基于IEC61850的智能水电厂测试流程及关键技术研究

胡少英，姜 晓，芮 钧，王铭业，曹 曲(南瑞集团公司(国网电力科学研究院)，南京 210000)

0 引 言

智能水电厂是智能电网的重要组成部分，注重水电厂的安全和效益[1]，建立在集成、统一、可靠的软硬件平台基础上，具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征[2]。通过智能化建设，提高水电厂生产管理和设备安全运行水平，实现全厂系统间的无缝连接与互操作。

IEC61850标准基于通用网络通信平台，提出了公共的通信标准，通过规范化设备的信息建模及功能接口，实现了不同设备及系统之间的无缝连接，是电力系统自动化领域通用标准，具有信息分层、面向对象的数据对象统一建模、数据自描述、抽象通信服务接口与特定通信服务映射统一的特点[3]。基于IEC61850标准，统一了水电厂数据建模标准，规范了智能水电厂监视和控制的公用数据类、逻辑节点和数据对象[4]，促进系统内部、与其他系统之间的设备互操作及信息共享。

智能水电厂与传统水电厂相比是一种巨大的变革，对智能水电厂设计与研究的成果需要通过大量试验来验证目标的符合程度，通过研究智能化的需求及实现的途径，研究检测的方法与工具，建立评估与测试的环境平台等，确保水电厂符合IEC61850标准，满足智能水电厂的建设需求。

1 智能水电厂体系结构

智能水电厂采用横向分区、纵向分层的体系结构，横向划分为安全I区、安全II区和管理信息大区；纵向根据IEC61850标准，将智能水电厂划分为过程层、单元层和厂站层，系统的体系架构如图1。

过程层部署各类一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元、智能终端等[5]，设备根据IEC61850标准进行建模[6]。单元层部署各类现地自动化系统，包括继电保护系统、励磁系统、调速系统等二次设备，基于IEC61850标准与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。厂站层部署横跨安全I区、安全II区和管理信息大区的分布式一体化管控平台，并在该平台上部署实时监控、信息管理、调度控制、状态检修等各类智能应用组件，并提供对外的统一接口[5]。

图1 智能水电厂分层架构Fig.1 Hierarchical structure of intelligent hydropower plant

智能水电厂厂站层与单元层采用IEC 61850-8-1的MMS(Manufacturing Message Specification，制造报文规范)报文通信，单元层与过程层采样值采用SMV(Sampled Measured Value，采样测量值)报文通信， 跳闸等实时性要求高的通信则采用GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)报文传送。

2 基于IEC 61850的智能水电厂测试验证流程

智能水电厂引入了IEC61850标准，促进了水电站运行管理向一体化、智能化模式转变。为了确保智能水电厂的建设需求，在投入工程应用前要进行产品质量的检验，研究检测的方法与工具、评估的范围，建立评估与测试的环境平台，验证产品的有效性及目标的符合程度。IEC61850标准也在第十部分规定了实现一致性测试的标准技术，提出了设备一致性测试和性能测试的方法。

与传统的测试流程类似，基于IEC61850的智能水电厂测试验证也可按照以下3个阶段进行：

(1)单元测试：单元测试是对系统中最小可测单元进行检查和验证。从智能水电厂的分层结构来看，单元测试阶段的测试主要是测试系统各组成部分的功能实现，如保护、监控、测量等。

(2)集成测试：是在单元测试的基础上，将单元组装成模块、子系统或系统，测试各部分是否达到或实现智能水电厂的技术指标及要求。基于IEC61850，集成测试内容主要是IEC61850标准中定义的一致性测试。

(3)系统测试：是将已经确认的软件、计算机硬件、外设、网络等其他元素结合在一起，针对整个智能水电厂产品系统进行测试，验证系统是否满足了需求规格的定义，是否可协调完成智能水电厂的功能以及所期望的性能要求。基于IEC61850标准，即验证系统通信及设备的互操作性。

3 基于IEC61850的智能水电厂测试关键内容

智能水电厂建立在IEC61850标准基础上，IED(Intelligent Electronic Device，智能电子设备)按照IEC61850通信规约进行通信，实现了信息模型应用的一致性、通信服务应用的一致性、通信服务映射和通信协议栈实现的一致性。相比传统设备，除了验证智能设备的功能，还需要验证IED通信接口与标准要求的一致性、互操作性及通讯网络[7]。

3.1 IED一致性测试

一致性测试表明IED按照标准规定方法与其他IED互联运行的能力，能够明显减少系统集成时出现问题的风险，确保交付的自动化系统符合规范。IEC61850-10规定了实现一致性测试的标准技术，并对一致性测试环境的搭建提出了指导。

一致性测试[8]主要按照设备的协议实现一致性陈述(Protocol Implementation Conformance Statement, PICS)、协议实现额外信息(Protocol Implementation eXtra Information, PIXIT)、模型实现一致性陈述(Model Implementation Conformance Statement, MICS)中表明的能力进行测试，主要内容包括：

(1)文件和设备控制版本检查：检查设备的PICS、MICS以及PIXIT文件和被测设备的软硬件版本是否相符。

(2)配置文件测试：测试ICD(IED Capability Description，IED能力描述文件)配置文件与SCL(Substation Configuration Description Language，变电站配置描述语言) XML模型定义是否一致；检查ICD配置文件与待测设备的实际数据、数据类型和服务是否相符；采用SCD(Substation Configuration Description，变电站配置描述)配置工具改变配置参数，检查配置与SCD文件是否相符。

(3)数据模型测试：包括数据模型、数据模型扩展和数据模型映射。

(4)抽象通信服务接口模型和服务映射测试：对DL/T860.72-2004中为模型规定的各类与水电厂相关的服务进行肯定和否定测试。

3.2 通信测试

智能水电厂现地控制系统采集的各类数据，通过通信协议上送至智能一体化管控平台，实现了全厂数据共享互动化[6]。智能水电厂IEC61850通信服务端软件运行于单元层，实现了IEC61850标准的关联模型、服务器类模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型、数据集模型和报告控制块模型[6]，通过调用相关的模型服务，获取IED设备模型，通过报告方式将遥测和遥信数据发送至客户端，并通过控制模型为客户端提供遥调和遥控。IEC61850通信客户端软件运行于厂站层，管理与通信服务端的连接、接收服务端发出的遥测和遥信数据并将平台的遥控和遥调命令下发至现地设备。

对通信的测试，主要内容包括网络通信过程、MMS/ ACSI、GOOSE过程[7]，如：①连接管理，包括连接的建立、释放和放弃；②报文传输的完整性及正确性；③遥调及遥控等控制操作是否可正确解析并实现；④网络异常或设备故障等情况下的服务重连、数据缓存、数据重传等；⑤通信性能，包括实时性能、缓存容量等。

4 结 语

为了确保智能水电厂中的各类智能设备满足IEC61850标准，需要建立评估与测试的环境平台，研究检测的方法、工具，将测试活动贯穿于智能水电厂系统设计开发的全过程中。本文探讨了基于IEC61850的智能水电厂的测试策略与验证流程，并重点研究了基于IEC61850标准的一致性测试与通信测试。今后，还有待于进一步研究基于IEC61850的互操作性及自动化检测平台技术，保障智能水电厂建设过程的安全和可靠。

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[1] 王德宽,张 毅,刘晓波,等. 智能水电厂自动化系统总体构想初探[J]. 水电厂自动化与大坝监测, 2011,36(1):1-5.

[2] 刘观标,李晓斌,李永红,等. 智能水电厂的体系结构[J]. 水电厂自动化与大坝监测, 2011,35(1):1-5.

[3] 王 哲. 基于IEC61850的变电站过程层与间隔层技术研究[D]. 武汉：华中科技大学,2008.

[4] 彭志强,朱 辰. IEC 61850在智能水电厂应用的相关技术[J]. 水电厂自动化与大坝监测,2011,35(5):6-9.

[5] 彭志强,朱 辰,徐 洁. 基于IEC 61850标准探讨智能水电厂建设[J]. 能源技术经济,2011,23(9):24-28.

[6] 吴家祺,郭瞳瞳,彭志强,等.IEC 61850标准在智能水电厂数据通信中的应用[J]. 水电厂自动化与大坝监测,2011,35(6):5-8.

[7] 吴俊兴,胡敏强,吴在军,等. 基于IEC618850标准的智能电子设备及变电站自动化系统的测试[J]. 电网技术, 2007,31(2):70-74.

[8] DL/T 860.10-2006, 变电站通信网络和系统第10部分：一致性测试[S].