專利名稱：電力自動化綜合測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力測試系統(tǒng)，特別是一種電力自動化系統(tǒng)和裝置的功能和性能的模擬及測試系統(tǒng)。
背景技術：
電力自動化系統(tǒng)，在我國得到了廣泛的應用，目前各級電力調度中心和變電站均裝備了計算機監(jiān)控系統(tǒng)和以計算機為核心的二次RTU和綜合自動化測控單元(以下簡稱“電力自動化設備”)。至目前，尚無一種綜合性的模擬測試儀器，能夠幫助電力系統(tǒng)用戶、電力系統(tǒng)設備生產廠家對電力自動化設備進行有效的模擬和測試。由于缺乏這種必要的手段和工具，造成電力自動化設備在設計、工程施工、調試、運行和維護過程等各環(huán)節(jié)上，工作效率低、工期長，出現問題協(xié)調困難；同時，電力系統(tǒng)用戶對廠家的產品缺乏準確的完備的功能和性能檢測手段，致使不符合規(guī)范的產品流入市場，為電力系統(tǒng)的安全生產帶來隱患。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種電力自動化綜合測試系統(tǒng)，要解決的技術問題是在滿足電力自動化技術規(guī)范要求的條件下對電力自動化系統(tǒng)和裝置的功能和性能進行模擬和測試。
本實用新型采用以下技術方案一種電力自動化綜合測試系統(tǒng)，包括電力自動化綜合測試儀的通訊數據處理單元，其通過網絡與主控計算機和交換機連接，通訊數據處理單元的接口與遠程端連接。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是1至16個RS232串口，遠程端是調度端自動化監(jiān)控系統(tǒng)的前置設備輸入輸出接口裝置。
本實用新型的通訊數據處理單元是1至16個。
本實用新型的通訊數據處理單元是5116單元。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是CAN網接口或以太網接口，遠程端是廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是RS232、RS422或RS485串口，遠程端是廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是CAN網接口或以太網接口，遠程端是獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是RS232、RS422或RS485串口，遠程端是獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元。
本實用新型的通訊數據處理單元還與遙信輸入單元和遙信輸出單元通過串口連接。
本實用新型的網絡是以太網，通訊數據處理單元的以太網口、CAN網接口、或串口與遠程端連接。
本實用新型與現有技術相比，電力自動化綜合測試儀的通訊數據處理單元通過網絡與主控計算機和交換機連接，通訊數據處理單元的接口與遠程端連接，這樣形成一套完整的電力系統(tǒng)的功能和性能測試系統(tǒng)，可方便驗證電力系統(tǒng)各類廠站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、電力自動化產品的功能和性能，降低了電力自動化系統(tǒng)的安全運行所存在的危險。


圖1是本實用新型實施例所用5116單元背面端子布置圖。
圖2是本實用新型實施例所用5216單元背面端子布置圖。
圖3是本實用新型實施例所用5316單元背面端子布置圖。
圖4是本實用新型實施例模擬多路廠站端時的連接圖。
圖5是本實用新型實施例模擬調度端時的連接方圖。
圖6是本實用新型實施例測試獨立的RTU/綜合自動化系統(tǒng)測控單元時的連接圖。
圖7是本實用新型實施例作為記錄儀時的連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。本實用新型的電力自動化綜合測試系統(tǒng)完成以下主要工作1、模擬發(fā)送端/接收端的電力自動化的運行，對對端的電力自動化設備進行功能模擬；2、以精確的系統(tǒng)時間，與標準時間誤差小于1ms，產生與運行現場規(guī)格一致的輸入輸出信號源，對電力系統(tǒng)二次RTU和綜合自動化測控單元進行時間準確性、辨別準確性、防抖動性能的單項/綜合測試；3、作為記錄儀，準確、完整地記錄電力自動化系統(tǒng)兩端的通訊報文，并進行在線/離線的信息分析。
模擬多路廠站端對調度端自動化系統(tǒng)SCADA測試在該使用模式下，如調度端自動化系統(tǒng)SCADA有以下兩種方式1、通過網絡方式與廠站端設備相連，可以將便攜計算機接入原系統(tǒng)以太網，以便攜計算機模擬以太網UDP通訊方式下多個端口PORT，與主機通訊，發(fā)送接收數據，這時，不同的端口對應模擬不同的廠站端設備。2、如圖4所示，通過串口方式，含調制解調方式，與廠站端設備相連，使用便攜計算機12作為控制計算機，便攜計算機的CPU為1.6GHz，內存128M，硬盤40G，深圳市西格瑪信息技術有限公司生產的5116通訊數據處理單元14，根據現場需要，可配置1～16個5116單元，模擬1～256路廠站端設備。5116單元的RS232接口與調度端自動化監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的前置設備輸入輸出接口裝置相連。便攜計算機12和5116單元14均通過網絡交換機13連接。由便攜計算機12將控制命令和相應的數據通過以太網，發(fā)送至5116單元14；由5116單元14將相應數據發(fā)送至用戶在便攜計算機上指定的對應虛擬RS232串口，模擬該路廠站端設備發(fā)送的數據，并接收SCADA系統(tǒng)的數據。
模擬調度端對廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)進行測試在該使用模式下，根據廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)與變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)或調度端自動化系統(tǒng)SCADA的不同通訊方式可選擇1、以太網通訊方式，將便攜計算機直接接入廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)的以太網中，便攜計算機即可模擬主站與廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)通訊，進行各種測試。2、如圖5所示，CAN網或以太網通訊方式，使用便攜計算機12及一臺5116單元14，兩者均接入以太網中并連接上。用戶通過便攜計算機12將數據和命令發(fā)送至5116單元14，再由該單元將數據通過CAN網接口或以太網接口發(fā)送至廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)的CAN網通訊端口15。反向的數據流向則為5116單元的CAN網端口或以太網接口接收數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。3、如圖5所示，串口通訊方式，使用便攜計算機12及一臺5116單元14，兩者均接入以太網中并連接上。用戶通過便攜計算機將數據和命令發(fā)送至5116單元，再由該單元將數據通過RS232/422/485串口發(fā)送至廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)的RS232/422/485通訊端口15。反向的數據流向則為5116單元的RS232/422/485串口接收數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。
對獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元進行測試在該使用模式下，根據對獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的不同通訊方式可選擇1、以太網通訊方式，將便攜計算機直接與獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的以太網端口互連，便攜計算機即可模擬主站與獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元通訊并進行測試。2、如圖6所示，CAN網或以太網通訊方式，使用便攜計算機12及一臺5116單元14，兩者均接入以太網中并連接上。用戶通過便攜計算機數據和命令發(fā)送至5116單元，再由該單元將數據通過CAN網接口或以太網接口發(fā)送至獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的CAN網通訊端口15。反向的數據流向則為5116單元的CAN網端口或以太網接口接收數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。3、如圖6所示，串口通訊方式，使用便攜計算機及一臺5116單元，兩者均接入以太網中并連接上。用戶通過便攜計算機數據和命令發(fā)送至5116單元，再由該單元將數據通過RS232/422/485串口發(fā)送至獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的RS232/422/485通訊端口。反向的數據流向則為5116單元的RS232/422/485串口接收數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。
根據測試性質不同，又可以分為(1)開環(huán)測試，開環(huán)測試主要用于功能測試。這種情況下并不對獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元接入由5116單元控制的實際DI/DO輸入/輸出信號。由便攜計算機和5116就構成測試環(huán)境。獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元可以是已經接入實際系統(tǒng)中；也可以是離線的獨立裝置。(2)閉環(huán)測試，閉環(huán)測試主要用于性能測試。這種情況下，可以對獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元進行如下的精確性能測試，確定裝置是否滿足部頒及其它標準的關鍵參數遙信輸入處理速度、遙信抖動濾波處理、批量遙信輸入時的準確性、SOE分辨率、遙控輸出相應速度、其它用戶需要的遙信量處理性能參數。對獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元閉環(huán)測試，由便攜計算機12、5116單元14、5216單元17，16個DI，和5316單元16，16個DO協(xié)同完成。5216單元為深圳市西格瑪信息技術有限公司生產的DI遙信輸入單元，5316單元為深圳市西格瑪信息技術有限公司生產的DO遙信輸出單元，便攜計算機和5116單元接入以太網，5216單元和5316單元通過串口與5116單元相連。5216單元DI信號端子與獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元15的DO輸出端子相連。5316單元DO信號端子與獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元15的DI輸入端子相連。獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元依據其通訊方式可以和5116單元的CAN網口或串口相連；在閉環(huán)測試狀態(tài)下，如獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元采用以太網通訊方式，則為保證時間同步及測試的準確性，也必須與5116單元的以太網口相連，進行數據通訊。在構成閉環(huán)狀態(tài)后，由于5116單元、5216單元、5316單元三者通過GPS對時，從而擁有統(tǒng)一而準確的時間，誤差不超過100ns。(3)遙信輸入的性能測試便攜計算機向5116單元發(fā)出遙信測試命令，5116單元將相關命令發(fā)至5316單元。由DSP控制的5316單元向DO出口發(fā)出DO脈沖信號，按照變電站實際DO輸出的標準，在24V～220V范圍內可調；5316單元同時準確記錄DO脈沖輸出時間T1(精度小于1ns，比照GPS的對時精度，這一誤差可忽略不計)。這一時刻，等同于獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元得到遙信輸入的時間。獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元由此開始進入遙信輸入的處理程序。當處理結束時，獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元將信息按指定規(guī)約上傳至5116單元。當5116完整接受完規(guī)約報文后，記錄準確時刻T2，則獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元對遙信的響應時間為T3＝T2-T1。由測試系統(tǒng)自身所產生的極限誤差將不超過200ns。由于5316單元擁有16個DO信號輸出端子，可以同時以小于100ns的間隔連續(xù)輸出多路信號，高精度測試獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的SOE分辨率和準確性。同樣由于SIGMA-5316單元擁有以小于100ns的間隔連續(xù)在某一指定端子上輸出脈沖信號，可以高精度獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的遙信防抖動濾波處理性能。(4)遙控輸出的性能測試便攜計算機向5116單元發(fā)出遙控測試命令，5116單元將按指定規(guī)約將命令發(fā)至獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的通訊端口；同時5116單元準確記錄發(fā)出命令時的精確時刻T4(精度小于1ns，比照GPS的對時精度，這一誤差可忽略不計)。獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元由此開始進入遙控輸出的處理程序。當處理結束時，獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元將向其遙控輸出端子發(fā)出24V～220V脈沖信號。這一脈沖信號通過其與5216單元DI端子的連接，被5216單元采集獲得。在DSP控制的5216單元獲得DI脈沖信號后，立即記錄這一刻的準確記時間T5，小于1ns，比照GPS的對時精度，這一誤差可忽略不計。這一時刻，等同于獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元發(fā)出遙控信號的輸出時間。由此可以得出獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元由從接收遙控命令到發(fā)出遙控信號的響應時間為T6＝T5-T4。由測試系統(tǒng)自身所產生的極限誤差將不超過200ns。(5)組合性能測試，依據上述的遙信性能測試和遙控性能測試方式，還可以選擇組合性能測試方式。模擬現場可能遇到的極端情況，同時實施批量遙信輸入和遙控輸出的性能測試，以考驗獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元的指標參數和可靠性。
作為記錄儀使用在系統(tǒng)調試或正常運行時，有許多場合需要對通訊雙方的所有信息進行顯示、并長期存儲，供實時在線或離線分析使用。如果通訊雙方采用的是1、以太網通訊方式，將便攜計算機直接接入以太網，便攜計算機即可采用網絡監(jiān)聽方式記錄所有指定的通訊雙方，或指定端口間的網絡通訊報文。2、如圖7所示，CAN網通訊方式，使用便攜計算機12及一臺5116單元14，兩者均接入以太網中并連接上。同時將5116單元的兩個CAN網口分別連接通訊的兩端，通過路由方式透明轉發(fā)數據；同時記錄所有經過路由的數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。2、串口通訊方式，使用便攜計算機及一臺5116單元，兩者均接入以太網中并連接上。同時將5116單元的兩個串口分別連接通訊的兩端用戶，通過路由方式透明轉發(fā)數據；同時記錄所有經過路由的數據，并通過其以太網連接，送至便攜計算機處理。
如圖1所示，本實用新型使用的16路串口-網絡通訊數據處理單元5116的背面端子順序設置為220V電源1、網口2、GPS天線3、PPS 4、1-8串口5、9-16串口6，其技術參數為RS232/422/485可編程X 16；Ethernet 10M/100M X 2/3/4；CANBUS X 2；(配置1個CANBUS口時，可擴展至3個Ethernet口，不配置CANBUS口時，可擴展至4個Ethernet口)可編程通訊內核；內置GPS時鐘，全系統(tǒng)對時精度＜100ns；RJ45接口。
如圖2所示，本實用新型使用的16路DI遙信輸入單元5216的背面端子順序設置為220V電源1、通訊串口7、PPS 4、1-8DI8、9-1 6DI9，其技術參數為DI遙信輸入，24V～220V；DSP控制，精確記錄DI脈沖沿觸發(fā)時間，精度＜100ns；串口接收控制命令/輸出記錄結果；PPS輸入。
如圖3所示，本實用新型使用的16路DO遙信輸出單元5316的背面端子順序設置為220V電源1、通訊串口7、PPS 4、1-8DO 10、9-16DO11，其技術參數為DO遙信輸出，24V～220V；DSP控制，精確記錄DO脈沖沿觸發(fā)時間，精度＜100ns；PPS輸入；串口接收控制命令/輸出記錄結果。
本實用新型的基本原理在完成任意一種測試功能時，均由配置的便攜電腦作為主控單元，負責人機交互、命令下發(fā)、數據通訊及結果分析。對于性能測試，最重要的是能夠提供高精度的全系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘。通常計算機的時鐘誤差很大，至少大于數十毫秒，且穩(wěn)定性也沒有保證。這樣的精度，難以滿足電力系統(tǒng)對SOE分辨率，站間＜5ms，站內＜2ms，所以僅依靠計算機的內部時鐘，無法進行裝置的性能測試。為保證電力自動化綜合測試儀的測試準確性和權威性，通訊/數據處理單元5116單元中內置了高精度的GPS時鐘，通過特別設計的高精度寄存器和計數器單元電路，配合修改操作系統(tǒng)內核的時鐘中斷讀取程序，保證5116單元能夠獲取并向外發(fā)送準確的高精度的時鐘信號，精度小于100ns。以此作為全系統(tǒng)的統(tǒng)一時鐘。這一時鐘信號，配合5116單元上同時發(fā)出的PPS信號，也可以對被測試的裝置對時，保證測試時的時間的同步和一致性。5116單元的控制程序，在其所有串口發(fā)送和接受每一個字節(jié)時，都會立刻讀取高精度時時間，附加上時間標簽，后繼的分析過程將根據時間標簽，顯示關鍵數據收發(fā)的時間點，從而保證數據在時間上的高度精確。5216單元和5316單元，由其單元內部的高速CPU控制。通過與5116單元相連，接受時鐘授時的內部命令；同時，5216單元和5316單元另外以秒脈沖PPS接口方式接受5116單元GPS發(fā)出的PPS信號，保證DI和DO信號接受和發(fā)送的時間精度小于100ns。
本實用新型具有的功能1、模擬多路廠站端對調度端自動化系統(tǒng)進行測試根據規(guī)約與SCADA系統(tǒng)通訊，產生極限狀態(tài)下的I/O數據(雪崩、巨量)，人工設置遙測量、遙信量、電度、順序事件數據和事故數據，遙信數據模擬同一遙信點上的連續(xù)n次變位；不同的n個遙信點的變位，遙測數據、電度數據的模擬按照指定的規(guī)律(正弦、鋸齒等)產生模擬數據，模擬遙控、遙調的返校和執(zhí)行過程，可定義、保存裝載數據模擬方案，按照自定義的方案產生模擬數據，精確測量主站系統(tǒng)的性能指標(遙信響應時間、遙測響應時間、遙測精度、遙控響應時間和SOE準確度等)，在調試狀態(tài)下，可以單步或多步執(zhí)行報文，報文導入/導出重現希望的數據斷面，可定義、保存和裝載測試方案，實際測試可根據預定的方案完成。2、模擬調度端對廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)進行測試根據規(guī)約與廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)通訊，提供遙控，遙調操作界面，支持批量遙控和/或順序遙控，可定義、保存、裝載批量遙控和/或順序遙控方案，人工發(fā)送自定義的命令報文，在調試狀態(tài)下，可以單步或多步執(zhí)行報文，報文導入/導出重現希望的數據斷面，可定義、保存和裝載測試方案，實際測試可根據預定的方案完成。3、對獨立的RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元進行測試根據規(guī)約與RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元裝置通訊，提供遙控，遙調操作界面，支持批量遙控和/或順序遙控，可定義、保存、裝載批量遙控和/或順序遙控方案，人工發(fā)送自定義的命令報文，精確測量RTU裝置的性能指標(遙信響應時間、遙測響應時間、遙測精度、遙控響應時間和SOE準確度等)，在調試狀態(tài)下，可以單步或多步執(zhí)行報文，報文導入/導出重現希望的數據斷面，可定義、保存和裝載測試方案，實際測試可根據預定的方案完成。4、作為記錄儀使用采用大容量數據庫方式記錄各種報文、數據和統(tǒng)計結果，提供方便、快捷的的查詢方式。
本實用新型可廣泛適用于電力系統(tǒng)調度端自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護單位，電力系統(tǒng)廠站端自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護單位，電力系統(tǒng)電廠升壓站運行維護單位，電力系統(tǒng)自動化設計、規(guī)劃單位，電力系統(tǒng)各級調度自動化系統(tǒng)和變電站二次自動化工程監(jiān)理、驗收單位，各類電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的集成商，各類電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)，含調度端系統(tǒng)和廠站端系統(tǒng)的產品開發(fā)商。
權利要求1.一種電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于包括電力自動化綜合測試儀的通訊數據處理單元，其通過網絡與主控計算機和交換機連接，通訊數據處理單元的接口與遠程端連接。
2.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是1至16個RS232串口，遠程端是調度端自動化監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)的前置設備輸入輸出接口裝置。
3.根據權利要求2所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述通訊數據處理單元是1至16個。
4.根據權利要求3所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述通訊數據處理單元是5116單元。
5.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是CAN網接口或以太網接口，遠程端是廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)。
6.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是RS232、RS422或RS485串口，遠程端是廠站端RTU/綜合自動化系統(tǒng)。
7.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是CAN網接口或以太網接口，遠程端是獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元。
8.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的接口是RS232、RS422或RS485串口，遠程端是獨立RTU模塊/綜合自動化系統(tǒng)測控單元。
9.根據權利要求7或8所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述通訊數據處理單元還與遙信輸入單元和遙信輸出單元通過串口連接。
10.根據權利要求1所述的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，其特征在于所述網絡是以太網，通訊數據處理單元的以太網口、CAN網接口、或串口與遠程端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種電力自動化綜合測試系統(tǒng)，要解決的技術問題是在滿足電力自動化技術規(guī)范要求的條件下對電力自動化系統(tǒng)和裝置的功能和性能進行模擬和測試，本實用新型的電力自動化綜合測試系統(tǒng)，包括電力自動化綜合測試儀的通訊數據處理單元，其通過網絡與主控計算機和交換機連接，通訊數據處理單元的接口與遠程端連接，與現有技術相比，電力自動化綜合測試儀的通訊數據處理單元通過網絡與主控計算機和交換機連接，通訊數據處理單元的接口與遠程端連接，這樣形成一套完整的電力系統(tǒng)的功能和性能測試系統(tǒng)，可方便驗證電力系統(tǒng)各類廠站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、電力自動化產品的功能和性能，降低了電力自動化系統(tǒng)的安全運行所存在的危險。
文檔編號H04L12/28GK2824146SQ20052006450
公開日2006年10月4日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權日2005年9月12日
發(fā)明者胥鳴, 楊小波, 朱振華, 劉鵬 申請人:深圳市西格瑪信息技術有限公司