数字化变电站测试

1、设备模型和通信服务的检测及设备模型和通信服务的检测及常见问题分析常见问题分析数字化变电站数字化变电站主要内容主要内容l 数字化变电站简介数字化变电站简介l 测试介绍测试介绍l 模型检测模型检测l 服务和功能测试服务和功能测试l 虚端子连线测试虚端子连线测试l GOOSEGOOSE和和SVSV通信测试通信测试l 其他测试其他测试l 总结总结数字化变电站简介数字化变电站简介 全站统一使用全站统一使用IEC 61850IEC 61850通信标准，设备间互操作性提高通信标准，设备间互操作性提高 出现了过程层及一些新型的设备，如合并器，智能终端和光出现了过程层及一些新型的设备，如合并器，智能终端和光/

2、/电互电互感器等感器等 以网络通信方式取代了间隔层设备之间，以及与一次设备间的大量以网络通信方式取代了间隔层设备之间，以及与一次设备间的大量电缆硬接线电缆硬接线 使用模型文件描述设备的功能和信息，用于工程组态和配置使用模型文件描述设备的功能和信息，用于工程组态和配置 信息数字化：以信息数字化：以GOOSEGOOSE和和SVSV等通信方式采集和传输模拟量、开入、等通信方式采集和传输模拟量、开入、开出及间隔间闭锁等信息开出及间隔间闭锁等信息 控制网络化：间隔层设备以控制网络化：间隔层设备以GOOSEGOOSE通信方式向过程层发送控制命令通信方式向过程层发送控制命令 工程设计中出现了二次逻辑回路设计

3、，即虚端子连线工程设计中出现了二次逻辑回路设计，即虚端子连线 网络化程度提高，对网络的性能、稳定性和安全性要求提高网络化程度提高，对网络的性能、稳定性和安全性要求提高 出现了很多新的测试需求，很多变化影响到了工程设计、工程实施出现了很多新的测试需求，很多变化影响到了工程设计、工程实施和运行维护等环节和运行维护等环节测试介绍测试介绍 IEC 61850IEC 61850是一个庞大而复杂的技术体系，增加了产品研制、工程是一个庞大而复杂的技术体系，增加了产品研制、工程实施和运行维护等方面的难度，也就增加了出现问题的概率，需要实施和运行维护等方面的难度，也就增加了出现问题的概率，需要通过测试在早期的环

4、节中发现和消除出题通过测试在早期的环节中发现和消除出题 互操作性是由很多细分的功能单元协同实现，不同厂家可能会存在互操作性是由很多细分的功能单元协同实现，不同厂家可能会存在理解上的偏差，从而影响到了设备间的互操作性，需要进行设备对理解上的偏差，从而影响到了设备间的互操作性，需要进行设备对IEC 61850IEC 61850实现的一致性测试实现的一致性测试 模型文件与传统规约点表相比，它对设备功能及信息的描述更为灵模型文件与传统规约点表相比，它对设备功能及信息的描述更为灵活和丰富，但容易出现不规范或不一致等问题，需要进行模型的合活和丰富，但容易出现不规范或不一致等问题，需要进行模型的合法性验证，

5、确保工程组态和设备配置的正确性法性验证，确保工程组态和设备配置的正确性 信息数字化和控制网络化等容易引出配置及网络等方面的问题，如信息数字化和控制网络化等容易引出配置及网络等方面的问题，如虚端子连线错误，以及设备和网络的性能及稳定性不满足等，因此虚端子连线错误，以及设备和网络的性能及稳定性不满足等，因此需要通过测试，检验出一个稳定可靠的网络环境，以及在这个环境需要通过测试，检验出一个稳定可靠的网络环境，以及在这个环境下稳定可靠的设备功能和信息交互下稳定可靠的设备功能和信息交互测试的主要目的测试的主要目的测试介绍测试介绍 IEC 61850IEC 61850一致性测试一致性测试 模型检测模型检测

6、 服务和功能测试服务和功能测试 虚端子连线测试虚端子连线测试 GOOSEGOOSE和和SVSV通信测试通信测试 动模试验动模试验 集成测试集成测试 对时测试对时测试 网络测试网络测试主要测试项目主要测试项目测试介绍测试介绍测试流程测试流程测试介绍测试介绍 被测设备的互操作性需要有通过相关机构认证（如被测设备的互操作性需要有通过相关机构认证（如KEMAKEMA认证）的设备配合测试，即搭建一个小型的数字化变电认证）的设备配合测试，即搭建一个小型的数字化变电站集成测试系统，主要包括：站集成测试系统，主要包括： 数字化保护数字化保护/ /测控设备测控设备 过程层设备，如合并器、智能终端和光过程层设备，

7、如合并器、智能终端和光/ /电互感器等电互感器等 站控层系统，如监控系统、远动站控层系统，如监控系统、远动/ /子站和数字化录波器等子站和数字化录波器等 GPSGPS时钟源，根据需要应支持时钟源，根据需要应支持SNTPSNTP、IRIG-BIRIG-B、PPSPPS或或IEEE1588IEEE1588等方式等方式 满足性能要求（如通过满足性能要求（如通过IEC 61850-3IEC 61850-3认证）的管理型网络交换机认证）的管理型网络交换机 集成测试系统基本上可以实现上述设备的测试；还需要集成测试系统基本上可以实现上述设备的测试；还需要配置一些测试仪器配置一些测试仪器/ /数据源，如数字化

8、测试仪、数据源，如数字化测试仪、RTDSRTDS和和SMARTBITSMARTBIT等等集成测试系统集成测试系统测试介绍测试介绍 IEC 61850IEC 61850的模型、通信过程及报文都很复杂，需要有的模型、通信过程及报文都很复杂，需要有专门的辅助工具，提供简便的测试和分析功能，提高测专门的辅助工具，提供简便的测试和分析功能，提高测试效率；这些工具主要包括：试效率；这些工具主要包括： 模型检测工具模型检测工具 客户端通信及服务测试工具客户端通信及服务测试工具 GOOSEGOOSE通信测试工具通信测试工具 数字化录波分析工具数字化录波分析工具 网络通信记录分析系统网络通信记录分析系统 测试工

9、具需要提供面向应用的测试功能，实现对模型及测试工具需要提供面向应用的测试功能，实现对模型及设备的快速测试，网络通信的监视和分析，以及设备问设备的快速测试，网络通信的监视和分析，以及设备问题的定位分析等题的定位分析等测试工具测试工具测试介绍测试介绍测试系统结构示意图测试系统结构示意图测试介绍测试介绍 通信和模型是设备功能及互操作的基础，需要先进行一致性测试，通信和模型是设备功能及互操作的基础，需要先进行一致性测试，便于后续测试中其他部分问题的排查分析便于后续测试中其他部分问题的排查分析 “一致性一致性”是指设备的模型及通信服务实现是否符合是指设备的模型及通信服务实现是否符合IEC 61850IE

10、C 61850标标准，包括模型检测、服务和功能等方面准，包括模型检测、服务和功能等方面 IEC 61850-10IEC 61850-10定义了详细的一致性测试规范，面向服务测试，测定义了详细的一致性测试规范，面向服务测试，测试过程相对复杂，而且没有针对客户端的测试试过程相对复杂，而且没有针对客户端的测试 在工程应用中，面向功能的测试更为高效和全面；应用功能基于服在工程应用中，面向功能的测试更为高效和全面；应用功能基于服务实现，所以测试功能也就测试了服务务实现，所以测试功能也就测试了服务 一致性测试需要专门的测试工具，提供简便的测试功能，帮助分析一致性测试需要专门的测试工具，提供简便的测试功能，

11、帮助分析复杂的问题复杂的问题 一致性测试只是基础，完整的测试还包括设备功能测试、集成环境一致性测试只是基础，完整的测试还包括设备功能测试、集成环境下的互操作性、性能和稳定性等测试下的互操作性、性能和稳定性等测试IEC 61850IEC 61850一致性测试介绍一致性测试介绍测试介绍测试介绍 顺序循环测试。在被测设备接入集成测试系统测试之前，需先进行顺序循环测试。在被测设备接入集成测试系统测试之前，需先进行一致性测试，包括模型、服务和功能等；如果在测试过程中，模型一致性测试，包括模型、服务和功能等；如果在测试过程中，模型修改或设备软件修改，则需对修改部分再次进行一致性测试，避免修改或设备软件修改

12、，则需对修改部分再次进行一致性测试，避免将一致性问题引入集成测试环节使得问题排查范围扩大将一致性问题引入集成测试环节使得问题排查范围扩大 优先排查。互操作试验中，如果发现问题，则优先排查被测设备；优先排查。互操作试验中，如果发现问题，则优先排查被测设备；同为被测设备时，优先排查新产品或运行经验少的设备；最后排查同为被测设备时，优先排查新产品或运行经验少的设备；最后排查测试设备测试设备 辩证测试。辩证测试。IEC 61850IEC 61850标准中有些定义相对灵活，可有多种实现方标准中有些定义相对灵活，可有多种实现方式，应做兼容性处理，而不是强制以哪个设备为准；标准或相关规式，应做兼容性处理，而

13、不是强制以哪个设备为准；标准或相关规范中明确规定的，则必须遵循，避免兼容不规范的实现；标准本身范中明确规定的，则必须遵循，避免兼容不规范的实现；标准本身也在改进中，在也在改进中，在TISSUESTISSUES中被通过的重要改进可遵循，否则以正式中被通过的重要改进可遵循，否则以正式发布的为准，且需要考虑版本兼容发布的为准，且需要考虑版本兼容 在测试中如果出现难以排查或存有分歧的问题，建议对通信进行监在测试中如果出现难以排查或存有分歧的问题，建议对通信进行监视，从原始通信报文分析视，从原始通信报文分析测试及问题分析原则测试及问题分析原则测试介绍测试介绍模型介绍模型介绍测试介绍测试介绍通信介绍通信介

14、绍模型检测模型检测模型举例模型举例模型检测模型检测模型问题模型问题问题描述问题描述现象或影响现象或影响备注备注1设备内使用的模型与提供的设备内使用的模型与提供的静态模型不一致静态模型不一致导致通信失败导致通信失败2没找到数据的类型定义没找到数据的类型定义影响系统配置器的处理影响系统配置器的处理3强制定义未找到强制定义未找到-在在SCLSCL中规定的必须定义的数据，中规定的必须定义的数据，没有定义没有定义可能会影响通信可能会影响通信即使不用这些即使不用这些数据，也要定数据，也要定义义4扩展不规范，如数据名称重扩展不规范，如数据名称重复和未定义名称空间等复和未定义名称空间等可能会影响系统配置器可能

15、会影响系统配置器5数据实例化信息不完整，如数据实例化信息不完整，如没有描述没有描述描述等实例化信息可有描述等实例化信息可有效提高工程实施的效率效提高工程实施的效率模型检测模型检测 模型检测主要包括静态合法性和动态合法性检测模型检测主要包括静态合法性和动态合法性检测 静态合法性：模型文件格式良好性，静态合法性：模型文件格式良好性，SCLSCL规范合法性，规范合法性，基本定义、引用和实例化等正确性基本定义、引用和实例化等正确性 动态合法性：与设备通信，在线获取模型，检测获取模动态合法性：与设备通信，在线获取模型，检测获取模型的合法性；并与静态模型对比，即动型的合法性；并与静态模型对比，即动/ /静

16、态模型一致静态模型一致性检测性检测 功能及信息的建模比较灵活，有些可以采用通用的功能及信息的建模比较灵活，有些可以采用通用的LNLN建建模，也可以采用模，也可以采用IEC61850-7-4IEC61850-7-4中定义的中定义的LNLN建模。这些可建模。这些可适当的检测。建议采用合适或接近的适当的检测。建议采用合适或接近的LNLN建模建模 使用专门的模型检测工具测试；设备功能和信息的正确使用专门的模型检测工具测试；设备功能和信息的正确性属于服务和功能测试范围性属于服务和功能测试范围主要测试内容及方法主要测试内容及方法模型检测模型检测模型检测步骤模型检测步骤模型检测模型检测 模型检测工具通常会给

17、出检测报告；如果模型有问题，会在报告中描述问题 发现问题后，将检测报告反馈给厂家，由厂家处理问题，再对处理后的模型进行检测，直到检测通过，然后进行工程组态 有些问题，如没有描述，可能不影响通信，但对工程实施不便，应该要求厂家处理 有时同一个厂家的模型在多次工程检测中发现同样的问题；或者在检测时处理了，在工程实际使用时又重现了。这些问题很常见，非常影响工作效率，其实是模型管理的问题。因此在检测完成后，出检测报告，列出曾发现和处理的问题，并归档；同时要求厂家升级涉及设备的模型问题分析及处理问题分析及处理模型检测模型检测强制数据未定义问题示例强制数据未定义问题示例服务和功能测试服务和功能测试 在IE

18、C61850-7-2中定义了抽象通信服务接口（ACSI），即各种功能的操作流程及数据。这些“抽象”的服务需要通过具体的通信规约实现，在标准中称为“映射”，如8-1定义了ACSI如何映射到MMS通信标准。映射规范会详细定义ACSI中的功能及数据在映射规约中如何传输及处理 “抽象”和“映射”的机制使得IEC61850具有很好的扩展性和适用性，如已有及正在制定的标准将IEC61850映射到IEC60870-5-104、DNP3.0、webservices和OPC/XML-DA等 应用功能主要包括控制、数据采集（遥测、遥信、保护事件和告警等）、定值操作及录波等，这些在标准中都有相应的ACSI及模型定义

19、。一个应用功能由一个或多个ACSI实现服务和功能介绍服务和功能介绍服务和功能测试服务和功能测试服务和功能的映射介绍服务和功能的映射介绍服务和功能测试服务和功能测试 对标准中要求必须实现的服务不支持，或者不符合标准的服务流程，如增强型遥控不上送遥控结束报告 对不支持的服务或特性，未给出实现一致性说明；或者兼容性不好，强制要求通信对方支持不规范的操作流程，如强制要求对方支持某个可选服务，或上送数据的格式 通信机制不规范或者不可靠，如关联释放不彻底而导致再次关联失败；不响应客户端的操作，任何情况下都上送周期报告，或者在关联建立时主动上送缓冲报告等 通信报文格式或编码错误，如报告序号错误，或不遵循AS

20、N.1的BER编码规则等；上送的数据与模型定义不一致，甚至不符合标准定义，如遥控模式初值与遥控模型不匹配，导致遥控失败 数据不一致，如不能如实反映过程值，或者对应错误，或者未初始化，如描述、时间、品质和定值等 未能即时更新TISSUES中重要的改进常见问题常见问题服务和功能测试服务和功能测试 测试设备对IEC61850标准服务实现的一致性，如应该支持的服务是否支持，服务的机制是否正确，与其他设备的互操作性等 站控层设备与间隔层设备之间采用MMS通信，站控层设备为客户端，间隔层设备服务器端，两者都是被测试的对象 GOOSE通信主要测试发布机制是否正确，设备对订阅GOOSE的处理是否正确 SV通信

21、主要测试发送机制是否正确，查看波形是否正确，设备对接收到的SV处理是否正确 直接对ACSI及通信规约的测试比较复杂，从IEC61850应用的角度，面向应用功能的测试更为高效，同时也测试了ACSI 在测试中可以使用客户端测试工具、GOOSE测试工具和数字化录波器或SV测试工具等进行面向功能的测试及分析，也可以使用网络通信记录分析系统对网络通信进行面向应用的分析主要测试内容及方法主要测试内容及方法服务和功能测试服务和功能测试客户端客户端/ /服务器端通信服务测试服务器端通信服务测试服务和功能测试服务和功能测试 设备检修时，数据品质的检修位应该置位；MMS、GOOSE和SV都可以进行检修测试 在标准

22、中定义了取代服务，即从客户端设置设备的数据为取代数据，设备保留该数据，并将数据品质中的取代位置位，直到客户端取消取代才恢复到实际数据状态 GOOSE和SV组播地址的规范性测试 在标准中定义了日志服务，即服务器端对通过模型配置的需要存储的数据事件在其内部持久性存储，客户端可通过标准的日志服务查询这些日志事件 在模型中定义的数据集为静态数据集，也可以通过在线服务在设备内创建动态数据集其他测试其他测试服务和功能测试服务和功能测试推荐的推荐的GOOSE/SVGOOSE/SV组播地址组播地址开始地址（16进制）结束地址（16进制）GOOSE01-0C-CD-01-00-0001-0C-CD-01-01-

23、FFMSV01-0C-CD-04-00-0001-0C-CD-04-01-FF 6字节MAC地址，前3个字节由IEEE分配为01-0C-CD 第4个字节对于GOOSE为01，对于多播采样值为04 最后2个字节用作与设备有关的地址，见下表服务和功能测试服务和功能测试 服务和功能是基于通信的测试，在测试过程中使用网络通信记录分析系统监视和记录通信报文；该系统对通信进行分析，提供面向应用的分析结果，分类显示错误或异常。因此，测试出现问题时，优先使用该系统，可定位分析绝大多数问题，如通信报文格式错误，编码错误，通信机制错误，服务失败，数据错误或与模型不一致等 对于一些深层次的或者严重的错误，甚至在网络

24、上根本没有发出报文，应由被测设备厂家负责分析处理 IEC 61850通信服务测试的复杂性远远超出了传统规约的测试，每个测试以及问题分析都要借助于测试工具。工具提供测试人员易用使用的功能和分析结果，而工具本身应该不断完善，补充累计发现问题的定位分析能力，实现测试人员和被测设备厂家根据提示就可以知道问题的所在问题分析及处理问题分析及处理虚端子连线测试虚端子连线测试 在过程层，以GOOSE和SV通信方式取代传统电缆接线，传输模拟量、开入及控制命令。相对于传统设备的端子，将GOOSE和SV中传输的数据称为虚端子 在通信过程中，设备需要知道通信报文中每个数据具体的含义和应用处理。如智能终端的某个GOOS

25、E中的某个数据表示开关位置，间隔层设备收到该GOOSE后，根据事先配置取出开关位置并处理。这个配置就是虚端子连线。相对于二次回路电缆接线，将虚端子连线称为二次逻辑回路连线 虚端子分为输出（发布/发送）虚端子和输入（订阅/接收）虚端子，都在模型中定义和配置 设计院根据厂家提供的设备虚端子定义设计二次逻辑回路连线。工程实施中根据设计图纸进行虚端子的连线，连线后的配置保存在设备模型及变电站配置文件SCD中虚端子介绍虚端子介绍虚端子连线测试虚端子连线测试虚端子连线虚端子连线虚端子连线测试虚端子连线测试 虚端子连线是多台设备之间的配置和通信，智能终端与一次设备通过电缆连接，可能部分数据还会转发到站控层系

26、统。环节较多，容易出现配置错误 根据二次逻辑回路连线图纸进行虚端子连线配置，配置结果主要通过严格的测试来检测正确性，目前还没有更为有效的手段直接将图纸与配置进行对比检测。实际工程中，需要连线的虚端子数量较多，在通过工具软件配置时也容易出错 如果虚端子连线配置中某个设备虚端子定义发生了变化，需要严格查看或重新配置涉及的环节，以便对新出现的问题能够快速的定位；最终的连线配置需要完善的存档管理，便于运行维护 虚端子连线的配置和测试工作量较大，建议使用专门的测试工具，如通过GOOSE测试工具模拟GOOSE的发布/订阅，方便数据模拟，监视设备GOOSE发布的正确性，以及一次设备数据接入的正确性常见问题和

27、测试内容常见问题和测试内容虚端子连线测试虚端子连线测试测试方法测试方法GOOSEGOOSE通信测试通信测试 GOOSE主要用于传输控制命令、开入及间隔间闭锁等数据，要求快速可靠 为了保证快速性，GOOSE仅在网络通信中的链路层传输，且可设置优先级；在模型中配置好后，通信过程中GOOSE为定长组播报文，保证了应用层处理的快速性 GOOSE按照梯形时间周期发布，保证了变化数据发布的及时性和无状态变化时的可靠性 GOOSE的发布机制、快速性和可靠性是主要测试内容 对于订阅GOOSE的设备需要测试其对收到GOOSE处理的正确性，如在GOOSE发布错误时是否能检测出GOOSEGOOSE通信介绍通信介绍G

28、OOSEGOOSE通信测试通信测试梯形时间周期发布机制梯形时间周期发布机制有事件发生时，立即发布(T0被缩短），此后以规定的最短周期(T1)发布一次，然后以上一次发布周期的2倍时间(T2，T3，）发布；这个过程至少3次，最后恢复到规定的最长周期(T0)发布GOOSEGOOSE通信测试通信测试数据变化与重发机制数据变化与重发机制 GOOSE报文中有两个数据，状态序号（stNum）和重发序号（sqNum）。在实际通信过程中，这两个数据的组合可唯一标识某一GOOSE报文的多条报文 GOOSE中数据变化时状态序号stNum递增，表示状态变化了一次；重发序号sqNum为0，表示该条GOOSE为变化报文

29、无变化重发时，stNum不变，sqNum递增 状态序号表示GOOSE数据变化的次数；重发序号表示无变化数据的重发次数GOOSEGOOSE通信测试通信测试正常的发布过程正常的发布过程发布周期 stNumsqNum说明11设备复位T0不变递增无变化重发T1递增0GOOSE变化T1不变1变化后第一次重发T2不变2变化后第二次重发T3不变3变化后第三次重发T0不变递增进入稳定条件下无变化重发过程GOOSEGOOSE通信测试通信测试设备设备GOOSEGOOSE发布测试发布测试序号测试项目备注1报文格式及编码正确性2梯形时间发布周期机制3变化事件时标，发布时标事件时标 发布时标4状态序号与重发序号5设备重

30、启时状态序号和重发序号6在状态序号递增时，GOOSE是否变化有数据变化7在重发序号递增时，GOOSE是否变化无数据变化8组网和点对点情况下发布时间测试9同一GOOSE在设备多个网口上发布数据和时间一致性测试10报文与模型配置一致性测试GOOSEGOOSE通信测试通信测试设备设备GOOSEGOOSE订阅测试订阅测试序号模拟GOOSE发布测试设备对订阅GOOSE的处理1模拟变化GOOSE2模拟错误的状态序号3模拟错误的重发序号4模拟非梯形时间发布可能会报GOOSE中断5模拟双网发布6模拟状态序号递增，无变化数据7模拟重发序号递增，数据变化8模拟复位GOOSEGOOSE复位报警9模拟错误的GOOSE

31、应丢弃GOOSEGOOSE通信测试通信测试状态序号和重发序号错误状态序号和重发序号错误/ /异常情况异常情况stNum sqNum 说明0stNum值0保留，不允许使用11设备复位10stNum为1表示设备复位，sqNum应从1开始不变不变变化或重发，stNum和sqNum至少有一个在递增不变跳变每重发一次，sqNum应该递增1不变0GOOSE变化，stNum应该递增递增非0GOOSE变化，stNum递增，sqNum应该为0跳变GOOSE变化，stNum应该递增1SVSV通信测试通信测试 SV报文中的计数器用于对每条报文编号计数，在每秒时钟同步时复位，重新计数；计数必须连续递增 时钟同步失败或

32、正常时需要置相应的同步标记 在一种采样频率下SV报文固定周期（等间隔）发送，周期偏差应该在允许的范围内 SV报文数据可能会出现跳变，这会影响到间隔层保护的功能 使用录波分析工具或网络通信记录分析系统，监视并分析SV报文计数器的正确性，发送的等间隔性和时钟同步情况；分析保护试验的波形，在一段时间内波形的稳定性等SVSV通信测试通信测试合并器守时测试合并器守时测试动模试验动模试验 主要通过实时数据仿真系统RTDS进行动态模拟试验，测试数字化设备的功能；功能测试部分与传统设备测试基本相同 将RTDS的模拟量输出接入到合并器；合并器以SV报文方式发送RTDS的仿真数据到间隔层设备 将RTDS的模拟开入

33、接入到智能终端；智能终端以GOOSE报文方式发布开入 智能终端订阅间隔层设备的控制GOOSE，输出到RTDS的模拟开出 如果RTDS能处理GOOSE和SV，则直接与间隔层设备通过网络连接进行测试；有些测试仪可以直接输出SV报文，以及GOOSE的订阅/发布 在动模试验过程中会涉及模型配置和虚端子连线，以及时间相关的测试集成测试集成测试 在对单台或少量设备测试时，网络环境简单，负荷小，互操作范围小，有些问题不宜发现，如网络延时或丢包等。因此，需要将所有设备集成在一次进行测试 集成测试主要测试设备在复杂网络环境下，与多台设备间的互操作性，设备功能是否正常等，网络性能和稳定性，也包括对网络设备的测试 集成测试环境也用于测试设备在长期运行过程中的稳定性，发现一些偶尔出现的问题 集成测试对模型及虚端子连线进