智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统及检测方法

摘要

本发明公开了一种智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统及检测方法，智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统，包括控制管理机和检测执行装置；同时也公开了该系统的检测方法，包括自动检测模式和手动检测模式。本发明实现了针对智能变电站继电保护测试仪的检测系统及该系统的检测方法，解决了现有技术验证继电保护测试仪不同功能时需要构建不同的测试环境，实现复杂、繁琐，更无法实现对继电保护测试仪的自动检测的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统及检测方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着IEC 61850标准体系的推广应用，电子式互感器、模拟量输入合并单元、智能终端等智能设备的逐步实用化,智能变电站中设备之间的信息交互方式由大量的电缆传输被以太网通信所代替。继电保护测试仪作为电力系统中检测二次设备功能和性能的重要设备,其实现方式以及输入、输出方式也势必顺应智能变电站需求的发展,满足智能设备的测试要求。

智能变电站继电保护测试仪可以模拟合并单元（MU）按照IEC61850-9-2或IEC60044-7/8（即FT3）帧格式发送采样值，通过订阅、发布GOOSE报文，对继电保护、测控、电度表等智能设备进行闭环测试。测试仪将电压、电流量和开关量按照IEC61850协议打包并实时发送至被测设备，而被测设备的动作信号反馈回测试仪，测试仪按照一定试验方式改变输出量的幅值、相位或状态，并监测反馈量的正确性，实现相应功能和性能的闭环测试。

智能变电站继电保护测试仪功能的正确和性能的可靠，是保证试验结果准确的必要条件，也是保证智能变电站系统可靠运行的基本条件。但是，目前国内还没有针对智能变电站继电保护测试仪的专用测试设备或测试系统。验证继电保护测试仪功能和性能只能通过其它间接的方法进行，这使得验证不同的功能需要构建不同的测试环境，实现复杂、繁琐，更无法实现对继电保护测试仪的自动检测。

发明内容

本发明提供了一种智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统及检测方法，实现了针对智能变电站继电保护测试仪的检测系统及该系统的检测方法，解决了现有技术验证继电保护测试仪不同功能时需要构建不同的测试环境，实现复杂、繁琐，更无法实现对继电保护测试仪自动检测的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统，包括控制管理机和检测执行装置；所述控制管理机用以制定检测任务，为检测执行装置分配检测任务，控制继电保护测试仪的输出，监视检测过程，接收并存储检测执行装置的检测结果，根据检测结果自动生成检测报告，所述控制管理机包括计划制定模块、过程监视模块、报告生成模块和存储模块；所述检测执行装置接收控制管理机分配的检测任务，接收并存储继电保护测试仪输出的所有报文，根据分配的检测任务处理分析报文，完成检测任务并将检测结果发送给控制管理机；所述检测执行装置包括FPGA、CPU、时钟模块、电源模块、第一以太网接口、第二以太网接口、光以太网接口、光串口和光B码对时接口；所述电源模块为检测执行装置供电，所述FPGA和CPU相连，所述FPGA和CPU均连接有存储设备，所述时钟模块分别与FPGA和CPU连接，所述CPU、第一以太网接口和第二以太网接口依次连接，所述光以太网接口、光串口和光B码对时接口均与FPGA连接，所述第二以太网接口、光以太网接口、光串口和光B码对时接口作为检测执行装置与继电保护测试仪的连接端口，分别与继电保护测试仪相连接；所述第一以太网接口还作为检测执行装置与控制管理机连接端口，与控制管理机的以太网接口连接。

与FPGA连接的存储设备包括ROM、RAM；与CPU连接的存储设备包括ROM、RAM和FLASH。

所述控制管理机为PC机或工控机。

智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统的检测方法，其特征在于：包括自动检测模式和手动检测模式；

所述自动检测模式的过程包括以下步骤：

步骤（A1），制定检测任务：选择检测项目，建立检测任务列表；

步骤（B1），控制管理机调用动态链接库中的控制接口函数和与检测项目对应的预先统一定义的XML格式参数文件，实现对继电保护测试仪的输出控制；

步骤（C1)，检测执行装置接收继电保护测试仪输出的所有报文；

步骤（D1)，检测执行装置根据检测项目处理分析接收到的报文，获取检测结果，并将检测结果发送给控制管理机；

步骤（E1)，查看检测任务列表是否有未完成检测项目，如果有则重复步骤（B1）至步骤（D1)，对下一项检测项目进行检测，如果没有则转至步骤（F1）；

步骤（F1)，控制管理机保存接收的所有检测结果，并生成检测报告；

所述手动检测模式的过程包括以下步骤：

步骤（A2），制定检测任务：选择检测项目；

步骤（B2），选定一项检测项目，手动配置与选定的检测项目对应的XML格式参数文件；

步骤（C2），手动控制继电保护测试仪按照对应的XML格式参数文件中的参数进行输出；

步骤（D2），检测执行装置接收继电保护测试仪输出的所有报文；

步骤（E2），检测执行装置根据检测项目处理分析接收到的报文，获取检测结果，并将检测结果发送给控制管理机；

步骤（F2），检测是否已结束，如果未结束，则重复步骤（D2）至步骤（E2），如果已结束，则转至步骤（G2）；

步骤（G2），控制管理机保存接收的所有检测结果，并生成检测报告。

所述实现对继电保护测试仪的输出控制方法如下，

A) 控制管理机自动加载动态链接库，调用动态链接库中的联机函数，若联机失败直接进入检测异常处理流程，结束检测，卸载动态链接库；若联机成功，则进入后续步骤；

B）检查与检测项目对应的XML格式参数文件中的参数；

C)调用动态链接库中的控制接口函数，将与检测项目对应的XML格式参数文件传递给继电保护测试仪，控制继电保护测试仪的输出；

D）若继电保护测试仪未能成功输出，则直接进入检测异常处理流程，结束检测，卸载动态链接库；若继电保护测试仪成功输出，进入后续步骤；

E）若检测项目对于继电保护测试仪无需外部触发就开始试验，控制管理机直接调用动态链接库中的结果查询接口函数，检查继电保护测试仪是否产生试验结果；若检测项目对于继电保护测试仪需要外部触发才能进行试验，控制管理机调用动态链接库中的触发接口函数，触发继电保护测试仪进行试验，然后控制管理机再调用动态链接库中的结果查询接口函数，检查继电保护测试仪是否产生试验结果；

F）若继电保护测试仪未产生试验结果，检查继电保护测试仪是否已停止试验，若未停止试验，继续调用动态链接库中的结果查询接口函数，对继电保护测试仪的试验结果进行查询；若继电保护测试仪已停止试验，停止检测；

G）若继电保护测试仪已有试验结果，则控制管理机对继电保护测试仪的试验结果进行分析、处理，判断继电保护测试仪试验结果的正确性，然后检查是否需要对继电保护测试仪继续进行检测，若需要，重复步骤B）至步骤D）；若不需要，停止检测；

H）释放检测，卸载被测装置的动态链接库。

本发明的有益效果是：1、本发明通过连接的控制管理机和检测执行装置实现了智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统，填补了国内继电保护测试仪的测试系统空白，提高了继电保护测试仪测试结果的可信度，保证了智能变电站可靠运行；2、本发明的控制管理机通过调用动态链接库中的控制接口函数和XML格式参数文件，实现对继电保护测试仪的输出控制，检测执行装置接收并处理继电保护测试仪输出的报文，检测继电保护测试仪的技术指标，实现自动、闭环、标准化检测；3、本发明的检测方法包括自动检测模式和手动检测模式，自动检测模式只需要制定检测任务，不需要其他干预，自动形成检测报告；手动检测模式，可灵活配置与选定的检测项目对应的XML格式参数文件，并可以针对某一检测项目进行重读排查检测。

附图说明

图1为智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统的结构框图。

图2为智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统的自动检测模式的流程图。

图3为智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统的手动检测模式的流程图。

图4为实现对继电保护测试仪的输出控制的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统，包括控制管理机和检测执行装置。

所述控制管理机为人机交互接口，为PC机或工控机，用以制定检测任务，为检测执行装置分配检测任务，控制继电保护测试仪的输出，监视检测过程，接收并存储检测执行装置的检测结果，根据检测结果自动生成检测报告，控制管理机包括计划制定模块、过程监视模块、报告生成模块和存储模块等软件功能模块。计划制定模块用以制定检测任务；过程监视模块用以监视检测过程；报告生成模块用以根据检测结果自动生成检测报告。

所述检测执行装置接收控制管理机分配的检测任务，接收并存储继电保护测试仪输出的所有报文，根据分配的检测任务处理分析报文，完成检测任务并将检测结果发送给控制管理机。所述检测执行装置包括FPGA、CPU、时钟模块、电源模块、第一以太网接口、第二以太网接口、光以太网接口、光串口和光B码对时接口；所述FPGA和CPU相连，所述FPGA和CPU均连接有存储设备，所述时钟模块分别与FPGA和CPU连接，所述CPU、第一以太网接口和第二以太网接口依次连接，所述光以太网接口、光串口和光B码对时接口均与FPGA连接，所述第二以太网接口、光以太网接口、光串口和光B码对时接口作为检测执行装置与继电保护测试仪的连接端口，分别与继电保护测试仪相连接；所述第一以太网接口还作为检测执行装置与控制管理机连接端口，与控制管理机的以太网接口连接。

上述检测执行装置中各个部件具体功能如下：

（1）FPGA实现报文的接收处理，实现精准的硬件打时标功能，并实时解析报文内容，所述FPGA连接的存储设备包括ROM、RAM，其中ROM用于存储自身硬件运行程序，RAM实现报文数据的缓存。

（2）所述CPU接收控制管理机分配的检测计划，控制FPGA执行任务，接收FPGA经过初步处理的报文数据，实现报文数据的进一步分析、异常检测，完成高精度计算及报文一致性分析，报文数据存储等功能，其存储通过与CPU连接的ROM、RAM和FLASH实现，CPU与FPGA之间通过高速、可靠的PCIE进行数据信息及控制信息的交互。

（3）光以太网口用于接收继电保护测试仪输出的符合DL/T 860.92（IEC61850-9-2）规约的SV报文、符合DL/T 860.81（IEC61850-8-1）规约的GOOSE报文。

（4）光串口用于接收继电保护测试仪输出符合GB/T 20840.8（IEC60044-8）规约的SV报文。

（5）时钟模块主要用于维护检测执行装置的时间系统，为FPGA提供精准的时钟信息，也可通过光B码对时接口对外提供同步信号，时钟模块的时间可以通过光B码对时接口与外部时钟同步，也可自身守时。

（6）光B码对时接口主要用于对外输出和输入B码信号。

（7）电源模块为整个检测执行装置供电。

（8）第一以太网接口用于与控制管理机交互信息，接收控制管理机下发的计划任务，上传检测结果，同时将控制管理机调用的控制接口命令转发至第二以太网接口，第二以太网接口直接与继电保护测试仪相连，传输控制接口命令，通过第一以太网接口和第二以太网接口，控制管理机控制继电保护测试仪的输出。

所述的智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统在检测时，检测执行装置接收、存储继电保护测试仪输出的所有报文，检测执行装置在接收光以太网接口的报文时，直接检测光功率；检测执行装置接收到SV和GOOSE报文时，标记精确的接收时间；检测执行装置对SV报文幅值、相位进行计算，检测SV报文的准确度；检测执行装置分析GOOSE报文的正确性；检测执行装置分析SV数据的同步性、GOOSE数据的同步性、SV和GOOSE之间的同步性；同时，检测执行装置还分析SV报文的间隔稳定性。

本发明所述的智能变电站继电保护测试仪自动化检测系统的检测具体方法包括自动检测模式和手动检测模式；

如图2所示，所述自动检测模式的过程包括以下步骤：

步骤（A1），制定检测任务：选择检测项目，建立检测任务列表；

步骤（B1），控制管理机调用动态链接库中的控制接口函数和与检测项目对应的预先统一定义的XML格式参数文件（XML格式参数文件主要用于配制继电保护测试仪输出的SV、GOOSE控制块等通讯参数、数据集参数及输出端口分配），实现对继电保护测试仪的输出控制；

步骤（C1)，检测执行装置接收继电保护测试仪输出的所有报文（报文包括符合DL/T 860.92规约的SV报文、符合DL/T 860.81规约的GOOSE报文以及符合GB/T 20840.8规约的SV报文）；

步骤（D1)，检测执行装置根据检测项目处理、分析接收到的报文，获取检测结果，并将检测结果发送给控制管理机；

步骤（E1)，查看检测任务列表是否有未完成检测项目，如果有则重复步骤（B1）至步骤（D1)，对下一项检测项目进行检测，如果没有则转至步骤（F1）；

步骤（F1)，控制管理机保存接收的所有检测结果，并生成检测报告；

如图3所示，所述手动检测模式的过程包括以下步骤：

步骤（A2），制定检测任务：选择检测项目；

步骤（B2），选定一项检测项目，手动配置与选定的检测项目对应的XML格式参数文件；

步骤（C2），手动控制继电保护测试仪按照对应的XML格式参数文件中的参数进行输出；；

步骤（D2），检测执行装置接收继电保护测试仪输出的所有报文（报文包括符合DL/T 860.92规约的SV报文、符合DL/T 860.81规约的GOOSE报文以及符合GB/T 20840.8规约的SV报文）；

步骤（E2），检测执行装置根据检测项目处理分析接收到的报文，获取检测结果，并将检测结果发送给控制管理机；

步骤（F2），检测是否已结束，如果未结束则重复步骤（D2）至步骤（E2），如果已结束则转至步骤（G2）；

步骤（G2），控制管理机保存接收的所有检测结果，并生成检测报告。

以上检两种测模式中实现对继电保护测试仪的输出控制方法如下，如图4所示，

A) 控制管理机自动加载动态链接库，调用动态链接库中的联机函数，若联机失败直接进入检测异常处理流程，结束检测，卸载动态链接库；若联机成功，则进入后续步骤；

B）检查与检测项目对应的XML格式参数文件中的参数；

C)调用动态链接库中的控制接口函数，将与检测项目对应的XML格式参数文件传递给继电保护测试仪，控制继电保护测试仪的输出；

D）若继电保护测试仪未能成功输出，则直接进入检测异常处理流程，结束检测，卸载动态链接库；若继电保护测试仪成功输出，进入后续步骤；

E）若检测项目对于继电保护测试仪无需外部触发就开始试验，控制管理机直接调用动态链接库中的结果查询接口函数，检查继电保护测试仪是否产生试验结果；若检测项目对于继电保护测试仪需要外部触发才能进行试验，控制管理机调用动态链接库中的触发接口函数，触发继电保护测试仪进行试验，然后控制管理机再调用动态链接库中的结果查询接口函数，检查继电保护测试仪是否产生试验结果；

F）若继电保护测试仪未产生试验结果，检查继电保护测试仪是否已停止试验，若未停止试验，继续调用动态链接库中的结果查询接口函数，对继电保护测试仪的试验结果进行查询；若继电保护测试仪已停止试验，停止检测；

G）若继电保护测试仪已有试验结果，则控制管理机对继电保护测试仪的试验结果进行分析、处理，判断继电保护测试仪试验结果的正确性，然后检查是否需要对继电保护测试仪继续进行检测，若需要，重复步骤B）至步骤D）；若不需要，停止检测；

H）释放检测，卸载被测装置的动态链接库。

本发明能用于继电保护测试仪的光纤接口发送光功率检验、装置报文一致性检验、SV准确度检验、SV输出性能检验、时间准确度检验、长期运行稳定性检验等进行检测，结合SV采样报文和GOOSE报文自动评估测试结果；并自动形成固定格式的测试报告，实现了对继电保护测试仪输出报文可靠性、稳定性、准确性的检测，时间控制及时间测量的准确性检测，提高了变电站调试质量，为智能变电站安全、可靠运行提供技术保障。而且，检测方法包括自动检测模式和手动检测模式，自动检测模式只需要制定检测任务，不需要其他干预，自动形成检测报告；手动检测模式，可灵活配置与选定的检测项目对应的XML格式参数文件，并可以针对某一检测项目进行重读排查检测。 

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。