董磊超, 浮明軍, 于朝輝(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌　461000)

0　引　言

RTDS(Real Time Digital Simulation)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真裝置是一種實(shí)時(shí)全數(shù)字電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真裝置[1-7]，其元件模型和仿真精度已獲得仿真領(lǐng)域內(nèi)較高的認(rèn)可度，廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備仿真實(shí)驗(yàn)，尤其是繼保設(shè)備校驗(yàn)試驗(yàn)。是研究和分析電力系統(tǒng)特征、對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試的重要檢驗(yàn)工具。

針對(duì)一般的電力系統(tǒng)RTDS仿真模型，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障點(diǎn)位置、故障類型等不同測(cè)試項(xiàng)目的組合，往往都是上百項(xiàng)甚至上千項(xiàng)的測(cè)試操作步驟。測(cè)試的重復(fù)性和復(fù)雜度均比較高，并且最終的測(cè)試結(jié)果，如測(cè)試波形的存儲(chǔ)、被測(cè)對(duì)象的反饋和動(dòng)作行為記錄等數(shù)據(jù)量也是非常龐大且比較分散，如果單純靠人工去判斷整理費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下。RTDS仿真系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試就顯得非常必要。

文獻(xiàn)[8]中詳細(xì)論述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)三種基于RTDS實(shí)現(xiàn)的仿真自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前的主要實(shí)現(xiàn)手段是通過(guò)RTDS仿真系統(tǒng)的腳本編輯功能實(shí)現(xiàn)。三種系統(tǒng)不同的是腳本生成方式：一是由測(cè)試人員手動(dòng)編寫(xiě)執(zhí)行控制腳本，另一種是通過(guò)第三方開(kāi)發(fā)工具根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目生成執(zhí)行腳本。該種方法可以實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)測(cè)試，而且也可以在腳本中對(duì)測(cè)試對(duì)象的反饋?zhàn)鲆欢ǖ呐袆e和保存測(cè)試波形。但是，在利用RTDS仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)的過(guò)程中，往往需要執(zhí)行一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析研究，而腳本文件的執(zhí)行過(guò)程是無(wú)法終止或暫停的，測(cè)試人員無(wú)法對(duì)RTDS仿真系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行有效干預(yù)。而且一旦腳本編制完成或者生成后，測(cè)試項(xiàng)目就相對(duì)固定，并且腳本是和模型綁定的，腳本的可擴(kuò)展性和重用性比較差，測(cè)試的仿真數(shù)據(jù)也無(wú)法與測(cè)試項(xiàng)目有效關(guān)聯(lián)。

本文通過(guò)研究與RTDS仿真系統(tǒng)交互的方式，結(jié)合仿真類測(cè)試的特點(diǎn)，提出了基于命令行與測(cè)試項(xiàng)目映射的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)RTDS仿真系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試的新方法。

1　關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1　與RTDS仿真系統(tǒng)的交互方式

如果RTDS仿真系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試過(guò)程要做到可控，就必須研究采用可靠且友好的交互方式。通過(guò)研究RTDS仿真系統(tǒng)具備Socket通信能力。RTDS仿真系統(tǒng)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以采用Server/Client方式通過(guò)TCP報(bào)文進(jìn)行通信。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)Socket發(fā)送命令語(yǔ)句，RTDS仿真系統(tǒng)收到后執(zhí)行命令語(yǔ)句。關(guān)鍵問(wèn)題就是必須保證每一條命令執(zhí)行完畢后，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)才能繼續(xù)下發(fā)下一條命令語(yǔ)句，否則下一條命令將得不到執(zhí)行。RTDS仿真系統(tǒng)具備命令回讀機(jī)制，可以利用該回讀機(jī)制，在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送一條命令后，緊接著發(fā)送一條帶一定語(yǔ)義字符的回讀命令，如果自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)接收到剛剛發(fā)的回讀字符，就表示剛發(fā)送的命令語(yǔ)句已經(jīng)執(zhí)行完畢，此時(shí)可以發(fā)送下一條命令語(yǔ)句。充分利用該回讀機(jī)制保證了每條語(yǔ)句均可被執(zhí)行，還可以在空閑時(shí)發(fā)送回讀命令探知連接是否還存在，從而保證了通信的可靠性。

另一方面自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送命令語(yǔ)句之間有的還存在發(fā)送時(shí)機(jī)問(wèn)題。比如錄波保存命令，錄波保存命令的發(fā)送必須在RTDS仿真系統(tǒng)錄波完成后才能下發(fā)，否則保存錄波將不是當(dāng)前故障類型模式下的錄波，而是上一次故障的錄波。所以這類命令的下發(fā)，必須在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)到仿真系統(tǒng)反饋的錄波完成標(biāo)志后進(jìn)行。

1.2　命令映射方式

自動(dòng)測(cè)試下發(fā)的仿真命令需要與測(cè)試項(xiàng)目映射。通過(guò)映射可以實(shí)現(xiàn)將仿真命令轉(zhuǎn)化為測(cè)試人員容易識(shí)別的繼電保護(hù)語(yǔ)言，測(cè)試項(xiàng)目的執(zhí)行通過(guò)一序列的繼電保護(hù)命令語(yǔ)言來(lái)完成，最終繼電保護(hù)命令通過(guò)映射轉(zhuǎn)化為仿真命令執(zhí)行。仿真命令與仿真模型綁定，測(cè)試項(xiàng)目在測(cè)試用例中相對(duì)固定。不同的模型，只需要修改仿真命令與測(cè)試項(xiàng)目中繼電保護(hù)命令的映射，就可以達(dá)到測(cè)試用例重用的目的。

仿真命令的映射根據(jù)命令功能不同分為幾種方式。(1)直接映射方式，即通過(guò)Socket直接發(fā)送仿真命令。(2)參數(shù)類仿真命令，需要在測(cè)試過(guò)程中修改仿真命令中的相關(guān)參數(shù)。如故障持續(xù)時(shí)間命令，持續(xù)時(shí)間參數(shù)需要測(cè)試過(guò)程中修改。(3)變量類獲取命令，變量類一般都是浮點(diǎn)類數(shù)據(jù)，如保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、仿真系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)標(biāo)志等，需要將數(shù)據(jù)格式化為字符類數(shù)據(jù)，通過(guò)回讀命令將該字符回讀獲取變量值。(4)錄波命令，需要將錄波命令中路徑和文件名替換為測(cè)試人員定義的路徑和文件名。

1.3　測(cè)試結(jié)果獲取

智能變電站中IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用為自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展提供了更好的技術(shù)支持平臺(tái)[9-13]。智能電子設(shè)備(IED)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信均采用IEC 61850/制造報(bào)文規(guī)范(MMS)。自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試對(duì)比一個(gè)最突出優(yōu)點(diǎn)就是一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目執(zhí)行完畢后，測(cè)試結(jié)果的關(guān)聯(lián)展現(xiàn)。對(duì)于每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，需要關(guān)聯(lián)的測(cè)試結(jié)果有測(cè)試過(guò)程中的SOE、動(dòng)作時(shí)間參數(shù)反饋、RTDS仿真錄波、裝置錄波和錄波儀錄波等。測(cè)試過(guò)程中的SOE收集應(yīng)以故障觸發(fā)命令下發(fā)為時(shí)間起點(diǎn)，通過(guò)MMS獲取報(bào)文中的SOE名稱、故障相別，對(duì)于故障相對(duì)時(shí)間可以通過(guò)SOE報(bào)文和啟動(dòng)報(bào)文的時(shí)間戳差值獲?。粍?dòng)作時(shí)間等參數(shù)通過(guò)回讀命令獲?。籖TDS仿真系統(tǒng)記錄的錄波通過(guò)保存錄波命令獲??；裝置錄波通過(guò)MMS文件服務(wù)方式獲??；錄波儀錄波通過(guò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ftp服務(wù)方式獲取。所有獲得的測(cè)試結(jié)果通過(guò)友好的人機(jī)界面方式關(guān)聯(lián)具體測(cè)試項(xiàng)目直接展現(xiàn)給測(cè)試人員。這將對(duì)于仿真測(cè)試結(jié)果的分析帶來(lái)巨大的便利性，從根本上解決仿真數(shù)據(jù)分散的問(wèn)題。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

2.1　系統(tǒng)硬件構(gòu)成

RTDS仿真自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)軟件和RTDS仿真裝置及放大器、錄波裝置、待測(cè)設(shè)備和交換機(jī)組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　測(cè)試系統(tǒng)硬件組成

自動(dòng)測(cè)試控制軟件基于網(wǎng)絡(luò)的Socket通信與RTDS仿真裝置進(jìn)行命令交互并進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試流程的控制，通過(guò)交換機(jī)獲取錄波裝置錄波和裝置動(dòng)作行為及錄波。RTDS仿真裝置主要完成電力系統(tǒng)模型的數(shù)字仿真運(yùn)算并接收裝置的測(cè)試反饋。錄波裝置記錄RTDS仿真經(jīng)過(guò)放大器后的實(shí)際輸出波形。交換機(jī)用于搭建MMS站控層網(wǎng)絡(luò)。

2.2　系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

軟件架構(gòu)如圖2所示。主要包括命令交互、MMS報(bào)文處理、測(cè)試用例編制、控制執(zhí)行、測(cè)試結(jié)果處理、測(cè)試報(bào)告生成和人機(jī)交互等。

圖2　測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

測(cè)試用例包括測(cè)試方案、測(cè)試項(xiàng)目的制定和命令映射文件的編制。測(cè)試用例的相關(guān)操作通過(guò)人機(jī)界面完成，測(cè)試結(jié)果及測(cè)試報(bào)告通過(guò)人機(jī)交互界面最終展示給測(cè)試人員。命令交互完成與RTDS仿真系統(tǒng)的命令下發(fā)與接收，是整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，MMS報(bào)文處理統(tǒng)計(jì)裝置的SOE動(dòng)作情況及裝置相關(guān)參數(shù)的修改。

1)測(cè)試用例編制

測(cè)試用例編輯分為三個(gè)部分，測(cè)試命令映射、測(cè)試方案定制及具體測(cè)試用例編輯。測(cè)試命令映射是將繼電保護(hù)語(yǔ)言映射為RTDS仿真裝置能夠識(shí)別的命令行，是整個(gè)用例執(zhí)行的基礎(chǔ)，是將RTDS系統(tǒng)仿真模型控制命令轉(zhuǎn)換為繼電保護(hù)語(yǔ)言的關(guān)鍵。測(cè)試方案定制具體的測(cè)試項(xiàng)目及執(zhí)行語(yǔ)句，該文件限定了仿真模型能夠?qū)崿F(xiàn)的自動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵項(xiàng)目，以及自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行的測(cè)試流程。具體的測(cè)試用例涉及到每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目下的具體測(cè)試點(diǎn)，是對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的細(xì)化與執(zhí)行。

2)控制執(zhí)行與命令交互

控制執(zhí)行過(guò)程是以測(cè)試用例中的具體內(nèi)容控制下發(fā)不同的命令行。主要包括測(cè)試前的測(cè)試準(zhǔn)備和將測(cè)試用例轉(zhuǎn)化為命令行下發(fā)兩個(gè)部分。①測(cè)試條件準(zhǔn)備：仿真測(cè)試之前需要修改模型綁定的定值壓板狀態(tài)，通過(guò)IEC 61850定值服務(wù)、控制服務(wù)對(duì)仿真前繼電保護(hù)定值、壓板狀態(tài)進(jìn)行初始化整定，為自動(dòng)測(cè)試做準(zhǔn)備。②命令行交互：按照測(cè)試用例內(nèi)容完成具體的命令交互，主要包括模型數(shù)據(jù)的初始化、設(shè)置故障點(diǎn)及故障類型，觸發(fā)故障，然后進(jìn)行實(shí)際測(cè)試結(jié)果與用例預(yù)期的比較判別，給出測(cè)試結(jié)論。每個(gè)具體的執(zhí)行過(guò)程均是通過(guò)命令交互來(lái)完成。命令的下發(fā)會(huì)參照命令的映射方式不同，采取不同的命令形式，同時(shí)根據(jù)執(zhí)行過(guò)程中特殊的時(shí)間關(guān)鍵點(diǎn)，選擇科學(xué)合理的下發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。保證整個(gè)執(zhí)行流程可控，并且合理準(zhǔn)確。

3)測(cè)試結(jié)果處理

測(cè)試結(jié)果處理主要是根據(jù)用例中的預(yù)期進(jìn)行測(cè)試結(jié)果搜集和判別。搜集的測(cè)試結(jié)果有的直接可以參與測(cè)試結(jié)果判別，例如保護(hù)動(dòng)作行為(出口時(shí)間、相對(duì)時(shí)間等)，有的是作為仿真結(jié)果重要的原始數(shù)據(jù)保留(如錄波、MMS報(bào)文等)，為仿真分析提供最原始的依據(jù)。①測(cè)試結(jié)果搜集：對(duì)所有仿真測(cè)試的相關(guān)結(jié)果匯總，并且和測(cè)試項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)，從根本上解決仿真測(cè)試結(jié)果比較離散的問(wèn)題，更加方便測(cè)試人員分析和研究模型的仿真效果。通過(guò)MMS報(bào)文可以將繼電保護(hù)裝置的SOE動(dòng)作情況、保護(hù)相對(duì)時(shí)間、出口時(shí)間、動(dòng)作錄波直接獲取保存；仿真波形可以通過(guò)命令交互獲取，錄波裝置記錄整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的仿真波形，通過(guò)FTP傳送給自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果均保留為本地文件，測(cè)試人員可以離線查看所有仿真結(jié)果。②測(cè)試結(jié)果判別：自動(dòng)測(cè)試的一個(gè)關(guān)鍵特征就是要形成閉環(huán)判別。仿真的測(cè)試結(jié)果判別主要是保護(hù)動(dòng)作行為判別(出口動(dòng)作時(shí)間與相對(duì)時(shí)間精度判別、SOE動(dòng)作與用例預(yù)期比較等)，仿真系統(tǒng)搜集的保護(hù)行為與用例中預(yù)期的進(jìn)行比較判別，系統(tǒng)自動(dòng)做出測(cè)試結(jié)論。

4)測(cè)試報(bào)告生成

整個(gè)測(cè)試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)格式的測(cè)試報(bào)告，報(bào)告格式采用標(biāo)準(zhǔn)的Word。報(bào)告內(nèi)容主要包括測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試次數(shù)、每次的詳細(xì)測(cè)試結(jié)果(動(dòng)作報(bào)告、告警信息、出口時(shí)間等)及測(cè)試結(jié)論。報(bào)告內(nèi)容清晰簡(jiǎn)潔，是對(duì)測(cè)試結(jié)果的總結(jié)概括。

5)人機(jī)交互界面

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與目前的腳本實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)測(cè)試相比，讓仿真測(cè)試人員從抽象的腳本編程中解脫出來(lái)。例如測(cè)試項(xiàng)目與仿真命令的映射是通過(guò)用例樹(shù)的拖拽完成，測(cè)試用例文件完全采用標(biāo)準(zhǔn)的xml文件格式，測(cè)試用例的加載采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)，可以輕松實(shí)現(xiàn)測(cè)試次數(shù)的設(shè)置和是否測(cè)試的選擇，用戶的操作及用例的加載情況均保存為文件，記憶測(cè)試人員的測(cè)試環(huán)境的設(shè)置情況。對(duì)于每一個(gè)具體的測(cè)試項(xiàng)目，其測(cè)試過(guò)程和與仿真系統(tǒng)命令交互的情況，完全實(shí)時(shí)展示給測(cè)試人員，且保存為測(cè)試過(guò)程文件，可以實(shí)現(xiàn)離線查看測(cè)試時(shí)的具體執(zhí)行情況。測(cè)試人員選擇不同的測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，測(cè)試結(jié)果展示界面可以顯示所有與該測(cè)試項(xiàng)目相關(guān)的測(cè)試結(jié)果。整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了離線全景再現(xiàn)當(dāng)時(shí)測(cè)試執(zhí)行情況及測(cè)試結(jié)果，為仿真結(jié)果的離線分析和研究帶來(lái)了方便。

3　系統(tǒng)測(cè)試流程

本文列舉了RTDS仿真自動(dòng)測(cè)試的典型流程，一個(gè)典型的測(cè)試項(xiàng)目執(zhí)行流程如圖3所示。

圖3　自動(dòng)測(cè)試流程圖

4　應(yīng)用舉例

本文介紹的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)特色是通過(guò)命令映射的方式實(shí)現(xiàn)了與仿真系統(tǒng)的命令交互，擺脫了復(fù)雜的腳本編制，實(shí)現(xiàn)了從繼電保護(hù)語(yǔ)言的角度實(shí)現(xiàn)RTDS仿真的自動(dòng)測(cè)試。下面將通過(guò)線路保護(hù)的仿真測(cè)試進(jìn)一步闡述。根據(jù)搭建的線路保護(hù)模型，編制具體的測(cè)試方案，該模型可以實(shí)現(xiàn)模擬區(qū)內(nèi)故障、區(qū)外故障、轉(zhuǎn)換性故障、永久性故障、系統(tǒng)振蕩、飽和等測(cè)試類型。針對(duì)每一類測(cè)試，根據(jù)測(cè)試流程編制測(cè)試操作項(xiàng)目，針對(duì)每個(gè)操作項(xiàng)目通過(guò)RTDS仿真系統(tǒng)的錄制操作命令功能，錄制對(duì)應(yīng)的命令行，建立映射文件。映射文件中每個(gè)操作項(xiàng)目與具體命令一一對(duì)應(yīng)。依據(jù)測(cè)試方案模板編制具體的測(cè)試用例，如K2_AN故障模擬，測(cè)試用例執(zhí)行時(shí)加載映射文件轉(zhuǎn)換為一系列命令行，最終通過(guò)命令行與仿真系統(tǒng)交互，完成測(cè)試用例中規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目，如圖4所示。

5　結(jié)束語(yǔ)

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)繼電保護(hù)語(yǔ)言與命令行映射的方式實(shí)現(xiàn)了測(cè)試流程可以靈活控制的仿真自動(dòng)測(cè)試。與復(fù)雜難懂的編制腳本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試相比，測(cè)試人員更加容易接受，而且測(cè)試方式更加靈活，適應(yīng)性更廣泛。借助智能變電站MMS通信的廣泛應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將分散的測(cè)試結(jié)果與測(cè)試用例有效關(guān)聯(lián)并進(jìn)行自動(dòng)判別測(cè)試結(jié)果，使仿真測(cè)試結(jié)果分析更加高效便捷。本文主要結(jié)合繼電保護(hù)裝置的仿真自動(dòng)測(cè)試來(lái)闡述，該方法在其他基于RTDS的仿真應(yīng)用方面也具有借鑒價(jià)值。

圖4　測(cè)試方案映射流程

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