趙中華，艾紹偉，馮昊，何剛，朱軍紅

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

配電自動化系統(tǒng)主站對配電網(wǎng)中的架空線路、配電所、配電變壓器的遙測、遙信、告警等信息進(jìn)行采集，通過工作站對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展示，同時通過監(jiān)控畫面對配電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)、設(shè)備運行狀態(tài)等進(jìn)行實時監(jiān)控。工作站可以對配電設(shè)備進(jìn)行遙控操作，對故障進(jìn)行隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供等。在實際應(yīng)用配網(wǎng)前，需要對配電主站的功能和性能進(jìn)行測試驗證。由于配電網(wǎng)的特殊性，無法進(jìn)行現(xiàn)場驗證，所以需要搭建實驗平臺對主站的功能和性能進(jìn)行測試驗證[1]。

本文設(shè)計了一套虛實結(jié)合的配電主站實驗平臺，該平臺利用配電網(wǎng)中的實際終端、虛擬終端、實時數(shù)字仿真系統(tǒng)(RTDS)、云平臺、NTM等對主站系統(tǒng)的功能、性能、壓力、雪崩、饋線自動化(FA)等功能進(jìn)行測試，驗證了平臺的可用性和有效性。同時驗證了平臺是否滿足國網(wǎng)電力科學(xué)研究院(以下簡稱國網(wǎng)電科院)入網(wǎng)檢測試驗的要求和配電網(wǎng)現(xiàn)場運行工況模擬的要求。

1 測試平臺架構(gòu)

1.1 測試平臺設(shè)計分析

配電主站測試項目主要有功能測試、性能測試、壓力測試、雪崩測試、FA測試等。測試平臺的設(shè)計必須滿足所有測試項目的需求。配電主站的基本功能主要依賴配電終端實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)的采集、告警、開關(guān)的遙控、拓?fù)渲?、狀態(tài)顯示等。測試平臺采用配電網(wǎng)饋線終端(FTU)、環(huán)網(wǎng)柜終端(DTU)、故障指示器來測試主站的基本功能。

主站的壓力和雪崩測試需要模擬多節(jié)點大數(shù)據(jù)，真實配電終端占地空間大，費用高，接線復(fù)雜，基本不可能實現(xiàn)。所以只能依靠虛擬終端來實現(xiàn)，測試平臺需要設(shè)計一套能滿足測試需求的虛擬配電終端[2]。

圖1 測試平臺框架

FA功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量實時數(shù)據(jù)支撐，對時間指標(biāo)要求高，可采用RTDS強大的建模功能來實現(xiàn)。

配電主站國網(wǎng)電科院檢測大綱中要求主站與60臺工作站連接。如果利用60臺計算機(PC)實現(xiàn)工作站的連接，投資成本大，場地要求高，操作不方便。因此測試平臺利用服務(wù)器搭建了云平臺，通過云平臺的虛擬技術(shù)，虛擬60臺工作站，解決了工作站連接數(shù)的測試需求。

多頁面瀏覽工具(WEB)采用現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的B/S架構(gòu)并發(fā)工具louderrunning實現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析通過NTM實現(xiàn)。NTM能夠?qū)?0/100/1 000/10 000 M以太網(wǎng)的4條通道進(jìn)行監(jiān)視和數(shù)據(jù)捕獲，將捕獲的數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部存儲盤(RAID)子存儲系統(tǒng)上，供用戶分析和調(diào)用。

1.2 測試平臺整體框架

根據(jù)上述分析，本次配電主站測試平臺整體構(gòu)架如圖1所示。

測試平臺分為站控層和終端層，站控層由配電主站服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、云平臺、NTM、前置服務(wù)器、工作站組成。終端層由真實配電終端和虛擬終端組成。

1.2.1 云平臺

測試平臺利用其虛擬技術(shù)對配電主站的工作站連接數(shù)進(jìn)行測試驗證，云平臺的硬件系統(tǒng)由3臺華為服務(wù)器組成，軟件系統(tǒng)采用業(yè)界領(lǐng)先的虛擬化平臺VMware vSphere。VMware vSphere能夠通過虛擬化縱向擴展和橫向擴展應(yīng)用，重新定義可用性和簡化虛擬數(shù)據(jù)中心，最終實現(xiàn)可用性高、恢復(fù)能力強的按需基礎(chǔ)架構(gòu)，這是云計算環(huán)境的理想基礎(chǔ)[3]。

利用云平臺的虛擬技術(shù)，虛擬出60臺PC，通過在虛擬機上安裝工作站來驗證主站的工作站連接數(shù)。也可以應(yīng)用云平臺的管理平臺對工作站進(jìn)行刪減、并發(fā)操作等。

1.2.2 NTM

NTM是福祿克公司生產(chǎn)的專門對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析的工具。通過系統(tǒng)提供的4個監(jiān)視口，可以對站控層、終端層、跨區(qū)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類存儲。通過分析工具對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。用來測試配電主站數(shù)據(jù)的可靠性，判斷主站數(shù)據(jù)是否有漏送、延時等問題，并對問題進(jìn)行定位分析[4]。

1.2.3 配電終端

配電終端采用配電網(wǎng)最基礎(chǔ)的FTU、DTU、配電變壓器監(jiān)測終端(TTU)、故障指示器，上送遙測、遙信、錄波信息，接收主站的遙控命令，驗證主站的基本功能。虛擬終端采用多線程的IEC 104數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約(以下簡稱IEC 104規(guī)約)模擬源實現(xiàn)?？蓪崿F(xiàn)多終端大數(shù)據(jù)的模擬，數(shù)據(jù)可以手動觸發(fā)，也可自定觸發(fā)，觸發(fā)精度為毫秒級，滿足主站系統(tǒng)雪崩測試的要求。

1.2.4 RTDS

RTDS是電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的實時模擬系統(tǒng)，測試平臺利用RTDS的強大仿真能力，建模配電網(wǎng)一次模型，并用其中的故障模塊來實現(xiàn)配電網(wǎng)的故障模擬。故障信號通過RTDS的通信模塊模擬信號輸出卡(GTAO)輸出給前置系統(tǒng)，最終到達(dá)主站，觸發(fā)主站饋線自動化處理流程[5]。

2 測試平臺的通信

測試平臺網(wǎng)絡(luò)分為站控層網(wǎng)絡(luò)和終端層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)之間通過千兆交換機進(jìn)行連接，網(wǎng)線采用超六類網(wǎng)線，平臺網(wǎng)絡(luò)用單網(wǎng)連接。

2.1 RTDS與主站通信

RTDS模型建立以后，通過自帶的104模塊和 IEC 60870-5-104 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(以下簡稱104協(xié)議)實現(xiàn)與前置系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，如圖2所示。

圖2 RTDS與主站通信Fig.2 RTDS communicates with the master station

2.2 主站與終端通信

虛擬配電終端系統(tǒng)、真實配電終端、主站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，采用104協(xié)議進(jìn)行相互之間的信息傳輸。

虛擬終端系統(tǒng)布置在PC上，終端的個數(shù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)量取決于PC的性能。每個終端可以單獨設(shè)置虛擬IP和端口號，也可以共享一個IP，設(shè)置不同的端口號。終端提供豐富的設(shè)置界面，可以根據(jù)各種規(guī)約的終端參數(shù)、通道實時數(shù)據(jù)、遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、事件順序記錄(SOE)系統(tǒng)的故障事件進(jìn)行設(shè)置，實現(xiàn)多節(jié)點子站的接入。每臺虛擬終端可以靈活配置遙測、遙信、SOE數(shù)據(jù)的數(shù)量。

3 測試平臺的應(yīng)用

3.1 壓力測試

根據(jù)國網(wǎng)電科院檢測大綱要求，主站需接入虛擬終端6 000個，每個虛擬終端每60 s 2個遙信、2個SOE,每10 s 80個遙測(浮點型)，試驗需要持續(xù)4 h。虛擬終端系統(tǒng)采用2臺PC，每臺PC模擬3 000個終端，每臺終端接入100個遙測、50個遙信和50個SOE[6-7]。NTM的2個端口分別捕獲虛擬終端系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)和主站接收到的數(shù)據(jù)，并存放在相應(yīng)的文件中。

3.2 測試結(jié)果

壓力測試結(jié)束后，虛擬終端上送遙信變?yōu)?88萬條，SOE 288萬條，遙測69 120萬條。通過NTM的統(tǒng)計功能，計算出虛擬系統(tǒng)所發(fā)出的數(shù)據(jù)是否與設(shè)置的數(shù)據(jù)量相等，如圖3所示。A端口為虛擬系統(tǒng)捕獲的數(shù)據(jù)，B端口為主站系統(tǒng)捕獲的數(shù)據(jù)。

圖3 NTM報文統(tǒng)計Fig.3 NTM packet statistics

根據(jù)上述結(jié)果可知。

(1)虛擬終端系統(tǒng)可以很好地模擬多節(jié)點大數(shù)據(jù)量，能夠滿足配電主站壓力試驗的要求。

(2)NTM海量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)能夠正確地統(tǒng)計虛擬終端系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

(3)配電主站能夠接收模擬終端仿真配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的配電主站測試平臺采用虛實結(jié)合的方法，利用RTDS強大的實時仿真能力和云平臺先進(jìn)的虛擬技術(shù)，可以對配電主站的功能、性能、壓力、雪崩等進(jìn)行仿真測試，測試平臺操作簡單、測試覆蓋面廣，具有可擴展性和實用性。