电能量采集终端综合测试管理系统的研究和实现

贺东明 王 鹏

(广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528000)

0 引言

佛山供电局计量自动化系统已投入实际使用，现已发展成为集厂站电能遥测、大客户负荷管理、配变计量监测和低压集抄四个子系统于一体的计量自动化主站系统。现场使用的电能量采集终端共有厂站采集终端、负控终端(即专用变压器采集终端)、配变监测计量终端和集抄终端(即集中抄表终端)四类。利用计量自动化系统实现自动抄表、计量装置运行监测、有序用电、线损管理、窃电分析和节能服务等方面的应用［1－2］是实现营销现代化的重要基础［3］。

为确保计量自动化系统运行的稳定性和可靠性，必须把好计量设备的验收质量关。但由于电能量采集终端和电能表的生产厂家过多，特别是不同厂家的产品在通信规约、接口、功能等方面存在差异，造成不同终端与电能表之间关联复杂，测试管理困难。对于终端功能的测试，采用人工方式与计量自动化系统主站数据进行比对确认，自动化程度较低。计量自动化终端综合测试管理系统须具备数据采集功能，能够通过有线通信方式和基于 GSM/GPRS的无线通信［4－5］方式，直接与各类测试终端进行通信。同时也可通过基于Socket［6］方式，实现对终端测试台体和计量自动化系统的集成。系统还应具备对测试过程的控制功能和获取测试数据并进行管理的功能，从而实现对电能量采集终端进行自动化测试［7］和管理的功能，进而全面掌握各类电能量采集终端与各类电能表以及各类终端与计量自动化系统主站的匹配情况。

1 测试管理系统总体设计

电能量采集终端综合测试管理系统是在传统的单一电能量采集终端测试台体基础上开发的，它集各种终端测试功能于一体;并根据测试的目的，确定自动化测试的内容、相应的测试用例、测试数据，以及需要形成的测试报告和管理内容［8］。

电能量采集终端综合测试管理系统的总体架构主要包括终端/电能表综合测试台体和终端综合测试管理平台，其中终端综合测试管理平台与计量自动化系统主站互联。

电能量采集终端综合测试管理系统的总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构Fig.1 The general framework of the system

1.1 终端/电能表测试台体设计

终端/电能表测试台体由测试台体控制主机、电源控制器以及终端/表计台体组成。终端/表计台体采用一体式结构，共有3个计量终端挂表位、13个三相/单相多功能挂表位。

终端挂表位、多功能挂表位和终端的功能分别介绍如下。

①终端挂表位可挂接厂站终端、负荷管理终端、配变监测计量终端、集中器和采集器。每一个终端挂表位具备1个上行网络通信口、1个上行RS-232通信口和2个下行RS-485通信口。每一个电能表挂表位具备3路RS-485总线和1路独立RS-485通信接口。

②三相/单相多功能挂表位可挂接三相表、单相表。

③每一个终端可以与若干电能表进行连接测试。

终端/电能表测试台体在实现对传统式分类型终端(厂站终端、负荷管理终端、配变监测计量终端、集中器及采集器)进行综合测试的基础上，通过网络方式，将测试台体控制主机与终端综合测试管理平台主机相连，使终端/电能表测试台体成为计量自动化终端综合测试管理系统的一部分。

终端综合测试管理平台主机的功能如下。

①终端综合测试管理平台主机能够通过测试台体控制主机对电源控制器进行控制，控制终端/电能表测试台体的测试电源输出。

②终端综合测试管理平台主机能够通过测试台体控制主机获取终端/电能表测试台体的测试数据。

利用终端/电能表测试台体和测试设备样本库，则可模拟各种现场设备的连接情况，实现对现场各种连接方式的设备运行测试。

1.2 终端综合测试管理平台架构

终端综合测试管理平台主要由终端综合测试管理平台主机构成，包括1台Oracle数据库服务器和1台应用服务器，操作系统采用Windows2003 Server。

1.3 测试电源电压的控制输出

终端综合测试管理平台通过Socket的方式集成测试台体的电源控制功能，通过带有测试电流、额定电压、接线方式等参数的软件接口对测试台体输出的电源电压进行控制、调节。

1.4 测试数据的获取方式

为实现对测试数据的自动对比分析，采集终端综合测试管理平台通过以下3种方式获取测试数据。

①采集终端综合测试管理平台具备计量自动化系统主站的数据采集功能，能够模拟计量自动化主站采集功能，通过网络方式或无线方式与终端通信，最终获取终端、电能表的测试数据。

②采集终端综合测试管理平台具有基于网络的Socket方式实现向台体请求读取并返回数据的接口。平台通过与台体的网络互连获取终端、电能表的测试数据。此外，台体能够通过RS-485专线与终端和电能表通信。

③采集终端综合测试管理平台具备基于网络的Socket方式实现集成计量自动化系统随抄的功能。平台通过与计量自动化系统主站的网络互联，通知计量自动化主站对指定的测试设备进行随抄。计量自动化系统主站的随抄功能是接收到采集现场设备数据的命令后，即时通过电话拨号方式或无线通信方式与终端进行通信获取相应的实时运行数据。平台在计量自动化系统主站对随抄设备返回的报文进行解释并保存相关数据后，再进行读取，从而通过与计量自动化系统主站的互连获取终端、电能表的测试数据。

2 测试管理系统主要功能

终端综合测试管理系统的主要功能模块包括被测试设备信息管理模块、软件库管理模块、测试方案管理模块、测试管理模块、权限管理模块以及统计查询打印模块。

2.1 被测试设备信息管理

2.1.1 样本库设备信息管理

样本库设备信息管理主要实现对样本库的设备信息的管理和维护，具体分为样本库设备的查询、添加、删除，样本库设备资料管理和配置信息的管理。

2.1.2 设备测试信息管理

设备测试信息管理主要实现对被测试设备基本资料的管理，包括设备测试类型、设备测试方法、软件配置、通信参数、设备台帐等资料的管理。

2.2 软件库管理

软件库管理是对设备的通信规约、通信程序软件和主程序软件进行管理，其主要功能介绍如下。

① 可导入和管理各类设备通信规约［9－10］，并可在测试进行时选择调用。

②保存各类设备的软件程序，具体包括遵循IEC 60870-5-102规约［11］的通信软件和主程序软件，实现对运行设备软件版本的统一管理。

2.3 技术规程规范库管理

技术规程规范库管理是指对设备进行测试所应用的规程、规范、作业程序和记录表格进行管理，其主要功能介绍如下。

①实现各类设备试验的规程管理，包括新增、删除和对应的操作记录。

②实现各类设备的技术规范管理，包括新增、删除和对应的操作记录。

③实现各类设备的验收作业程序管理，包括新增、删除和对应的操作记录。

④实现各类终端和电能表组合的通信测试记录表管理，包括新增、删除和对应的操作记录。

2.4 测试方案管理

测试方案管理主要包括对每次测试所用设备类型和规约版本、测试内容进行设置，并将任一次测试设置成可被以后的测试所重复调用，提高测试方案配置的效率。

①终端综合测试平台主机通过与终端/电能表测试台体的接口，在调用测试台体的测试用例的基础上，实现测试方案的配置管理，如增加、删除、修改等操作，生成测试方案，实现自动测试。

②测试方案的设置包括对每次测试终端的台数(1～3台)以及每台终端的连接电能表块数(1～13块)的设置，但每次测试的电能表总数不超过13块。对于需测试的每台终端，均可从规约库中选择相应的标准进行测试。

③实现单项测试方案和测试总方案管理。测试总方案可由若干个单项测试方案以序列形式构成。单项测试方案和测试总方案都可以作为一个测试方案被重复调用。

④单项测试方案依据验收标准的每一项内容建立。其主要的测试内容有:设备性能测试，包括终端正常工作能耗测定和终端的最低工作电压测定;数据交换(一般采集与通信)测试，包括测试台体接上终端与电能表后检查终端通信与电能表通信成功率、终端对电能表采集数据完整率、终端对电能表事件(来自电能表)采集完整率;按照验收标准进行的终端功能测试，包括终端实时数据的抄读、终端历史数据的抄读、终端对时等。

在计量自动化系统建立厂站终端、负荷管理终端、配变监测计量终端和低压集抄终端的专用测试档案，实现计量自动化系统对测试数据和运行数据的隔离管理，避免测试数据对运行数据正常统计的影响。

⑤实现测试方案的制定、记录的修改和查询。

2.5 测试管理模块

测试管理模块实现对测试过程的管理。在终端/表计台体上可采用不同的接口方式挂接需测试的相应终端和电能表，在应用程序界面调用预设的测试方案，对测试台体上的带电设备进行测试。测试过程具体如下。

首先，在测试管理平台主机界面上进行操作，启动测试总方案;然后测试管理平台主机自动根据测试总方案序列自动进行测试。电能量采集终端综合测试流程图如图2所示。

图2 综合测试流程图Fig.2 Flowchart of comprehensive testing

每个测试方案的执行流程具体如下。

①向测试台体发送测试方案，测试台体根据测试方案指定的具体内容进行测试;测试管理平台主机接收到测试台体返回的测试数据后，通过网络或无线方式与被测试终端进行通信。

②在读取相应的测试数据后，再通过与计量自动化主站的互联，触发计量自动化主站读取被测试终端的相应数据。测试管理平台主机通过直接读取计量自动化主站存储的相应测试数据后，再执行下一个测试方案。直至测试总方案的方案序列执行完毕，测试管理平台主机发送控制信息通知测试台体测试操作结束复位。

③最后测试管理平台进行3方数据对比分析，对测试项目的合格与否进行统计判定，生成测试报告并存储测试相关信息，包括被测试设备器型号和类别，测试时间、地点、人员等参数信息和测试结果数据信息。

电能量采集终端综合测试管理系统能够将前述3种方式(即终端综合测试管理平台与采集终端直接进行通信获取测试数据方式、终端综合测试管理平台通过测试台体获取测试数据方式、终端综合测试管理平台通过计量自动化系统获取测试数据方式)通信的报文和获取到的测试数据进行对比分析，实现规约一致性比对和设备匹配性检测，确认被测设备是否满足匹配要求并正常工作。

在一般情况下，电能量采集终端综合测试管理系统首先进行3方数据对比分析，当自动数据对比分析结果判定为不合格时，再进行报文分析;也可以根据测试结果的异常项，定制测试方案，重复进行测试(包括相应软件修改完善后的测试)，并结合数据异常项进行报文分析。

2.6 统计查询打印模块

统计查询打印功能可依据每次设定的各类条件，对本系统建立、记录的各种数据进行统计显示和打印。

①存储本系统产生的设备台帐数据、维护数据，可按设定条件进行统计查询打印。

②测试分析结果清单生成和查询，能够以多种条件组合查询终端、电能表、程序是否匹配，并形成分类汇总清单，对现场设备的安装、更换提供指引。

③能够记录每次测试的事件，对测试情况进行统计，并能按不同时段统计测试成功率。

④实现测试报告的管理，并能打印指定的测试报告。

2.7 权限管理模块

权限管理模块以角色管理、用户管理为基础，实现用户登录、密码和权限的多级管理。其中，角色管理包括角色添加、角色删除与角色权限的管理;用户管理包括用户添加、用户删除管理。角色权限管理主要包括密码管理以及对角色操作权限维护。

3 测试管理系统特点

3.1 测试结果与现场一致性

注重测试设备与现场实际运行的一致性，模拟现场设备的实际连接情况，以便在设备安装之前能够及时发现计量自动化系统主站、终端与电能表匹配运行存在的问题，及时制定措施加以解决。

测试数据对比包括实际运行的计量自动化系统主站采集数据的对比，能够确保通过测试的终端、电能表的组合满足实际运行的要求。

3.2 扩展性

终端综合测试管理平台可以进行接入台体的扩展，实现对多张台体进行管理，进一步提高设备的测试效率。该平台还可以进行故障分析模块的开发扩展，实现对指定的现场设备进行异常运行情况的跟踪分析。

3.3 统一性

终端综合测试管理平台集各种电能量采集终端测试功能于一体，实现测试软件版本的统一，从而实现测试流程、方式以及操作方式的统一。

4 应用效果

佛山供电局的电能量采集终端综合测试管理系统可实现对3个厂家的厂站采集终端、5个厂家的负控终端、10个厂家的配变监测计量终端和6个厂家的集抄终端、18个厂家的多功能电能表的信息进行测试。每次可同时测试3台相同厂家或不同厂家的终端或3种类型不同的终端，每台终端最多可连接13块电能表。

电能量采集终端综合测试管理系统实现了对各类终端进行信息化、自动化、标准化的测试，其优点主要体现在以下几个方面。

①终端综合测试管理系统操作方便，测试数据的自动采集和自动对比功能避免了测试人员人工读数可能带来的误差。

②终端测试项目准确性和完整性以及系统自动生成的测试报告符合现有业务现状，保证了测试结果的准确性，同时减轻了测试人员大量数据核对的负担，提高了测试效率。

③提供了对电能量采集终端软件改进升级后的运行可靠性及稳定性进行测试的模拟平台，避免了新软件对系统运行造成的影响，确保终端软件升级效果满足运行的要求。

各类终端、电能表在安装前期需要进行联合调试并确认测试结果合格，这就有效避免了批量电能表数据误抄读现象的发生。明确电能量计量终端、电能表以及配置程序的匹配性，能够为更换现场运行设备提供指导，有效避免因常规验收测试不能发现的设备组合问题对实际运行造成的巨大影响。

5 结束语

佛山供电局的电能量采集终端综合测试管理系统基于实际运行的系统主站进行测试，确保了设备互联匹配的有效性，提高了测试的效率。

利用该系统，实现了对运行设备的软件版本、参数设置和匹配性的统一管理。系统对设备的运维发挥了有效的指导作用。

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