统功能模块 模块化方法是进行测试软件系统设计的有效方法，模块化是指解决一个复杂问题时 自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程，每个模块完成一个特定的子功能，模 块之间通过系统功能调用有机地结合起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。 模块具有以下几种基本属性：接口、功能、逻辑、状态，功能。状态与接口反映模块的 外部特性，逻辑反映它的内部特性。在软件的体系结构中，模块是可组合、分解和更换 的单元，它一方面可以降低系统的复杂性；另一方面，模块化提供了并行开发的可能性， 从而提高了软件的生产效率。 软件模块化的两个准则是：低耦合性和高内聚性。也就是 兑，要实现模块之间的低 耦合性和模块内部的高内聚性。 根据测试需求分析，将本测试系统软件的基本功能划分如图4 - 2 所示。 测试系统包括系统维护、协议测试、信息查询和帮助等几个一级功能模块，每个一 级模块又由多个二级、三级功能模块( 二级、三级功能模块称为子模块) 组成。 负控协议测试系统 每引 幽铊测试系统模块结构图 ( 1 ) 系统设置与系统维护模块 系统设置与系统维护模块由数据库管理与维护模块、系统安全设置模块、测试终端 基本信息模块、系统数据文件备份模块组成，如图4 _ 3 所示 华北电力人学硕王二学位论文 三竺兰二竺竺兰竺兰 引引 图引引引引 图协议模块的结构图 “ ( 3 ) 信息查询模块 信息查询模块包含测试终端信息查询、数据库表信息查询、测试结果信息统计查询 等功能，模块组成如图4 5 所示。 厂一二纛 幽4 5 信息卉洵模块结构幽 ( 4 ) 帮助模块 帮助模块为操作人员提供测试系统的使用帮助，帮助的内容涉及到操作的多个方 面，具有在线使用说明书的功能，该帮助功能山初始化帮助、参数设置说明、协议功能 3 3 华北电力大学硕上学位论文 说明、其它帮助信息等多个模块组成，如图4 - 6 所示 图拍系统帮助模块结构图 4 3 系统功能模块的设计 4 3 1 系统设置与维护模块 系统设置与维护主要包括数据库管理与维护模块、系统安全设置模块、测试终端基 本信息模块、系统数据文件备份模块。完成权限管理、终端信息管理、系统运行状况监 测和系统文件备份等功能。该模块对使用本系统的用户进行分级管理，可进行包括操作 系统、数据库管理、测试程序等部分的用户设置与权限分配。用户权限管理时可通过超 级管理员的权限添加新用户，系统对户申请信息进行检测，有效申请存放在用户表中。 申请的有效性检查包括两方面的检查：账号名的唯一性，用户身份的唯一性。登录系统 的所有操作员都要经过授权，登陆时系统进行身份和权限认证，据此分配系统功能的使 用，如信息录入全权限，协议测试权限，系统备份权限等。 对新的终端进行协议测试之前必须先输入该终端的功能、型号、生产厂家及测试要 求等基本信息，这一功能由测试终端基本信息模块完成，输入的基本信息和测试要求被 存入数据库，作为下一步测试的系统依据。 系统根据不同的要求对各类数据进行分类存储，实现数据文件的备份功能，既可以 进行系统定期的自动备份功能也可进行不定时的手工备份功能1 2 5 】。 4 3 2 协议测试模块设计 协议测试模块包括终端参数设置、设置和查询功能测试、终端控制功能测试三方面 的功能。 ( 一)终端初始参数设置功能 在进行整体或单项测试之前必须对终端的参数进行满足测试要求的相应设置，这些 设置按协议的功能可分为以下几类。 ( 1 ) 数据采集设置 终端具有数据采集功能，测试这些协议功能之前需要进行丌关辅助触点、内接点的 3 4 华北电力大学硕士学位论文 状态量采集设置。采集多功能电能表时需设置采集数据种类设置，包括有无功电能示 值、有无功最大需量及发生时间、功率、电压、电流及电能表状态信息还需要对脉 冲常数、变比参数、模拟电压电流参数、温度压力等变换参数 ( 2 ) 数据处理参数设置 需通过设置选择关注的实时数据当前数据( 共2 5 种) 、历史r 数据( 共4 5 种) 、历 史月数据( 共2 1 种) 。 ( 3 ) 终端参数设置与查询参数设置 终端参数设置包括电表地址设置、终端地址设置、终端通信设置、终端所属线路号、 脉冲参数设置、电表通信规约设置、接线方式设置、费率数、密码设置等。查询参数设 置包括总加组配置参数、测量点号、总加运算符、电压电流模拟量配置、端口号、电压 及电流的属性等。 ( 4 ) 控制功能参数设置 控制功能参数设置需要设置的参数包括轮次参数、功率控制参数、电能量控制参数、 购电控制参数、电压越限参数、电流越限参数、功率越限参数、谐波越限参数、直流模 拟量越限参数、保电剔除、无功补偿参数等。 ( 5 ) 记录功能参数设鹭 设置事件的事件记录方式，包括重要事件记录方式和一般事件记录方式。， ( 6 ) 数据传输功能参数设置 设置终端( 上行) 与主站的通信协议及接口参数，设置中继转发的参数、设置与电 能表的通信协议及接口参数。 ( 7 ) 本地功能参数设置 设置终端在本地使用时的一些参数，包括显示相关的参数设置和终端本地客户数据 接口设置【2 6 1 。 ( 二)数据采集功能测试 此项测试完成数据采集功能测试和数据处理功能测试两个方面的测试。 ( 1 ) 数据采集功能测试 数据采集功能测试包括：状态量数据采集、电能表数数据采集、脉冲数据采集、电 压电流模拟量数据采集和直流模拟量数据采集。 ( 2 ) 数据处理功能测试 数据处理功能测试包括：实时和当前数据处理、历史数据处理、历史月数据处理、 电能表运行状态监测和电能质量监测。 ( 三)设置和查询功能测试 ( 1 ) 时钟召测和对时：终端应能接受主站的时钟召测和对时命令，对时误差应不超 过5 s 。终端时钟8 h 内走时误差应小于1 s ，即8 h 内显示误差不得大于2 s 。电源失电后， 时钟应能保持讵常工作。 3 s 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) t a 变比、t v 变比和电能表常数：终端可由主站后现场手持设备设置和查询t v 变比k t v 、t a 变比k t a ，以及电能表脉冲常数k p ( i m p k w h ，i m p k v a r h ) ( 3 ) 限值参数，终端可由主站设备和查询电压、电流越限值、功率因数分段限值、 谐波越限值及直流模拟量限值。 ( 4 ) 功率控制参数，终端可由主站设置和查询功控各时段和相应控制定值、定值浮 动系数等时段控参数，以及厂休控。营业报停控和当前功率下浮参数，控制轮次及告警 事件等。时段设置分辨率为0 5 h ，功率单位为k w 或m w ，显示有效位不少于3 位，并 可有1 0 3 1 0 2 的倍率。改变定值时应有音响( 或语音) 信号。 ( 5 ) 电能量控制参数，终端可由主站设置和查询点能量定值、定值浮动系数等月电 能量控参数，以及购电控和催费告警参数、控制轮次等。电能量单位为k w h m w h ，显 示有效位应不少于6 位。改变参数时应有音响( 或语音) 信号。 ( 6 ) 终端参数，可由主站设置和查询电能量定值、定值浮动系数等月电能量控参数， 以及购电控和催费告警参数、控制轮次等。电能量单位为k w h m w h ，显示有效位应 不少于6 位。改变参数时应有音响( 或语音) 信号【2 7 1 。 ( 7 ) 抄表参数，终端可由主站或现场手持设备设置和查询抄表同、抄表时间、抄表 问隔等抄表参数。 ( 8 ) 其他参数，终端可由主站设备和查询电能量费率时段和费率、数据冻结参数， 以及设置定时发送数据任务。 ( 四)终端控制功能测试 协议测试功能的主要任务是验证终端对协议功能的实现情况，协议中涉及到终端功 能测试的有多个p d u ，相关的终端功能包括以下各项。 ( 1 ) 功率控制一时段控，在时段控投入以后，如果当前时间在投入的时段范围内， 终端比较当l j 功率与对应时段的功率定值，若当前功率大于功率定值( 含浮动部分) ， 则终端开始告警，投入的第一个轮次告警时间开始倒计时，在告警时间结束时，此轮开 关跳闸。如当前功率还大于功率定值，依次对后面的轮次告警时间倒计时、跳闸。如告 警时问没有设置或小于3 m i n ，终端默认为3 m i n 。满足以下任一条件，终端允许合闸， 及功控解除、保电投入、出控制时段或时段过零时。 ( 2 ) 功率控n - 厂休控，在厂休控投入时，如果当前闩期是厂休只，到了厂休控限 电开始时间，终端自动比较当前功率与厂休同定值的大小，如果当前功率大于厂休只定 值，则丌始告警倒计时，并在告警时间结束时跳闸。满足以下任一条件终端允许合闸， 即厂休控解除、保电投入、出厂休控时段或时段过零时。 ( 3 ) 功率控制一营业报停控，营业报停控投入时终端根据营业报停起、止时间， 当监测的实时功率超过设置值时，按预先投入的轮次顺序及延时自动跳闸。满足以下任 一条件，终端允许合闸，及营业报停控解除、保电投入、营业报停时间结束。 ( 4 ) 功率控制一当前功率下浮控，当下浮控投入时，终端将现有的功率按功率下浮 3 6 华北电力大学硕士学位论文 控下浮系数计算功率定值( 功率定值= 当前功率当前功率下浮系数) 比较功率定值与 保安定值，如功率定值小于保安定值，以保安定值作为控制定值，在当前功率大于下浮 控功率定值时。开始告警，投入的第一个轮次告警时间开始倒计时，在告警时间结束时， 此轮开关跳闸如当前功率还大于功率定值，依次对后面的轮次告警时间倒计时、跳闸。 满足一下任一条件，终端允许合闸，即下浮控解除、保电投入、控制时段结束。 【5 ) 电量控制一月电控，在月电控投入后，当用户的月用电量达到月电量定值的 8 0 ，终端自动进行声光报警，报警每日2 次( 1 0 时、1 5 时) 当月用电量超过月电量 定值时，终端将按已投入的轮次顺序及延迟时间( 1 m i n ) 自动跳闸，限值用户再用电。 满足以下任一条件，终端允许合闸，即月电控解除、保电投入或时钟过月首日零时。 ( 6 ) 电量控制一够电控，在购电控投入时，终端监测剩余电量，如果小于设定的告 警门限值，进行语音报警，在每个整点语音报警3 次；当小于设定的跳闸门限值时，终 端将按已投入的轮次顺序及延迟时间( 1 m i n ) 自动跳闸。满足以下任一条件，终端允许 合闸即购电控解除、当前剩余购电量大于跳闸电量( 如用户再次购电) ，进入保电状 态。 ( 7 ) 电量控制一催费告警，在催费告警投入时，终端自动执行催费告警功能0 终端 在告警时间内发出音响( 或语音) 告警通知客户。当客户重新交费后，主站向终端下发 催费告警解除命令，终止催费告警信号。 ： ( 8 ) 保电、剔除功能，终端接收保电投入命令后，进入保电状态，自动解除原有控 制状态，并且不再执行任何跳闸命令，但终端控制逻辑照样执行。终端接收宝典解除命 令后，恢复到正常受控状态。终端在某一时问内未收到主站的召测命令时，终端会自动 进入保电状态，该时间为终端无通信自动保电时问，该时问主站可以设置。终端接收剔 除投入命令后，不再执行除对时命令外的任何分组及广播命令。终端接收剔除解除命令 后，恢复到j 下常状态。 ( 9 ) 遥控功能终端接收到主站的允许合闸控制命令后，应有音响( 或语音) 告警 通知客户，允许客户合闸。终端接收到主站的允许禁止通话和允许禁止主动上报命令， 控制终端的通话和主动上报。 ( 1 0 ) 无功就地平衡控制，主站根据监控点的电压等级向终端下发电压和功率因数的 限值、延迟时日j 、时i b j i 日j 隔。终端采集监控点的电压、电流、计算电压、功率因数、无 功功率无功电流。当功率因数、无功功率或无功电流超设定范围，通过运算和逻辑判 断来确定点容器组的投切，并动作相应控制输出，控制电容器组的投切，将功率因数控 制在设定范围，实现无功就地平衡。电压超过限值时，闭锁控制输出。终端工作异常， 应闭锁控制输出并报警。 4 3 3 信息查询模块设计 信息查询与修改操作是本测试系统必不可少的基本操作，信息查询模块则是系 3 7 华北电力人学硕上学位论文 统一个重要的功能模块。信息查询模块及实现了信息查询功能，也提供部分信息修 改处理功能，工作顺序是先提供查询条件，然后在数据表中查询符合条件的记录， 再以只读方式显示出查询结果。如果只进行查询操作，则不允许对查询结果进行修 改；如果要在所显示的查询结果中修改数据，则需要核对操作员的权限进行验证， 然后将显示结果变为改写方式，操作人员可对信息进行修改，修改后写回数据库。 信息查询模块包含测试终端信息查询、数据库表信息查询、测试结果信息统计 查询等功能。 4 3 4 帮助模块设计 帮助模块由初始化帮助、参数设置说明、协议功能说明、其它帮助信息等功能 模块组成。用户通过浏览查看可以了解到系统各功能模块的一些使用方法、常见问 题解答等内容。了解与掌握自己所用