繼電保護是構成我國智能電網的重要組成部分，在保障電網安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮著極其重要作用［1-2］。如今伴隨著數字化保護的推廣，就地化保護緊鑼密鼓地試驗驗證、掛網試運行［3］，加上繼電保護呈現多類型并存、多技術嵌套的格局，從而使其研發(fā)過程測試日漸復雜。
但繼電保護基本測試要求并沒有改變［1］，對其全生命周期測試技術的研究依然是當前研究的熱點問題之一。文獻［4-5］采用分布式系統(tǒng)和模塊化設計思想，利用 Python 腳本語言構建裝置閉環(huán)測試系統(tǒng)，實現回歸測試; 但利用 Python 腳本語言實現測試繁瑣且難于掌握，不利于全員推廣。文獻［6］基于繼電保護統(tǒng)一建模思想提出了生產測試階段的自動化測試系統(tǒng)，有效提高了生產測試效率。文獻［7-9］分別針對低壓保護、就地化保護、特殊罩式配電網終端裝置( feeder terminal unit，FTU) ，提出了生產自動檢測方案，有效提高了生產測試效率。文獻［10-11］分析了智能變電站二次系統(tǒng)測試方法，提出了系統(tǒng)級測試平臺方案，為智能變電站運維和故障檢修提供了新方法。文獻［12-15］提出了智能變電站測試平臺，為智能變電站現場系統(tǒng)測試提供了測試解決方案。文獻［16-18］討論了繼電保護測試用例生成方法，通過模版或測試用例智能生成技術，為繼電保護功能自動測試提供了新思路。以上研究可以看出，對繼電保護研發(fā)過程測試的研究相對較少，其高效協(xié)同測試并未得到有效挖掘。
繼電保護研發(fā)過程測試的需求主要取決于以下2 點: ①不同研發(fā)階段對測試工具要求不同，如單元測試和系統(tǒng)測試，但快捷測試和裝置級邏輯功能連續(xù)測試是其基本需求。②對于開發(fā)時間緊的新產品、新裝置，協(xié)同開發(fā)裝置級測試用例需要有相應工具支撐。但目前商用繼電保護測試儀僅能實現單項功能測試，協(xié)同快速開發(fā)和高效復用測試用例具有一定難度，傳統(tǒng)網絡文件共享可以讓測試用例發(fā)揮一定作用，但多級測試數據文件在數量巨大的情況下，很難做到有效管控，而近幾年快速發(fā)展的云技術可以有效解決這一難題?；谏逃迷萍夹g提供的云共享服務為測試用例文件分類管理、權限管理、海量數據文件高速檢索及上傳下載等功能提供了高效解決方案。
本文針對繼電保護研發(fā)測試特點，通過底層測試數據解耦，使繼電保護研發(fā)過程測試所需的裝置數據和測試數據趨向獨立，從而形成低耦合測試數據文件，即裝置配置數據和裝置測試數據; 再通過映射技術實現了模擬量、開關量和裝置定值數據的高效復用; *后，基于云共享實現裝置配置數據和測試數據的自由導入導出，并完成連續(xù)測試流程的自由控制。
1 系統(tǒng)設計
1. 1 系統(tǒng)總體設計
如圖 1 所示，繼電保護測試系統(tǒng)有上位機軟件和測試終端構成。前者負責測試數據編輯、管理、監(jiān)視與測試流程控制等; 后者負責解釋命令數據并按要求進行模擬量和開關量的同步輸出等。本文提出的測試系統(tǒng)有位于*下層的測試層、位于中間層的數據共享層及位于*上層的數據分析層組成。
在圖 1 中，測試層有若干測試個體組成。每個測試個體有測試終端和被測繼電保護組成，實現物理信號對接，并構建閉環(huán)測試環(huán)境。
利用商用云業(yè)務構建研發(fā)級繼電保護測試平臺，實現測試資源整合與高效共享，該共享不僅局限于傳統(tǒng)測試業(yè)務網絡分享，更重要的是基于云業(yè)務特點，通過一系列底層和頂層設計將測試數據解耦，實現業(yè)務相關數據的高效利用。數據共享層有基于研發(fā)測試“4 要素”設計的裝置配置、裝置測試數據、裝置測試工程和裝置測試報告相關云數據組成。系統(tǒng)通過云端數據快速構建裝置測試用例，進行裝置級邏輯功能的全自動回歸測試和系統(tǒng)級測試。測試數據云共享真正實現了研發(fā)測試數據的高效創(chuàng)建與快速測試。
數據分析層是建立在數據共享層上的**應用。根據實時測試報告數據云，建立繼電保護產品研發(fā)質量跟蹤、控制和考核體系，實現研發(fā)過程產品質量的透明控制。限于篇幅，本文不做探討。
1. 2 測試系統(tǒng)組成
繼電保護測試系統(tǒng)上位機軟件，由裝置配置數據編輯模塊和裝置測試數據編輯模塊組成的編輯子系統(tǒng)，云端工程管理模塊和本地工程管理模塊組成的工程管理子系統(tǒng)、測試流程控制子系統(tǒng)，IEC103 通信模塊與 IEC 61850 通信模塊及測試終端通信模塊組成的通信子系統(tǒng)構成，如圖 2 所示。測試終端采用基于統(tǒng)一建模的繼電保護測試儀 HELP9000。該測試儀硬件配置靈活，輸入輸出點數不受限制，能對各類繼電保護實現真正閉環(huán)測試［3］。
圖 2 中的裝置配置數據模塊主要由圖 3 所示的信息功能模塊組成。為了快速構建測試用例，系統(tǒng)支持從智能站全站系統(tǒng)配置文件( substation configuration description，SCD) 和描述智能電子裝置( intelligent electronic device，IED) 能力文件，一鍵轉換為具有面向通用對象的變電站事件( generic object oriented substation event，GOOSE) 輸入輸出配置及采樣測量值( sampled measured value，SMV)輸入輸出配置的通用 GOOSE 數據文件。針對合并單元和錄波裝置的特殊應用，系統(tǒng)開發(fā)了 GOOSE文件輸入和輸出數據轉化功能?；谕ㄓ?GOOSE數據 文 件，系 統(tǒng) 提 供 IEC 61850 中 SMV 9-2 和
GOOSE 開關 量 的 各 種 參 數 設 置; 同 時 提 供 IEC60044-8 數字量和小信號模擬量( 可測試流程控制模塊可以實現對 IEC 61850-SV、IEC 60044-8 兩種數字量和小信號模擬量的同時測試控制，該功能實現了對常規(guī)保護、數字化保護及數字采樣常規(guī)出口繼電保護的自由靈活測試。
圖 3 中裝置測試數據編輯模塊實現了對試驗故障類型數據文件的讀取、顯示、編輯及保存功能。本模塊開發(fā)了手動試驗、遞變試驗、光伏試驗等試驗測試類型。遞變試驗開發(fā)了基于遞增、階梯、脈沖和諧波的模擬量輸出控制模式; 手動試驗開發(fā)了自動步長和脈沖遞變的模擬量輸出控制模式。基于開關量觸發(fā)和時間觸發(fā)的遞變試驗適應于繼電保護研發(fā)過程中的系統(tǒng)集成測試和回歸測試; 而手動試驗可以作為研發(fā)過程中的快捷測試手段，用于研發(fā)過程邏輯功能的日常調試。
2 系統(tǒng)軟件核心設計
研發(fā)過程測試“4 要素”: ①建立裝置配置文件。讀取裝置數據模型，進行模擬量通道設置。②設計測試數據文件。基于裝置配置文件設置模擬量通道輸出參數、開關量輸出參數及監(jiān)視數據等。③執(zhí)行測試過程。進行快捷測試或對裝置進行全功能系統(tǒng)級測試。④搜集測試報告。系統(tǒng)根據每個測試用例的測試情況，產生測試報告，并實時上傳云端?！? 要素”中核心設計是實現配置文件和測試數據文件的解耦，2 個數據文件密切聯系，但各自修改又互不影響; 而對于系統(tǒng)集成測試，測試數據文件少則幾十個，多則上千個，往往測試數據的改變，會帶來一系列數據修改，改動工作量十分龐大。本文將通過以下技術解決研發(fā)測試所存在的快速創(chuàng)建、協(xié)同開發(fā)、批量修改等諸多問題。
2. 1 云端與本地工程管理技術
云端與本地工程管理技術主要解決研發(fā)過程測試中測試用例的創(chuàng)建與操作。圖 4 中云端與本地工程管理中設計了裝置配置數據、裝置測試工程、裝置測試數據和裝置測試報告共 4 類數據類型，實現本地與云端的相互傳輸。
在本地工程管理上，利用 Python 的簡單、易擴展、邊解釋邊執(zhí)行且能完成復雜測試任務等特點［19-21］，通過 PythonQt 腳本引擎，實現 QT 與 Python 腳本之間通信，將界面執(zhí)行數據返回給 Python，Python 再將計算結果返回給 QT。通過 QT 和Python 混合編程技術實現測試用例的靈活創(chuàng)建，即通過界面創(chuàng)建測試用例，或通過執(zhí)行 Python 腳本進行測試用例的批量創(chuàng)建。
基于 HTTP 協(xié)議開發(fā)本地與云端接口訪問功能，實現本地文件和云端文件的上傳下載。云端工程管理實現了按照時間或文件名模糊檢索的功能。位于云端的裝置配置數據、測試用例數據或測試工程數據，均可一鍵下載到本地并執(zhí)行測試。
2. 2 大間隔數據映射技術
變電站實際物理間隔具備模擬量、開關量、裝置定值、動作報文等特征數據，而大間隔數據映射技術就是基于該特征數據形成的一種高效操作方案。模擬量可以用測試終端數據模型中的 SV9-2數字量、IEC 60044-8 數字量或常規(guī)小信號模擬量進行映射; 裝置定值和事件順序記錄( sequence ofevent，SOE) 可以用裝置 IEC 103 或 IEC 61850 數據模型定值和 SOE 進行映射; 裝置開入、開出可以用測試終端模型數據映射，還可以用繼電保護背板數據模型映射。大間隔數據集映射技術使測試數據文件和裝置配置文件解耦，多種數據源選擇使創(chuàng)建測試數據文件更加容易，同時間隔間的切換也輕而易舉，且對于測試間隔較多的母線、元件等保護裝置尤其便利。
2. 3 模擬量、開關量數據映射技術
模擬量間隔切換主要解決超過 1 個間隔的測試數據快速構建問題?；诖箝g隔數據映射的操作設計為模擬量間隔快捷切換提供了技術支撐，這也使得測試數據文件中的數據和裝置配置數據信息解耦。在圖 5 中，基于配置數據建立的過流測試任務集合**管理文件夾中建立公共數據文件 pubData. xml，該文件記錄了創(chuàng)建該集合二級文件夾下測試用例所用到的間隔字符串指針。當創(chuàng)建測試任務管理文件時，所有測試數據文件都引用該字符指針。如實現各間隔快速切換，通過鼠標右鍵復制該工程，并 改 變 pubData. xml 文件中間隔指針的指向。
針對裝置開入、開出、定值、SOE 這 4 類數據，本文采用測試數據內部短地址進行統(tǒng)一管理，并提供這 4 類數據重映射功能。默認公共短地址均以CaseGroup 開頭，中間根據信號類型設置默認字符。圖 6 中，左側是二級管理文件夾中若干測試用例數據及原始信號映射數據，右側是 pubData. xml保存的內部短地址。當創(chuàng)建左側測試數據文件時，系統(tǒng)自動為這些數據創(chuàng)建如 CaseGroup. BI. BI1 式的全局**內部短地址，并指向該實際數據，同時將這些數據保存在 pubData. xml 文件中; 測試數據文件僅保存信號內部短地址及測試屬性數據。當執(zhí)行測試用例時，通過搜索信號數據庫獲取實際輸出信號。
從圖 6 可以看出，CaseGroup. BI. BI1 內部短地址映射到 N 個測試用例文件中，如果改變 N 個測試文件中的裝置開入，例如 BI1，僅需改變該短地址指向信號輸出終端的開出實例數據即可。本系統(tǒng)采用圖形化界面，通過快速拖拽 4 類原始數據，實現**測試用例管理文件夾下所有測試用例的快速重映射功能。
3 結束語
本文通過對繼電保護研發(fā)過程測試進行長期跟蹤，并對其特點及需求進行深入分析，在繼電保護測試系統(tǒng)上位機軟件側，實現測試底層數據解耦，進而建立企業(yè)級共享數據云; 通過頂層和底層系統(tǒng)設計提出了繼電保護測試核心解決方案，并開發(fā)了上位機測試系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)解放了研發(fā)人員，使其更加專注產品研發(fā)，提高了研發(fā)過程測試效率;同時該方案在繼電保護全生命周期測試的其他環(huán)節(jié)，均具有一定借鑒意義。
