变电站综合自动化监控主站的动态测试
    

摘 要 针对监控主站进行动态测试对提高变电站综合自动化系统的整体性能具有十分重要的意义。在对测试对象的特征和测试使命进行分析后,提出并建立了一种合适现实的数模夹杂的动态测试情况。对照各测试项目,具体论述了测试方式和测试进程。运用该模子,对一种基于LonWorks局域网络的变电站综合自动化系统监控主站进行了动态测试,效果优秀。
关头词 变电站综合自动化 监控主站 动态测试
分类号 TM764

DYNAMICTESTINGOFMAINSTATIONFORMONITORINGANDCONTROLLING
ININTEGRATEDSUBSTATIONAUTOMATION

WangPeng,WangHaiyou,WangWeiguo,GuMi,HeRenmu
(NorthChinaElectricPowerUniversity,100085,Beijing,China)

Abstract Dynamictestingisimportantforthemainmonitoringandcontrollingstationinintegratedsubstationautomation.Thispaperproposesadigital-analoghybridmodelforsystemdynamictestingbyanalyzingthetestingtasksandcharacteristicsofthetestingobject.Thetestingmethodandprocessaredetailed.Byusingthemodel,thedynamictestingonamainmonitoringandcontrollingstationinintegratedsubstationautomationsystembasedonLonWorksnetworkiscarriedout.Theresultsshowthattheproposedmodelissatisfactory.
Keywords integratedsubstationautomation mainmonitoringandcontrollingstation dynamictesting

0 引言
  随着国内许多变电站综合自动化系统的投进运行,响应的研究和计议也趋于深进[1~5]。在变电站综合自动化系统中,监控主站充任站内的庇护、丈量、控制及通讯装配与变电站运行人员之间的接口,它准确、实时地转换与传输变电站的运行状态信息和运行人员的控制饬令,是整个系统正常运转的条件,地位十分重要。今朝,站内的各微机庇护装配、控制单元及通讯网络的性能指标都已较高,但监控主站的性能却是亏弱环节。
  若何尽早消除监控主站的缺陷,尽量避免发闹事故时蒙受损失,若何对监控主站的性能进行合理评价,都是亟待解决的问题。软件工程提供的“测试”(testing)概念是一个好的解决方案[6~8]
  针对基于LonWorks局域网络的变电站综合自动化系统监控主站软件平台,在充实分析测试对象的根蒂根基上,本文提出了一种实用的动态测试模子,建立了一套数模夹杂的变电站模拟系统,并对监控主站进行了完整的动态测试。

1 今朝现状
  今朝在许多系统的监控主站的运用验收上存在以下概念:
  a.各个丈量和控制“对点”准确,用户所需的各项功能均能知足(如各类图形、表格),是以系统的监控主站是及格的;
  b.系统已在现场投运了数套,今朝尚无问题,所以系统的性能过硬。
  事实上,对于概念a,虽然正常数据信息下的“对点”准确是必需的,但对于无效或毛病信息的容错能力一样很关头,由于系统持久运行中站内装配发犯错误信息的可能性是存在的。对于概念b,用现场运行的数目和时间来衡量显然不够严酷。由于现场运行中,事故运行状态和正常运行状态差异很年夜(如信息量和信息的重要性),监控主站能否在各类事故运行情况下保证靠得住性更为重要。可是,事故状态泛起较少,一些复杂故障情况,在一个具体的变电站中可能几年才会遇到。

2 测试对象及测试使命分析
2.1 测试对象及特点
  本文计议的变电站自动化系统的结构如图1所示。

图1 基于LonWorks的变电站自动化系统结构
Fig.1 Structureofintegratedsubstationautomation
systembasedonLonWorks

  系统采用分层散布式,站内通讯网络采用美国ECHELON公司的LonWorks总线结构,站内的庇护、丈量、控制及通讯装配划分作为一个智能网络节点同总线相连。由于采用面向对象的设计,变电站所包括的变压器、电容器、备自投装配及各条线路等均对应一个LonWorks网络节点;担任就地监控的PC机和远动使命的PC机也对应一个LonWorks网络节点。所有毗连在网络上的节点是平等的,但从功能角度将前者称为距离层,后者称为主站层。各节点依照功能下放的原则完成其自力的使命,节点之间按LonWorks规约以报文的形式传递信息。
  后台监控软件是在WindowsNT4.0下采用PCSoft公司的WIZCON7.0平台开发,自LonWorks网络到WIZCON的上行报文处置采用WIZCON的API机制,自WIZCON到LonWorks网络的下行进程采用DDE热链接。由于本文探讨监控主站的动态测试,是以为了分析清晰起见,以下不斟酌远动PC机。
  依照变电站自动化的要求,监控主站主要完成两项使命。一个是上行使命:接收并诠释站内庇护、丈量等装配发送的上行报文,并将成效经由过程友好、直观的人机界面显示给变电站的运行人员;另外一个是下行使命:接收并诠释运行人员经由过程人机界面下达的控制饬令,随后经由过程LonWorks将其下传至庇护及控制装配。两项使命的特点是:上行使命是年夜量的和延续性的;而下行使命是少许的和间歇性的。
  值得注重的是,在变电站正常运行和事故运行两种状态下,监控主站的使命具有分歧的特点。正常运行时,站内各装配按时上送远测、远信等报文,数目较少,且每帧报文的处置进程简单。发生故障时,可能引发多个装配一起上送庇护动作、庇护告警、SOE等报文,这些报文较远测和远信报文优先级高,处置进程复杂。但此时运行人员往往更需要进行一些操作(下行使命),以控制事态,而这些下行报文一样具有高优先级。
2.2 动态测试的使命分析
  衡量监控主站性能的指标比力多,如功能齐全,响应速度快,靠得住性高,维护利便等。其中,功能齐全和维护利便等项的测试方式简单且容易实现(如对照需求分析进行人工走查等)。除此之外,动态测试需完成的使命分以下两类。
2.2.1 单信息的测试
  从纠合论的概念讲,监控主站体现的是物理装备与计较机界面之间的映照关系。
  对于上行使命,物理装备纠合用A暗示,监控主站界面纠合用A′暗示:
  A={模拟量a1,…,模拟量am,数字量b1,…,数字量bn,伪变量c}
             
其中 伪变量c存在的缘由在于数据传输中的可能毛病;c′为当c泛起时界面的相关响应信息;vai为ai现实取值;Φai为ai的界说域;αi为取值在界说域外时界面的相关处置信息;bi′的暗示形式与ai′类似。
  这样纠合A与纠合A′建立起逐一映照关系(见图2)。类似地,下行使命也存在监控主站界面纠合B′与物理装备纠合B之间的逐一映照关系。

图2 A与A′的逐一映照关系
Fig.2 Mappingrelationshipfromonetoone
betweenAandA′

  单信息测试的目的就是要验证A与A′、B′与B之间的逐一映照关系。是以,测试不仅包括传统的“对点”工作,而且要进行年夜量的无效代码测试。
2.2.2 年夜量信息的测试
  a.不仅知足正常情况下,而且要保证当变电站泛起故障而信息年夜规模地涌上LonWorks网络时,监控主站不死机、不丢失重要信息。为此,采用主站系统的负载水平[2]、报文的处置率、主站系统的内存变化趋向等指标来衡量;
  b.不仅知足正常情况下,而且要保证当变电站泛起故障而信息年夜规模地涌上LonWorks网络时,信息的快速响应。为衡量系统的响应速度,界说主站的响应时间HRT(hostresponsetime)为:从操作员下达一个远控饬令起头,到由饬令而引发的装备动作并在屏幕上显示为止的整个进程时间。

3 动态测试模子
3.1 模子结构
  完成上述的动态测试使命,需要有优秀的动态测试情况。动态测试情况可以采用的模子有物理模子、数字模子及数模夹杂模子。
  本文彩用的数模夹杂模子是用计较机和现实装配一起组成动态测试情况,能够较好地知足动态测试的要求。数模夹杂模子的结构如图3所示。

图3 变电站自动化数模夹杂测试模子的结构
Fig.3 Structureofthedigital-analoghybrid
modelforintegratedsubstationautomationsystem

  变电站自动化系统中的统一类装配在模子中都必需有一个对应的RN,其余装配则用VN来模拟。操作机构是一个能跳、合闸的物理装备,它同RN的数据是双向的。在测试时,操作机构同RN的毗连可以手工完成。庇护测试仪的作用是向RN提供模拟量或开关量(折合成高、低电平)。LonBuilder是LonWorks总线网的监视节点,可以监视网络信息流的统计特征。
3.2 VN的实现
  在数模夹杂模子中,赋予VN的作用是单一地模拟各类RN的上行进程。RN的上行进程可以分化为3步:收集数据;数据打包成LonWorks报文花式;经由过程专用通讯接口发送到网络上(如图4)。对照此进程,用1号计较机(PC1)模拟p个VN的步骤如图5所示。

图4 RN的上行进程
Fig.4 UpprocessofRN

图5 计较机模拟p个VN的实现
Fig.5 Implementationofcomputeranalogyof
pvirtualnodes

  图中,数据生成器模拟了RN的数据收集进程,凭据测试项目的分歧其生成划定规矩也分歧。报文生成器的作用在于形成合适变电站自动化系统内部规约花式的数据报文,而从变电站自动化系统内部规约花式到LonWorks规约花式的转换则在LonWorks通讯接口中实现。报文生成器的另外一个作用在于赋予报文以响应的属性组C(C1,C2,C3),其中,C1为报文优先级别,C2为报文应对机制,C3为报文重发机制。报文发送控制器的作用在于将p个报文生成器的报文进行排队,串行经由过程通讯接口发向LonWorks网络。这是由于p个VN现实上只有一个物理的通讯接口。报文排队的同时,报文发送控制器还要控制报文发送的平均速度,发送速度随测试项目的分歧而分歧。

4 动态测试方式
  凭据上述模子的描写,动态测试有3种工作方式:
  a.“VN方式”,即测试时仅由VN类节点发送报文信息。
  b.“RN方式”,即测试时仅由RN类节点发送报文信息。
  c.“VN RN方式”,即测试时由VN类节点和RN类节点同时发送报文信息。
  针对测试使命要求,动态测试的实现进程以下。
4.1 单信息的测试进程
  对于单信息的测试,传统的“对点”工作既可按传统的“RN方式”,也可按“VN方式”;无效代码测试按“VN方式”进行。
  此项测试中,测试用例的生成十分关头。例如,假定用VN1模拟线路庇护CSL216B装配,针对A相电压模拟量a1进行测试。依照逐一映照的原则,需要验证a1必然致使a1′,不成能致使a1′,即

a1→a1′,a1

其中 为a1对于纠合A的补集。
  实现a1→a1′,数据生成器中发生数v的划定规矩采用黑盒测试(black-boxtesting)的等价类划分(equivalencepartitioning)方式和边值分析法。
  实现a1′,焦点在于生成伪变量c。数据生成器中发生c的划定规矩采用各类数据的变异体(mutation)方式,即对特定数据报文的相关字节有意地植错。
  今朝,单信息的测试成效仍需要人工判断。
4.2 年夜量信息的测试进程
4.2.1 对年夜量信息的a项测试
  依照“VN方式”进行。主站系统的负载水平可以经由过程WindowsNT所提供的性能监视器所监视的中央处置器的处置时间来衡量[2]。报文的处置率r,可以经由过程LonBuilder的报文统计量NLON与监控主站PC机中处置报文统计量NHPC的比力来实现。即
               (1)
当NLON=NHPC时,r=100。
  主站系统的内存变化趋向可以经由过程WindowsNT所提供的使命经管器中“性能”标签的“内存使用记实”图来观察。
  在此项测试中需要注重以下几点:
  a.由于在监控主站智能节点的寄存器内和主站软件中均有可能设置有缓冲区,是以,对报文处置率的测试必需经长时间的测试才有意义。否则,主站有可能由于缓冲区的存在而袒护报文丢失现象。
  b.模拟变电站故障情况时,需要在报文生成器中改变报文的属性组C;同时,需在报文发送控制器中增年夜报文的发送速度。
  c.对于实时运行的法式,若是处置不妥,可能造成内存逐渐被占用,直到泛起死机现象。这类现象在法式中采用多使命、多线程、多进程等技术后更容易泛起[5]。是以,持久观察内存变化趋向具有十分重要的意义。实践中,我们采用72h运行观察。
  d.由于测试是针对监控主站进行的,自距离层的VN和RN到监控主站却还触及到网络,所以VN发生的测试用例是否提供到监控主站需要一个判断准则。对于“VN方式”,LonBuilder和k台PC机的报文发送计数器一起可以给出测试用例的有用性判据。设测试进程中LonBuilder的报文统计量为NLON,第i台PC机的报文发送计数器报文记数为Ni,则测试用例有用性判据的条件为:
                 (2)
4.2.2 年夜量信息的b项测试
  依照“VN RN方式”进行。需要注重的是:
  a.由于模子的限制,在HRT的测试中疏忽了开关动作的机械进程。但这个时间同其他节点及装备没有耦合关系,对于具体装备是固定的和已知的。
  b.模拟变电站故障情况时,需要在报文生成器中改变报文的属性组C;同时,需在报文发送控制器中增年夜报文的发送速度。

5 测试模子评价[9]
  数模夹杂模子中保留RN的目的在于对监控主站快速性的测试(以响应时间HRT为指标),而年夜量用到VN则阐扬了计较机的灵活性。是以,数模夹杂模子会聚了物理模子和数字模子的优点。
  比力图4和图5,可以看出模拟系统同现实系统的差异在于用n k个物理节点的网络竞争模拟n m个物理节点的竞争。由于LonWorks网络协议中采用的算法为CSMA/CD,即载波监听多路会见/抵触触犯检测方式,是以,数模夹杂模子的平均速度必然年夜于其模拟对象(由于n k<n m)。也就是说,监控主站在模拟系统下的吞吐量比在其对应的真实系统下的吞吐量年夜,模拟系统仿真的情况更为刻薄。所以测试成效是可信的。


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    收录时间:2014年04月18日 03:13:14 来源:E路风机网 作者:匿名
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