栗大維， 宣科， 王立靖

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱　150000)

0　引　言

主動(dòng)配電網(wǎng)是通過(guò)利用先進(jìn)的信息、通信、電力電子以及自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)雙向潮流靈活控制的配電網(wǎng)絡(luò)。全方位的信息集成是主動(dòng)配電網(wǎng)中管控功能的基礎(chǔ)而標(biāo)準(zhǔn)化是信息交互的核心訴求。近年來(lái)，電網(wǎng)信息集成領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得到了廣泛的研究與應(yīng)用，其中IEC61968標(biāo)準(zhǔn)和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)最具代表性。IEC61968標(biāo)準(zhǔn)為主動(dòng)配電網(wǎng)中配電管理系統(tǒng)的各類(lèi)應(yīng)用提供了統(tǒng)一的信息模型、交互格式，能夠消除異構(gòu)系統(tǒng)和應(yīng)用間的信息孤島。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，提供了統(tǒng)一的通信、建模和配置方法。

主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成的標(biāo)準(zhǔn)化程度有必要通過(guò)一致性測(cè)試進(jìn)行檢驗(yàn)。IEC61968消息和IEC61850配置文件的一致性測(cè)試是其中最重要的兩種一致性測(cè)試,目前已有一些相關(guān)的研究成果。提出了一種基于本體的異構(gòu)信息模型校驗(yàn)方法，但測(cè)試不涉及消息的語(yǔ)義層面。應(yīng)用互操作試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證交互數(shù)據(jù)的一致性，但測(cè)試手段及步驟較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了IEC61850一致性測(cè)試方法，國(guó)外也有一些廠商提供了較為完善的測(cè)試工具，但是這些測(cè)試工具都只能夠?qū)崿F(xiàn)基于原始IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的配置文件測(cè)試。

本文將從元數(shù)據(jù)出發(fā)，充分考慮測(cè)試方法的完備性和易擴(kuò)展方面的需求，建立測(cè)試的規(guī)則，設(shè)計(jì)測(cè)試的方法框架。而后，分別編程實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的IEC61968消息一致性測(cè)試和IEC61850配置文件一致性測(cè)試軟件。最后，以主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850配置文件結(jié)構(gòu)和IEC61968消息格式作為一致性測(cè)試的元數(shù)據(jù)，構(gòu)建測(cè)試算例驗(yàn)證軟件的可用性和有效性。

1　主動(dòng)配電網(wǎng)一致性測(cè)試的規(guī)則

1.1　測(cè)試元數(shù)據(jù)

主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成的一致性需要由規(guī)范化的元數(shù)據(jù)來(lái)保證。主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成中最重要的兩類(lèi)元數(shù)據(jù)就是IEC61968消息元數(shù)據(jù)和IEC61850 SCL配置文件的元數(shù)據(jù)，它們分別承載了IEC61968信息模型和IEC61850信息模型的語(yǔ)義，并且從元數(shù)據(jù)角度規(guī)范了IEC61968消息和IEC61850配置文件的結(jié)構(gòu)和格式。

主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息的元數(shù)據(jù)主要由消息信封和消息體兩個(gè)部分組成。消息信封描述消息結(jié)構(gòu)，消息體是消息的實(shí)例化。而IEC61850 SCL配置文件的元數(shù)據(jù)是指用于規(guī)范SCL格式的一組XSD文檔。

1.2　一致性測(cè)試規(guī)則

1.2.1IEC61968消息測(cè)試規(guī)則

(1) 格式層規(guī)則

格式層規(guī)則用于驗(yàn)證IEC61968消息格式與元數(shù)據(jù)定義是否一致。實(shí)際測(cè)試時(shí)，通過(guò)比對(duì)XML的相關(guān)定義及消息信封的元數(shù)據(jù)來(lái)確定消息信封的一致性；通過(guò)比對(duì)XML的相關(guān)定義與消息體子集的元數(shù)據(jù)來(lái)確定消息體子集實(shí)例的一致性。

(2) 應(yīng)用層規(guī)則

本文制定動(dòng)詞匹配及根元素定義規(guī)則作為消息信封應(yīng)用層一致性規(guī)則。動(dòng)詞匹配是指消息頭中的動(dòng)詞都必須與消息類(lèi)型匹配。請(qǐng)求消息的消息頭只能使用以下動(dòng)詞之一(get, create, change, cancel, close, delete, execute)，而應(yīng)答消息則只能使用reply。事件消息的消息頭僅可使用以下動(dòng)詞之一(created, changed, canceled, closed, deleted, executed)；根元素定義是指根元素只能夠被命可為EventMessage、FaultMessage、RequestMessage或ResponseMessage中的一種。

1.2.2IEC61850配置文件測(cè)試規(guī)則

(1) 格式層規(guī)則

與IEC61968消息類(lèi)似，IEC61850配置文件必須與SCL的XSD文件匹配，符合XSD中所有數(shù)據(jù)類(lèi)型、層次等的定義以及諸如鍵值引用、屬性唯一等約束條件。但是，IEC61850配置文件的元數(shù)據(jù)和IEC61968消息的有所不同。IEC61850的配置文件元數(shù)據(jù)是一組互相嵌套導(dǎo)入的XSD文件，彼此不獨(dú)立，每個(gè)配置文件的實(shí)例必須同時(shí)與這一組XSD文件進(jìn)行一致性比對(duì)。

(2) 應(yīng)用層規(guī)則

IEC61850配置文件一致性測(cè)試的應(yīng)用層規(guī)則在IEC61850-10標(biāo)準(zhǔn)中有部分闡述，但大多數(shù)還需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求擴(kuò)展。由于主動(dòng)配電網(wǎng)中IEC61850的應(yīng)用還未實(shí)際展開(kāi)，本文的研究處于前瞻性探索階段，尚沒(méi)有實(shí)際的工程實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于IEC61850配置文件而言，首先應(yīng)保證滿(mǎn)足格式層一致性規(guī)則。

2　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息測(cè)試

2.1　測(cè)試體系架構(gòu)

圖1　測(cè)試體系架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展松耦合一致性測(cè)試體系架構(gòu)如圖1所示。該框架滿(mǎn)足IEC61968消息一致性測(cè)試的在線(xiàn)模式需求。其中，主機(jī)接收客戶(hù)端上送的消息，建立與子服務(wù)相對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程，在主機(jī)中運(yùn)行的線(xiàn)程循環(huán)的同時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)接收到的消息；子服務(wù)中封裝一致性測(cè)試規(guī)則，需要通過(guò)讀取并解析所有元數(shù)據(jù)的命名空間及其包含的內(nèi)容，深度遍歷所有消息，并生成測(cè)試報(bào)告片段返回給主機(jī)；主機(jī)拼接整合收到的所有報(bào)告片段形成最終的報(bào)告，下送至客戶(hù)端。

2.2　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息測(cè)試實(shí)例

本文設(shè)計(jì)的IEC61968消息實(shí)例的XML樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。從圖中可以看到，ADNTopology根節(jié)點(diǎn)下有一個(gè)Line節(jié)點(diǎn)，表示饋線(xiàn)1。饋線(xiàn)1節(jié)點(diǎn)內(nèi)包含3個(gè)連接節(jié)點(diǎn)、5個(gè)設(shè)備及1個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)自治控制區(qū)域。自治控制區(qū)域內(nèi)包含12個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，1個(gè)光伏電站，1個(gè)儲(chǔ)能電池電站，以及17個(gè)直接隸屬設(shè)備。其中光伏電站中又包含4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，4個(gè)設(shè)備，其中第2個(gè)設(shè)備的ref屬性值為DCSwitch1，表示指向與Line節(jié)點(diǎn)平級(jí)的DCSwitch節(jié)點(diǎn)的實(shí)例。與Line節(jié)點(diǎn)平級(jí)的節(jié)點(diǎn)中有2個(gè)DCSwitch實(shí)例，其中一個(gè)的mRID為DCSwitch1，與ref屬性值匹配，即表示這個(gè)直流開(kāi)關(guān)是屬于光伏電站的。而該DCSwitch實(shí)例中又通過(guò)引用方式指向了mRID為L(zhǎng)Node1的邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例，表示該邏輯節(jié)點(diǎn)與直流開(kāi)關(guān)1關(guān)聯(lián)。另外，所有導(dǎo)電設(shè)備實(shí)例都可以通過(guò)引用方式指向端子實(shí)例，端子實(shí)例可通過(guò)引用方式指向連接節(jié)點(diǎn)實(shí)例。這一連串的引用建立了所有對(duì)象的關(guān)聯(lián)，可以完整表達(dá)IEC61968消息測(cè)試算例的靜態(tài)拓?fù)洹?/p>

圖2　IEC61968消息測(cè)試實(shí)例

2.3　實(shí)例測(cè)試結(jié)果分析

將主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息一致性測(cè)試的主服務(wù)和子服務(wù)均部署在同一臺(tái)電腦的IIS服務(wù)器上，通過(guò)局域網(wǎng)調(diào)用。測(cè)試結(jié)果如圖3所示，其中待測(cè)試IEC61968消息的類(lèi)型為事件消息，消息體內(nèi)容為主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息測(cè)試實(shí)例。

圖3　測(cè)試實(shí)例的輸出

從圖3中可以看出，該消息通過(guò)了消息信封應(yīng)用層的信封根元素定義規(guī)則、消息體子集實(shí)例格式層的W3C XML有效性規(guī)則以及消息體子集實(shí)例應(yīng)用層的消息體子集實(shí)例根元素定義規(guī)則的測(cè)試，但是未通過(guò)消息信封格式層的W3C XML有效性規(guī)則、消息信封應(yīng)用層的動(dòng)詞匹配規(guī)則以及消息體子集實(shí)例應(yīng)用層的引用有效性規(guī)則。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看到待測(cè)試消息信封中的動(dòng)詞“creat”與事件消息類(lèi)型不匹配，應(yīng)修正為過(guò)去分詞“created”；消息信封的Format字段基數(shù)在XSD中定義為0-1，而待測(cè)消息中出現(xiàn)了2個(gè)Format節(jié)點(diǎn)，故第2個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)效，不符合消息信封的XML規(guī)則，應(yīng)刪去；消息體中出現(xiàn)了7個(gè)引用無(wú)效，因?yàn)長(zhǎng)ine節(jié)點(diǎn)屬性值在外層節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)實(shí)例的mRID與之相等。測(cè)試結(jié)果證明了主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息一致性測(cè)試軟件的有效性。

3　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850配置文件測(cè)試

3.1　測(cè)試框架的離線(xiàn)模式實(shí)現(xiàn)

主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850配置文件的測(cè)試軟件應(yīng)基于元數(shù)據(jù)及規(guī)則驅(qū)動(dòng)框架，在離線(xiàn)模式下完成測(cè)試。IEC61968消息一致性測(cè)試的在線(xiàn)Web服務(wù)僅需基于統(tǒng)一服務(wù)接口返回既定格式的測(cè)試結(jié)果即可，不包括結(jié)果的可視化顯示；而離線(xiàn)模式的測(cè)試軟件則是直接提供給工程師在前臺(tái)使用，因此需要具備清晰的人機(jī)界面。主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850配置文件一致性測(cè)試軟件的功能架構(gòu)圖如圖4所示。

用戶(hù)可選擇待測(cè)試的IEC61850配置文件和測(cè)試所用的元數(shù)據(jù)版本，軟件界面對(duì)配置文件內(nèi)容進(jìn)行展示。用戶(hù)通過(guò)配置文件編輯界面對(duì)配置文件進(jìn)行文本編輯，也可直接啟動(dòng)測(cè)試。啟動(dòng)測(cè)試后封裝了XML有效性規(guī)則的推理模塊開(kāi)始工作，從元數(shù)據(jù)庫(kù)中加載用戶(hù)選擇的版本對(duì)應(yīng)的所有XSD文件，將這些互相嵌套的文件進(jìn)行組裝和解析，而后遍歷待測(cè)文件與元數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，將違反XML規(guī)則的結(jié)果寫(xiě)入結(jié)果展示界面以及記錄文檔。測(cè)試結(jié)果展示界面對(duì)錯(cuò)誤的級(jí)別、行號(hào)、位置和描述進(jìn)行展示。如果元數(shù)據(jù)發(fā)生改變，或規(guī)則進(jìn)行了擴(kuò)展，都只需要相應(yīng)修改元數(shù)據(jù)庫(kù)或增加規(guī)則推理模塊即可，并未改變軟件的整體結(jié)構(gòu)，大部分代碼都可以復(fù)用。最終實(shí)現(xiàn)的軟件界面如圖5所示。

圖4　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850 SCL文件一致性測(cè)試軟件功能架構(gòu)

圖5　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850 SCL文件測(cè)試軟件主界面

3.2　IEC61850配置文件測(cè)試實(shí)例

IEC61850配置文件測(cè)試算例的XML文件結(jié)構(gòu)。配置文件根節(jié)點(diǎn)下包含一個(gè)Line節(jié)點(diǎn)，name為L(zhǎng)ine1，代表饋線(xiàn)1，也是本算例的根容器。Line節(jié)點(diǎn)下包含3個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，5個(gè)導(dǎo)電設(shè)備以及1個(gè)主動(dòng)配電網(wǎng)自治控制區(qū)域。其中連接節(jié)點(diǎn)和導(dǎo)電設(shè)備為自治控制區(qū)域外的CN1-CN3和Bus1、Breaker1、ACLine1、Sectionaliser1和Sectionaliser2。ADNControlArea節(jié)點(diǎn)下包含自治控制區(qū)域內(nèi)的所有導(dǎo)電設(shè)備(負(fù)荷開(kāi)關(guān))、連接節(jié)點(diǎn)、配變、負(fù)荷以及兩個(gè)分布式能源電站(PVPlant1和BESPlant1)。PVPlant和BESPlant節(jié)點(diǎn)下包含站內(nèi)的導(dǎo)電設(shè)備和連接節(jié)點(diǎn)。所有的端子節(jié)點(diǎn)都包含在導(dǎo)電設(shè)備下，其connectivitynode屬性引用相關(guān)連接節(jié)點(diǎn)的路徑名。另外，邏輯節(jié)點(diǎn)也包含在它關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電設(shè)備內(nèi)，如DCSwitch1關(guān)聯(lián)的XSWI1節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)到SCD的IED節(jié)點(diǎn)內(nèi)的邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例，即IED1內(nèi)邏輯設(shè)備LD1內(nèi)的XSWI1邏輯節(jié)點(diǎn)。

3.3　實(shí)例測(cè)試結(jié)果分析

以構(gòu)建的IEC61850 SCD配置文件為算例進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示該文件完全符合主動(dòng)配電網(wǎng)SCL元數(shù)據(jù)。為了檢測(cè)軟件對(duì)錯(cuò)誤的檢測(cè)率，在配置文件中進(jìn)行6處改動(dòng)，再一次進(jìn)行測(cè)試。

(1) 將連接節(jié)點(diǎn)CN1的name屬性值修改為NULL；

(2) 刪除端子T15的connectivitynode屬性；

(3) 將逆變器Inverter1的type屬性值修改為“Inv”；

(4) 將變壓器PowerTransformer1的子節(jié)點(diǎn)PowerTransformerEnd標(biāo)簽改為T(mén)ransformerWinding;

(5) 刪除Communication部分SubNetwork節(jié)點(diǎn)內(nèi)的ConnectedAP子節(jié)點(diǎn)；

(6) 刪除IED部分邏輯設(shè)備LD1的LN0邏輯節(jié)點(diǎn)。

改動(dòng)過(guò)后，使用軟件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。軟件共測(cè)試出6個(gè)錯(cuò)誤，與測(cè)試前做的改動(dòng)完全吻合。該結(jié)果證明了主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850配置文件一致性測(cè)試軟件的有效性。

圖6　主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61850 SCL文件一致性測(cè)試結(jié)果

4　結(jié)束語(yǔ)

本文研究并實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成的IEC61968消息和IEC61850配置文件一致性測(cè)試方法。首先，分析了測(cè)試元數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了測(cè)試規(guī)則，提出了測(cè)試方法框架，實(shí)現(xiàn)了元數(shù)據(jù)、規(guī)則推理模型與測(cè)試主引擎的解耦。而后，設(shè)計(jì)了一種可擴(kuò)展松耦合的Web服務(wù)體系，編程實(shí)現(xiàn)了IEC61968消息的一致性測(cè)試服務(wù)；同時(shí)，編寫(xiě)了IEC61850配置文件的一致性測(cè)試工具，完成了測(cè)試框架的離線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。最后，分別設(shè)計(jì)主動(dòng)配電網(wǎng)IEC61968消息和IEC61850配置文件測(cè)試算例，運(yùn)用到設(shè)計(jì)的測(cè)試軟件中進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明本文提出的一致性測(cè)試方法具有正確性和實(shí)用性。

本文將目前仍在不斷發(fā)展的IEC61968和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域，是一項(xiàng)具有較強(qiáng)前瞻性的工作，研究成果能夠?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)信息集成的標(biāo)準(zhǔn)化提供良好的借鑒。

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