一种变电站测控设备的自动测试系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种变电站测控设备的自动测试系统和方法，系统包括测试后台服务器、交换机、网络测试仪、智能测试仪、三相标准表、可控电源和GPS时钟模块；所述网络测试仪、智能测试仪、三相标准表和可控电源分别通过交换机与测试后台服务器之间进行数据交换，所述测试后台服务器通过网络协议与所述测控设备进行通信，控制可控电源为测控设备供电，同时通过GPS时钟模块实现测试后台服务器与测控设备的时间同步。本发明提供的变电站测控设备的自动测试系统和方法，能够实现测试任务的自动生成、检测步骤的自动执行和检测报告的自动生成，减少人工因素干扰，排除测试随机性，提高测试效率和测试的可靠性，实现测试可重复性，保证测试工作的可追溯性，保障测试结果的可靠性和一致性。
【专利说明】一种变电站测控设备的自动测试系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动化设备测试【技术领域】，具体涉及一种变电站测控设备的自动测试系统和方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着智能电网调度自动化和智能变电站建设的开展，国内外很多科研单位和高校纷纷开展相关的智能变电站试验、测试技术研究工作，但是电网调度主站自动化系统的测试较少。国内外一些测试仪器厂家已着手开发智能变电站继电保护等二次设备测试仪。0MICR0N公司开发的电力系统测试装置，其V2.22以上的版本中提供了对IEC61850的支持。国内中元华电、博电、广富晖等保护测试仪厂家也开展了智能变电站保护测试仪研发，但是目前国内外都没有建成能对调度自动化和变电站自动化系统进行全方位检测的综合检验平台，针对变电站测控设备自动测试技术的研究也还没有完整的展开，也找不到关于此技术方面完整的论文。
[0003]随着电力自动化技术的发展，每年都会有很多变电站自动化系统新产品投入使用和升级换代，需要有变电站自动化系统及各项应用功能的测试工具，但是目前市场上尚无对变电站测控设备的自动化测试工具，特别是一直缺少对变电站测控设备的自动检测手段，所有测试基本还停留在人工测试阶段，自动化程度不高，测试方法和测试仪器也相对落后，测试的标准化、测试的闭环性、检测报告的标准化、测试过程的透明化、测试的可扩展性等方面都存在很大的欠缺。针对变电站测控设备测试的新特性，研究智能变电站测控设备自动测试的新方法，能够实现测试任务的自动生成、检测步骤的自动执行和检测报告的自动生成，减少人工因素干扰，排除测试随机性，提高测试效率和测试的可靠性，实现测试可重复性，保证测试工作的可追溯性，保障测试结果的可靠性和一致性。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种变电站测控设备的自动测试系统和方法，能够实现测试任务的自动生成、检测步骤的自动执行和检测报告的自动生成，减少人工因素干扰，排除测试随机性，提高测试效率和测试的可靠性，实现测试可重复性，保证测试工作的可追溯性，保障测试结果的可靠性和一致性。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0006]本发明提供一种变电站测控设备的自动测试系统，所述系统包括测试后台服务器、交换机、网络测试仪、智能测试仪、三相标准表、可控电源和GPS时钟模块；所述网络测试仪、智能测试仪、三相标准表和可控电源分别通过交换机与测试后台服务器之间进行数据交换，所述测试后台服务器通过网络协议与所述测控设备进行通信，控制可控电源为测控设备供电，同时通过GPS时钟模块实现测试后台服务器与测控设备的时间同步。
[0007]所述测试后台服务器通过IEC60870-5104通信协议或IEC61850通信标准与所述测控设备进行通信。[0008]所述测试后台服务器控制可控电源输出交流176V?253V电压，从而为测控设备供电。
[0009]所述测试后台服务器控制所述智能测试仪，从而控制测试进程，并通过读取三相标准表的数据及测控设备的数据，进行数据处理分析，最终形成测试报告。
[0010]所述系统通过GPS时钟模块接收GPS时间同步信号，以保证测试后台服务器、智能测试仪及测控设备的时间同步。
[0011]本发明同时还提供一种变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0012]步骤1:所述测试后台服务器采集所述测控设备的内部数据信息；
[0013]步骤2:所述测试后台服务器与测控设备和可控电源进行通信；
[0014]步骤3:对测控设备进行自动测试，并控制测控设备的测试进程；
[0015]步骤4:读取所述三相标准表数据，将其与采集的测控设备数据进行比较，并进行数据处理分析，记录测试结果；
[0016]步骤5:所述测试后台服务器自动分析测试结果，生成测试报告。
[0017]所述步骤2中，测试后台服务器控制可控电源分别输出176V、220V、253V的电压，并分别记录测控设备在以上三个电压等级时的遥测值、遥信及遥控，通过与读取的智能测试仪及三相标准表数据进行分析计算，从而确定测控设备的供电电源在176V?253V时，其功能和性能的正确性。
[0018]所述步骤3中，对测控设备进行自动测试的测试内容包括测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试、测控设备模拟量测试、测控设备数字量测试、测控设备时间同步及响应时间测试、测控设备电源影响测试和测控设备稳定运行定时自动测试。
[0019]测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试中，测控设备满足IEC60870-5104通信协议或IEC61850通信标准，通过所述自动测试系统模拟产生开关量和交流遥测量，完成测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试，并通过测试后台服务器实现规约一致性测试;
[0020]测控设备模拟量测试包括基本遥测测试和交流遥测影响量测试，交流遥测影响量测试包括频率变化影响测试、三相电流不平衡情况下三相有功/无功功率测试、加谐波分量电压/电流/有功/无功测试、三相电压/电流超量限测试、线路间影响测试、功率因数变化影响测试、自热影响测试、连续过输入后测试、短期过输入后测试和故障电流测试；
[0021]测控设备数字量测试包括遥信变位正确性测试、事件顺序记录站内分辨率测试、遥信雪崩处理能力测试和事件顺序记录防抖功能测试；
[0022]测控设备时间同步及响应时间测试的测试内容包括测控设备对时功能测试、遥信数据响应时间测试和遥测数据响应时间测试；
[0023]测控设备电源影响测试中，可控电源为测控设备提供电源，输出直流253V、交流253V以下电压，通过测试后台服务器控制可控电源的输出即可完成测控设备电源影响测试；
[0024]测控设备稳定运行定时自动测试中，通过在测试后台服务器设置智能测试仪定时输出，实现测控设备72小时连续稳定通电试验的定时测试。
[0025]所述步骤4中，测试后台服务器通过控制智能测试仪和可控电源从而控制测试进程，读取三相标准表数据和测控设备上送数据并进行数据处理分析，测控设备测试模拟量的误差需满足《GB/T13729远动终端设备》检测标准；在对测控设备进行测试时的误差为智能测试仪输出值和测控设备数据之间的误差。
[0026]所述步骤5中，测试后台服务器首先根据设定的检测报告模板和选定的测试项目生成报告模板，随后根据测试内容和计算结果将测试结果对应填入报告模板中；在此过程中，测试后台服务器根据不同的用户设定不同的优先级，达到控制检测报告真实性的要求，并增加检测报告的灵活性。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0028]能够根据各测试任务要求实现测试任务的自动生成、检测步骤的自动执行和检测报告的自动生成，减少人工因素干扰，排除测试随机性，提高测试效率和测试的可靠性，实现测试可重复性，保证测试工作的可追溯性，保障测试结果的可靠性和一致性。
[0029]另外，通过自动测试平台建设，可形成一套对测控设备性能进行评价的方式、方法和具体的指标体系，建立有效的检测和评估标准体系，有效评价智能变电站的整体性能，促进测控设备检测的规范性，进而推动智能变电站建设的有序、有效和实用化，创造重大经济效益和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是变电站测控设备的自动测试系统示意图；
[0031]图2是变电站测控设备的自动测试方法中检测报告自动生成流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033]图1为基于以太网通信的变电站测控设备自动测试系统示意图，以太网通信具有网络速度快、带宽较宽、网络结构简单、网络设备标准统一，与测试后台计算机接口方便的特点，从而使网络上的节点之间的实时访问成为现实。自动测试系统中的各个设备通过以太网连接，通讯规约使用标准的IEC60870-5104和IEC61850规约，通过不同装置的IP地址进行分辨。自动测试系统通过GPS卫星时钟实现自动检测系统的时间同步，可以实现系统内测试仪器和被测设备在统一 GPS时间基准下的运行监控，提高了时间顺序记录的时间准确性，提高了交流采集量的数据可靠性，提高了测试的准确度。
[0034]测试后台服务器作为本自动测试系统的核心组件，使用一台计算机完成以下几部分功能:
[0035]依据检测要求确定变电站测控设备所要测试的内容；
[0036]控制智能测试仪和可控电源从而控制测试进程；
[0037]读取三相高精度表数据和被测设备上送数据并进行数据处理分析；
[0038]依据测试内容和测试数据生成检测报告；
[0039]变电站测控设备自动测试实验平台测试内容:
[0040]1.变电站测控设备和调度自动化主站之间通信规约的测试
[0041]智能变电站测控设备自动测试实验平台设备之间的通信使用符合IEC60870-5104或IEC61850标准的通信规约。被测设备在接入测试系统时首先必须自身满足IEC60870-5104或IEC61850标准，另外通过自动测试系统模拟产生各种开关量、交流遥测量等数据，即可以完成智能变电站测控设备基于IEC60870-5104或IEC61850标准的通信规约的测试，亦可以使用测试后台规约通信规约测试软件实现规约一致性测试。
[0042]2.变电站测控设备模拟量测试
[0043]变电站测控设备作为智能变电站综合自动化系统中数据的采集和命令执行单元，其一个重要的任务是完成变电站模拟遥测数据的采集、处理及上送任务，并通过采样的模拟遥测数据进而判断变电站的运行情况，为调度主站全面分析变电站运行安全和电网运行安全提供全面的数据支持，在针对变电站测控设备的检测过程中，变电站测控设备模拟遥测数据的采集、处理及上送功能也是检测中的重要内容，模拟遥测数据检测主要分为两部分进行:
[0044]第一部分是遥测基本测试，主要包括:
[0045]1.交流遥测三相电压、电流(O?100%量程)；
[0046]2.交流遥测功率因数为I时的有功功率和功率因数为O时的无功功率(O?100%
量程)；
[0047]3.交流遥测功率因数为0.5L、0.5C时的有功功率；
[0048]4.交流遥测功率因数为0.866L、0.866C时的无功功率；
[0049]5.直流遥测模拟量输入A/D误差测试。
[0050]第二部分是交流遥测影响量测试，主要包括:
[0051]1.频率变化影响测试:45HZ、50HZ、55HZ三相电压、电流，功率因数为I时的有功功率和功率因数为O时的无功功率(测量O?100%量程)测试；
[0052]2.三相电流不平衡情况下三相有功、无功功率测试；
[0053]3.加谐波分量电压、电流、有功、无功测试；
[0054]4.三相电压、电流超量限(120% )测试；
[0055]5.线路间影响测试:(Ua=Ub=额定值，Uc=OV ;Ia=Ib=OA, Ic=额定值)；
[0056]6.功率因数变化影响测试:有功功率(相角为0°、70°、290° )测试，无功功率(相角为90°、20。、160。)测试
[0057]7.自热影响测试:
[0058]a)被测设备开机I?3min三相电压、电流，功率因数为I时的有功功率和功率因数为O时的无功功率(测量O?100%量程)；
[0059]b)被测设备开机30?35min三相电压、电流，功率因数为I时的有功功率和功率X因数为O时的无功功率(O?100%量程)；
[0060]8.连续过输入后测试:连续输入三相电压、电流120%额定值两小时后测试三相电压、屯流，功率因数为I时的有功功率和功率因数为O时的无功功率(O?100%量程)；
[0061]9.短期过输入后测试:20倍A/s CT额定电流，间隔5分钟，共五次；2倍V/s PT额定电流，间隔5分钟，共五次；
[0062]10.故障电流测试:电流输出(2.5In、10In、20In可选择)测试。
[0063]3.变电站测控设备数字量测试
[0064]变电站测控设备作为智能变电站综合自动化系统中数据的采集和命令执行单元，其另外一个重要的任务是完成变电站相关开关量输入信号采集、事件记录，对断路器、隔离开关等进行控制等功能，即日常术语中的遥信、SOE的采集和对断路器、隔离开关等一次设备及二次设备软压板等的遥控功能及对变压器分接头等的遥调功能。通过遥信、SOE的采集为分析故障的情况及断路器等设备动作的先后顺序提供了有力的证据，为电网安全稳定监视和控制系统创造了良好的技术条件；通过对断路器、隔离开关等一次设备及二次设备软压板等的遥控功能及对变压器分接头等的遥调功能为实现无人值守变电站提供了可能。在针对变电站测控设备的检测过程中，变电站测控设备遥信、S0E(事件顺序记录)、遥控功能也是检测中的重要内容，数字量检测主要有以下几部分:1.遥信变位正确性测试；2.SOE站内分辨率测试；3.遥信雪崩处理能力测试；4.SOE防抖功能测试。
[0065]4.变电站测控IED设备时间同步及响应时间测试
[0066]随着变电站自动化水平的提高，在综自变电站中计算机监控系统、微机保护装置、微机故障录波装置以及各类数据管理机得到了广泛的应用，而这些自动装置的配合工作需要有一个精确统一的时间。当电力系统发生故障时，即可实现全站各系统在同一时间基准下的运行监控和事故后故障分析，也可通过各保护动作、开关分合的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。随着电网的日趋复杂和电网的扩大，提供标准时间的时钟基准成为变电站乃至整个电力系统的迫切需要，时钟的统一是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施，是综自变电站自动化系统的最基本要求之一。所以变电站测控设备对时功能和遥测、遥信响应时间也是需要重点检测的项目之一。
[0067]近年来几乎所有变电站测控设备时间同步主要是基于GPS时钟卫星同步系统来实现，因此本自动测试系统主要考虑GPS对时方式。主要测试内容有:1.变电站测控设备对时功能测试；2.遥信数据响应时间测试；3.遥测数据响应时间测试。
[0068]5.变电站测控设备电源影响测试
[0069]依据《GB/T13729远动终端设备》检测标准，变电站测控设备在额定供电电源-20%?15%之间变化时，变电站测控设备应该能够正常工作。在自动测试实验平台上，智能可控电源为被测变电站测控设备提供电源，它可以根据不同的要求输出直流264V、交流264V以下电压，通过测试后台控制可控电源的输出即可完成变电站测控设备电源影响测试。
[0070]6.变电站测控设备稳定运行定时自动测试
[0071]依据《GB/T13729远动终端设备》检测标准，变电站测控设备在出厂前进行不少于72小时连续稳定的通电试验，考核其稳定性。通过在测试后台进行设置，可以设置智能测试仪定时输出，从而实现72小时连续稳定通电试验的定时测试。
[0072]3)变电站测控设备自动测试实验平台数据处理分析功能
[0073]测试后台不仅需要能够控制智能测试仪和可控电源从而控制测试进程，亦需要读取三相高精度表数据和被测设备上送数据并进行数据处理分析，变电站测控设备测试的一个重要指标即为模拟量的误差需要满足《GB/T13729远动终端设备》检测标准。在测量工作中，大量实践表明，当用测量仪器对某一未知量进行多次观测时，各观测值之间总存在着差异，这就是测量误差。产生测量误差的原因主要有:仪器误差、观测误差和外界环境。测量误差按其产生的原因和对观测结果的影响性质的不同，可以分为系统误差、偶然误差和粗差三类。在对变电站测控设备进行测试时主要误差有两种:1.智能测试仪输出值和变电站测控设备采样数据之间的误差；2.模拟遥测交流遥测部分影响量测试时的结果与基本测量结果之间的变差。测试后台需根据不同的测试项目分别计算出不同的误差并输出。
[0074]4)变电站测控设备自动测试实验平台自动生成检测报告功能
[0075]测试后台最后需完成的一个功能是依据测试内容和测试数据及计算结果自动生成检测报告，从而完成全部的测试。本功能测试后台首先需能够根据设定的检测报告模板和选定的测试项目生成一个具体的报告模板，随后测试后台需能够根据测试内容和计算结果将测试结果对应填入报告模板中。在此过程中，可根据不同的用户设定不同的优先级，从而不仅达到控制检测报告真实性的要求，亦可增加检测报告的灵活性。
[0076]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种变电站测控设备的自动测试系统，其特征在于:所述系统包括测试后台服务器、交换机、网络测试仪、智能测试仪、三相标准表、可控电源和GPS时钟模块；所述网络测试仪、智能测试仪、三相标准表和可控电源分别通过交换机与测试后台服务器之间进行数据交换，所述测试后台服务器通过网络协议与所述测控设备进行通信，控制可控电源为测控设备供电，同时通过GPS时钟模块实现测试后台服务器与测控设备的时间同步。
2.根据权利要求1所述的变电站测控设备的自动测试系统，其特征在于:所述测试后台服务器通过IEC60870-5104通信协议或IEC61850通信标准与所述测控设备进行通信。
3.根据权利要求1所述的变电站测控设备的自动测试系统，其特征在于:所述测试后台服务器控制可控电源输出交流176V~253V电压，从而为测控设备供电。
4.根据权利要求1所述的变电站测控设备的自动测试系统，其特征在于:所述测试后台服务器控制所述智能测试仪，从而控制测试进程，并通过读取三相标准表的数据及测控设备的数据，进行数据处理分析，最终形成测试报告。
5.根据权利要求1所述的变电站测控设备的自动测试系统，其特征在于:所述系统通过GPS时钟模块接收GPS时间同步信号，以保证测试后台服务器、智能测试仪及测控设备的时间同步。
6.一种变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:所述测试后台服务器采集所述测控设备的内部数据信息； 步骤2:所述测试后台服务器与测控设备和可控电源进行通信； 步骤3:对测控设备进行自动测试，并控制测控设备的测试进程； 步骤4:读取所述三相标准表数据，将其与采集的测控设备数据进行比较，并进行数据处理分析，记录测试结果； 步骤5:所述测试后台服务器自动分析测试结果，生成测试报告。
7.根据权利要求6所述的变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述步骤2中，测试后台服务器控制可控电源分别输出176V、220V、253V的电压，并分别记录测控设备在以上三个电压等级时的遥测值、遥信及遥控，通过与读取的智能测试仪及三相标准表数据进行分析计算，从而确定测控设备的供电电源在176V~253V时，其功能和性能的正确性。
8.根据权利要求6所述的变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述步骤3中，对测控设备进行自动测试的测试内容包括测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试、测控设备模拟量测试、测控设备数字量测试、测控设备时间同步及响应时间测试、测控设备电源影响测试和测控设备稳定运行定时自动测试。
9.根据权利要求8所述的变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试中，测控设备满足IEC60870-5104通信协议或IEC61850通信标准，通过所述自动测试系统模拟产生开关量和交流遥测量，完成测控设备和调度自动化主站之间通信规约测试，并通过测试后台服务器实现规约一致性测试； 测控设备模拟量测试包括基本遥测测试和交流遥测影响量测试，交流遥测影响量测试包括频率变化影响测试、三相电流不平衡情况下三相有功/无功功率测试、加谐波分量电压/电流/有功/无功测试、三相电压/电流超量限测试、线路间影响测试、功率因数变化影响测试、自热影响测试、连续过输入后测试、短期过输入后测试和故障电流测试；测控设备数字量测试包括遥信变位正确性测试、事件顺序记录站内分辨率测试、遥信雪崩处理能力测试和事件顺序记录防抖功能测试； 测控设备时间同步及响应时间测试的测试内容包括测控设备对时功能测试、遥信数据响应时间测试和遥测数据响应时间测试； 测控设备电源影响测试中，可控电源为测控设备提供电源，输出直流253V、交流253V以下电压，通过测试后台服务器控制可控电源的输出即可完成测控设备电源影响测试；测控设备稳定运行定时自动测试中，通过在测试后台服务器设置智能测试仪定时输出，实现测控设备72小时连续稳定通电试验的定时测试。
10.根据权利要求6所述的变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述步骤4中，测试后台服务器通过控制智能测试仪和可控电源从而控制测试进程，读取三相标准表数据和测控设备上送数据并进行数据处理分析，测控设备测试模拟量的误差需满足《GB/T13729远动终端设备》检测标准；在对测控设备进行测试时的误差为智能测试仪输出值和测控设备数据之间的误差。
11.根据权利要求6所述的变电站测控设备的自动测试方法，其特征在于:所述步骤5中，测试后台服务器首先根据设定的检测报告模板和选定的测试项目生成报告模板，随后根据测试内容和计算结果将测试结果对应填入报告模板中；在此过程中，测试后台服务器根据不同的用户设定不同的优先级，达到控制检测报告真实性的要求，并增加检测报告的灵活性 。
【文档编号】G05B23/02GK103885438SQ201410104304
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】李劲松, 杨威, 许智, 张金虎, 陈心灿, 杨文平, 刘筱萍 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院