基于动模仿真的合并单元测试研究
摘 要
智能变电站一个显著特征就是采用了时域采样、值域量化的全数字量传递系统，消除了传统模拟量传递在值域上的误差，但同时又引入一个新的问题，数据在时域上的离散误差会影响其精度等级。针对上述情况，新一代智能变电站基于动模仿真的合并单元测试系统孕育而生，系统主要构建智能变电站模拟合并单元行为，并显示仿真波形；构建智能变电站合并单元数据模拟平台，合并单元模拟终端负责仿真数据的接收以及数据向二次智能设备的实时输送，模拟实际变电站合并单元至二次智能设备的数据传输全过程；构建合并单元自动化测试功能，实现方案自动下载、自动执行、自动监控、自动分析、自动回送，从而实现了智能变电站合并单元仿真与检测一体化。
【关键词】变电站 动模仿真 合并单元
1 前言
针对上述情况研究基于动模仿真的合并单元测试系统，在配套的硬件设备支持下，可模拟合并单元行为及数据传输，并能对合并单元设备进行自动化测试。在整个测试系统中的合并单元模拟终端，作为数据传送终端，负责仿真数据的接收以及数据向二次智能设备的实时输送，模拟实际变电站合并单元至二次智能设备的数据传输全过程；作为合并单元测试设备可根据Q/GDW 11015-2013《模拟量输入式合并单元检测规范》对智能变电站合并单元进行常规标准测试。
合并单元模拟终端主要完成仿真系统中的合并单元与实际二次智能设备的关联工作，仿真合并单元，接收控制主机的测试数据，发送开始后，通过光纤口发送IEC61850-9采样至二次设备，也是测试系统的重要环节。
2 基于动模仿真的合并单元测试系统
以嵌入式Linux操作系统为核心系统，通过裁剪主要实现装置逻辑控制、界面展示支持等工作；DSP处理器完成复杂计算，提供FFT等计算密度高的算法支持；RTOS操作系统与嵌入式Linux共享硬件平台，并对特殊硬件中断进行实时响应，对时间要求高的操作进行实时应答；开发FPGA模块，对实时性要求更高的处理提供硬件中断处理。
在底层系统的基础上，系统支持以下逻辑/计算功能
设备参数管理：对测试设备自身参数进行集中管理设置。
测试参数管理：对测试案例的参数进行统一管理。
通信管理：对设备通信进行管理。
测试方案解析：对下发的测试方案进行指令级解析，生成设备执行指令集合。
指令支持引擎：执行测试方案指令，进行设备测试。
测试状态：显示装置测试过程状态。
测试报表：生成测试结果报表。
测试库：支持测试方案的测试库。
算法库：支持设备测试用的算法库。
IEC61850支持库：IEC61850协议支持库。
安全管理：设备安全接入管理。
数据存储：提供数据设备存储功能。
设备UI：提供设备人机交互界面。
3 合并单元模拟终端硬件设计
设备主要由模拟器/解析器、时间同步、功率源、标准表、开关量输入、开关量输出、无线通信等7大模块及相关的接口组成。其中，模拟器/解析器模块有众多协议子模块构成，包括了EVT/ECT、IEC60044-8、IEC61850-9-1/2、GOOSE、无线通信等协议的解析和模拟；时间同步模块提供IEEE 1588、IRIG-B、PPS时钟子模块；功率源模块包含了交流电压、交流电流、直流电流电压子模块；标准表模块包含相应交流电压、交流电流、直流电流电压子模块；开关量输出模块提供开关量输出；开关量输入提供了开关量输入。
4 合并单元模拟终端功能
4.1 对时/守时功能
因涉及智能站二次系统级仿真闭环测试，在仿真系统内需保证多个装置点的时间同步性；部分多间隔并行/跨间隔仿真测试需远距离同步多个装置。因此本系统拟采用IEEE 1588网络点对点对时技术和本地高精度时钟守时技术解决动模测试域内系统时间的一致性问题。
4.2 合并单元仿真功能
可依照合并单元的标准协议，模拟合并单元输出行为。将接收无线发送主机的仿真测试数据作为合并单元输出的通道数据，按照IEC61850 – 9的格式，以指定速率向二次智能设备的实时输送，从而模拟了实际变电站合并单元至二次智能设备的数据传输全过程。
4.3 合并单元测试功能
对合并单元的装置配置（CID），模型规范性测试，测试通信状态及性能，同步性测试、离散性测试、与电子式互感器通信状态测试，报文正确性和一致性测试，输入量测试，控制输出测试，时间同步准确度测试等功能测试，并显示测试结果。
5 基于合并单元模拟终端的仿真测试
5.1 合并单元GOOSE报文仿真测试
GOOSE发送仿真：模拟合并单元发送GOOSE基于模型中配置的GOOSE发送控制块关联的数据集中信号来进行，仿真前需要选择作为发送方的智能电子设备的模型。当无信号变位时，以等时间间隔周期性发送GOOSE信号。当检测到信号变位时，以指数变化的时间间隔重复发送GOOSE变位信号。通过修改GOOSE通道中相对应的参数后重新发送GOOSE，并记录这次GOOSE变位的信号和变位时间，通过发送的GOOSE去改变相对应断路器、刀闸的状态。
GOOSE接收仿真：模拟合并单元实时接收GOOSE报文，过滤掉与接收方无关的GOOSE发送数据包，并记录每一次的GOOSE变位信号和变位时间。接着，按ASN.1规则解析报文获得GOOSE接收信号值，从而获取断路器、刀闸位置等信息。
5.2 合并单元SV报文仿真测试
通过9-1或9-2标准的SMV报文向外传输仿真的三相电压、电流、频率等实时电量信息。模拟合并单元发送给保护测控的采样频率应为4K/s，SV报文中每1个ASDU，发送频率应固定不变；模拟合并单元给其他装置的采样频率为12.8K/S时，SV报文中每个APDU部分分配8个ASDU。
6 结论
基于动模仿真的合并单元测试系统，动态模拟合并单元行为及数据传输，可对测试结果精细图形化分析及管理。配合系统测试的合并单元模拟终端能够模拟和解析IEC60044-7/8和IEC 61850-9-1/2/2LE采样值协议，内含标准功率源及标准表，可以发送三相电压、电流模拟量、电子互感器采样值报文，通过内置的高精度对时模块，实现对合并单元的通讯测试、精度测试、实时性完整性测试、对时守时测试、相位测量、丢包测试等功能。实现合并单元及合并单元测试设备一体化，并能动态模拟现场的系统级测试。
（通讯作者：陈鹏程）
作者单位
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