基于WLAN及采样时域控制的回放测试方法与流程

本申请涉及电力系统变电站测试领域，特别涉及一种基于wlan及采样时域控制的回放测试方法。

背景技术：

采样数据记录是变电站原始信息记录及故障动作行为分析的重要依据。电力系统或相关设备运行异常时，在故障不易复现或信息无法分析事故原因的情况下，依靠采样录波装置记录的原始采样，虚拟测试数据并注入实际系统，通过故障过程中的真实数据与实际运行系统对事故过程回放重演，是一种有效的故障排查及事故原因分析方法，回放测试技术提高了变电站故障排查和问题解决的效率，保障了电力系统的运行稳定性。

国内外对系统级的变电站采样回放测试技术研究并不广泛。目前，回放测试技术主要通过常规继电保护测试仪完成，一台测试仪仅适合对单个间隔二次设备的运行状况进行检测；跨间隔的采样回放需要依靠外部gps或同步光纤等独立对时信号实现，测试间隔的扩展难度较大；多个继电保护测试仪之间没有信息交互，回放数据需要分别独立导入，测试操作繁琐，实施系统级测试时需要多名测试人员相互配合，对人力成本的消耗较大；特别的，随着智能电网发展进入工程实施阶段，电子式互感器、数字化采集单元、合并单元等数字化设备在智能变电站内得到大规模应用，传统模拟量与光纤数字量的混合采样源同步输出也成为了系统级回放测试技术中的新问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于wlan及采样时域控制的回放测试方法，已解决现有技术的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种基于wlan及采样时域控制的回放测试方法，其具体步骤如下：

(1)、数据导入：将原始的采样数据文件导入主控单元；

(2)、数据预处理：主控单元对原始的采样数据文件进行数据间隔化预处理；

(3)、数据传输：主控单元采用基于wlan的p2mp无线通信方式依次与各回放单元分别交互数据；

(4)、同步对时：主控单元与回放单元间采用基于wlan的无线方式对时；

(5)、测试：各回放单元按照对应的间隔采样类型将待测试数据发送至采样装置，同步开始输出测试数据。

优选的，在上述的基于wlan及采样时域控制的回放测试方法中，步骤(1)中，所述主控单元对导入的所述原始的采样数据进行检查、读取、解析并计算各采样通道的原始采样值。

优选的，在上述的基于wlan及采样时域控制的回放测试方法中，步骤(2)中，所述主控单元根据延迟差对采样值回放数据进行插值处理，并获取新的采样值序列。

优选的，在上述的基于wlan及采样时域控制的回放测试方法中，步骤(3)中，所述主控单元与所述回放单元之间设有安全措施，所述安全措施包括禁止ssid广播、mac地址过滤及wep加密。

优选的，在上述的基于wlan及采样时域控制的回放测试方法中，所述的基于wlan及采样时域控制的回放测试方法采用支持多任务的嵌入式操作系统。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该基于wlan及采样时域控制的回放测试方法采用了按间隔分布式回放的方式，通过无线传输技术实现回放间隔之间的数据交互与时间同步，在统一时域下确定各组采样回放数据的相对时序关系，通过独立的主控单元实现多个测试间隔的回放控制，使变电站系统级的回放测试的过程更简易，提高了系统级回放测试技术的实用性，具备良好的工程实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中基于wlan及采样时域控制的回放测试方法框架图。

图2所示为本发明具体实施例中多任务的嵌入式操作系统运行框架图。

图3所示为本发明具体实施例中数据导入和数据预处理的框架图。

图4所示为本发明具体实施例中同步对时的框架图。

具体实施方式

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例

结合图1所示，一种基于wlan及采样时域控制的回放测试方法，所利用的测试系统由一个主控单元与若干回放单元组成，主控单元导入原始的采样数据文件，通过独立的wlan链路将测试数据发送至各回放单元，同时与各回放单元同步对时；各回放单元按照对应的间隔采样类型(模拟量或数字量)将测试数据通过采样回路发送至采样装置，同步开始系统级的回放测试工作，具体包括如下步骤：

(1)、数据导入：将原始的采样数据文件导入主控单元；

原始的采样数据文件导入采用comteade电力系统瞬态数据通用文件，包括ascii格式的cfg配置文件及ascii/二进制格式的dat数据文件，数据导入过程见图3。

cfg文件按行逐条解析，每次读入0x0d及0x0a字节后换行重新操作，0x2c字节作为数据分隔符确定数据边界，按照采样通道数逐行解析对应的通道参数，最后获取录波文件的采样频率及采样点数。

dat文件需根据文件类型分别解析，对于ascii格式，首先判断0x0d及0x0a换行符，确定文件中每行首字节的地址偏移量，然后按照“通道序号”、“通道时间”及“通道采样数据的”的固定格式获取每点采样数据，最后将ascii表示的采样数据转换为int格式并存储在采样缓冲区；对于二进制格式，首先计算开关量数据组数，结合采样值通道数确定每点采样数据占用的存储空间大小，然后计算每点数据地址偏移并依次获取通道采样数据，最后转换为int格式并存储至采样缓冲区。

(2)、数据预处理：主控单元对原始的采样数据文件进行数据间隔化预处理；

为实现系统级的多间隔同步采样数据回放功能，保证测试输出数据与该间隔采样参数及时域参数的匹配性，需对原始采样缓冲进行数据间隔化预处理，预处理过程见图3。

不同采样间隔的回放通道顺序一般不同，实际操作时，原始读取的录波文件通道按原始顺序存储，由用户选择确定实际通道映射关系。录波数据的原始采样率由读入的录波文件确定，回放输出采样率由实际配置的间隔采样方式决定：对于模拟量输出，采样率与数模转换芯片的输出刷新率一致；对于数字量光串口，采样率由各电子式互感器的私有传输协议确定；对于数字量光以太网口，采样率按工程实施习惯固定为4khz。

传输延迟由用户配置及物理端口输出特性确定，选定第一个回放单元的最小延迟端口为基准输出端口，标记其额定延迟为0，其余间隔端口以该基准端口为参照，确定对应的通道额定延迟。根据延迟差对采样值回放数据进行插值处理，获取新的采样值序列，补偿由于实际系统内不同间隔或不同端口数据输出时间差导致的回放通道相位差，保证系统级回放测试的数据精确度。

(3)、数据传输：主控单元采用基于wlan的p2mp无线通信方式依次与各回放单元分别交互数据；

wlan数据传输采用支持ieee802.11x标准的无线局域网多点传输技术。可实现多个回放单元与同一主控单元的高速无线数据交互。考虑变电站现场测试条件不理想及分布式多点无线同步的需求，无线网络应具备稳定的长距离数据传输能力。

为确保数据交换的安全性，采用了禁止ssid广播、mac地址过滤、wep加密等信息安全措施。同时选择合适的通信频道，减小其它信号对数据传输的干扰。在现场环境比较恶劣时，还可使用多级中继技术确保数据传输的稳定性。

(4)、同步对时：主控单元与回放单元间采用基于wlan的无线方式对时；

为保证回放系统输出数据的精确性，必须使所有回放单元处于统一的时钟控制状态。通过wlan实现对时方式，依赖于多级对时报文所携带的时间戳信息，进行网络传输延迟和时钟偏差的修正计算，最终实现时钟的一致性收敛。

基于wlan的主从无线时间同步过程见图4，从设备首先对接收到的对时报文地址进行筛选，结合mac层硬件过滤及应用层软件过滤，获取有效的同步对时报文。

由于报文同步方式受报文传输稳定性影响很大，为获取良好的同步效果，直接在tcp/ip协议层次的最下两层对报文进行处理，同时需要对延迟样本数据筛选并均值化，通过固定时间窗的筛选后样本计算样本均值，同时用该样本均值对输入样本进行筛选过滤，反复迭代计算获取有效样本数据

利用处理后的延迟样本数据反复计算主设备与从设备的时钟延迟，对从设备时钟进行调节，判断两个时钟是否进入同步状态并对从设备时钟进行调整。

参见图2，主控单元与回放单元间采用基于wlan的无线对时方式，无需额外的同步时钟源或物理对时通道。为提高同步对时效果及测试过程的流畅性，步骤(4)与步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)及步骤(5)并行进行。采用支持多任务的嵌入式操作系统，通过对处理器的分时调用，虚拟多个任务模块的并发运行。任务模块1负责步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)及步骤(5)；任务模块2负责步骤(4)。模块2在后台循环进行，自动实现主控单元与各回放单元间的时钟同步，无需主动控制，不干扰模块1的执行过程，并通过消息机制与模块1传递同步对时结果，实现静默式的时钟同步过程。

(5)、测试：各回放单元按照对应的间隔采样类型将待测试数据发送至采样装置，同步开始输出测试数据；

变电站内的模拟量采样是时域连续、值域存在误差精度的数据序列，而数字量采样的值域不存在误差，由时域离散化误差决定其精度等级，两者在时域特性上存在本质区别。数字化采样包括电子式互感器采样及合并单元采样，电子式互感器采样由光串口输出，合并单元采样一般由光以太网口输出，两者的采样频率及输出额定延迟均不相同。因此，本测试方法需要融合物理端口、数字光串口以及数字光以太网口的时域传输特性，实现多个回放单元不同种类采样源数据的同步回放输出控制。

回放单元时钟与主控单元时钟同步后，通过同步时钟脉冲修正控制输出延迟的中断脉冲，实现回放输出时间的精确控制。中断脉冲的最小分辨率由板载晶振确定，通过同步脉冲调节，每个同步周期内的首个中断脉冲由同步脉冲上升沿发起，其余中断脉冲由中断脉冲计数器控制。

每个同步脉冲内包含n个中断脉冲，在有效的误差范围内，将中断脉冲对应的计数器分为若干档位，当接收到有效同步脉冲后，使用该档位值作为中断脉冲计数器的基准值，并从第一个中断脉冲开始，对计数器进行一个时钟单位的修正。最少情况下，所有中断计数器均无需修正；最大情况下，个中断计数器均需要修正。保证相邻中断脉冲的周期最大相差不超过两个时钟单位，中断脉冲计数器修正后，在每个中断脉冲的开始将发送计数器清零，并跟随晶振周期自增，当发送计数器增加到与实际发送时刻一致时，回放单元启动发送模块输出对应采样点的回放数据。在回放单元时钟与主控单元时钟同步的前提下，可保证各回放单元发送延迟时间的时域统一性。

步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)完成后，修正后的采样数据由主控单元传输至各回放单元，等待步骤(4)结束且各回放单元时域统一后，进入步骤(5)，各回放单元按照待发送采样间隔类型对数据进行应用层组帧，补偿传输固有延迟，等待发送延迟计数器到达后输出测试数据。

综上所述，该基于wlan及采样时域控制的回放测试方法采用了按间隔分布式回放的方式，通过无线传输技术实现回放间隔之间的数据交互与时间同步，在统一时域下确定各组采样回放数据的相对时序关系，通过独立的主控单元实现多个测试间隔的回放控制，使变电站系统级的回放测试的过程更简易，提高了系统级回放测试技术的实用性，具备良好的工程实用价值。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。