摘  要：配电自动化系统的安全稳定运行关系到配电网的安全稳定，快速而稳定的通信显得尤为重要。在入网前对配电自动化主站系统设备和终端设备进行应用功能及通信可靠性的全面测试，可为配电网自动化系统的安全稳定运行提供保障。故设计了一种基于广西配电网101、104实施细则的通信规约测试分析系统，本文详细介绍了该测试系统平台，测试系统软件设计与实现以及具体通信规约测试过程，并进行了101、104通信规约现场测试，结果表明该测试系统能完成既定的测试功能，在配电网自动化系统的新建、改造工程及运行维护中将发挥重要作用，具有较好的应用前景。

关键词：配电网自动化；测试系统；规约分析

 

The Development and Application of Protocol Testing system for Distribution Automation system

LI Ke-wen¹,Gao LI-ke¹, LI Guo¹,Wu Yu-yan¹,Sun Bin²，……

（1.Electric Power Research Inst．Of Guangxi Power Grid Corp．，Nanning，Guangxi，530023;

2.Kewei electric power technology Co.,Ltd.Zhuhai，Guangdong,519000）

Abstract: Secure and stable operation of distribution automation system (DAS) is related to the security and stability of present distribution automation network.To test the determined application functions and communications between master station equipments and terminal equipments are the guarantee of DAS security. Software has been designed to carry out test and analysis communications equipment use of Guangxi DL634.5.101/104-2002 protoco1 in DAS,presents the test system platform,software development and implementation and the test process of protocols clearly.The application shows that the system plays a signifcant role in the construction，rebuilding，operation and maintenance of distribution automation systems.

Key words: distribution automation；testing system；protocol analysis

 

1.   前言

在配网自动化的建设中，实现数据和命令的及时、快速传递和通信是实现配网自动化的基础。目前国内各配网自动化设备的通信规约都是由厂家自行开发，各设备之间相互独立运行，各种通信协议格式存在着较大的差异性，因而各系统中设备间的通信存在着诸多障碍。鉴于此，广西电网公司颁布了《广西配电网自动化DL634.5.101-2002实施细则》和《广西配电网自动化DL634.5.104-2002实施细则》。

在实际的应用中，为保证实现相同规约的不同设备能够互联，需要确定该设备的规约是否符合标准，这就需要有相应的测试工具。为此，设计了一种基于广西配电网101、104实施细则的通信规约测试分析系统。利用该系统可以在入网前对配电自动化主站设备和终端设备进行应用功能及通信可靠性的全面测试。同时，对已运行的设备也可以进行现场测试，通过对测试形成的报文进行记录分析，可得出设备当前的运行状态和出现通信故障时可分析故障原因，实现对使用本规约的通信设备间的互换和互操作的监控，为调试、运行和维护提供便利、有效的技术手段。

2.   系统平台及硬件配置

配电网自动化通信规约测试系统是以windows XP和Microsoft visual studio 2005数据库作为技术平台，Miscrosoft MFC作为基础类库，采用成熟的开发工具C++，可安装在便携式笔记本或PC服务器上；系统配备多串口通信终端服务器、网络交换机等，具备与多个测试对象、多个通道和多种通道同时接入测试的能力。

测试时各系统和设备的连接如图1所示，可以根据不同的被测对象，选择其中的部分设备；并依据不同通讯途径选择不同的配置方案。在测试配电终端时，采用三相标准源来模拟遥测量信号，模拟断路器模拟遥信量信号。

图1 测试系统连接图

3.   测试内容

配电网自动化通信规约测试系统主要用于测试主站系统与终端之间链路通信是否正常、应用功能是否符合规约要求。测试方法包括规约静态测试、规约动态测试和规约性能测试。规约测试系统可模拟主站系统与被测终端采用101、104实施细则通讯；也可模拟终端与被测主站系统采用101、104实施细则通讯，分别检测终端和主站系统101、104协议是否符合标准规约实施细则要求，分析被测系统的协议执行情况和对突变数据的处理能力。

依据IEC 60870-5规约规定的三层参考模型“增强性能体系结构(EPA)”，测试内容涵盖该模型定义的三层功能：

（1）物理层测试：测试物理层连接能否正确接收和发送数据。测试的参数主要有以下几种：端口号、波特率等。

（2）数据链路层测试：测试链路层是否能建立可靠的数据传输通道。主要测试内容有复位链路、测试链路、查询状态和数据召唤、超时传输处理机制、报文错误控制机制、帧格式等。

（3）应用层测试：测试应用层基本应用功能是否符合标准规约。主要测试内容包括初始化、总召唤、时钟同步、组召唤、遥测、遥信、遥控、事件处理等，测试这些内容是否规约要求以及在实现这些功能的过程中对应的报文是否正确和完备。

4.   测试软件的设计与实现

4.1  测试软件结构及测试流程

测试系统结构包括操作系统、规约库（配网101规约、配网104规约），实时数据库、测试界面等五个部分，如下图2所示。为适应对通讯规约的更新不影响整个系统，其中规约库采用动态库插件方式提供，可灵活修改，更换，删除和新增。

API（操作系统和自行扩展部分）

规约库

配网101主站规约

配网104主站规约

测试界面

配网101终端规约

配网104终端规约

图2 测试软件结构图

通过测试界面制定测试计划，针对测试目标调用规约库中相应的规约测试接口下发测试任务，通过分析与配电终端系统或配电主站系统的通讯报文，返回测试结果。测试流程图如下图3

图3 测试流程图

4.2  规约设计

规约的设计通常分成主站部分和终端部分，本系统规约部分采用分层设计，各层负责功能明确，当测试软件作为发送方时，用户数据的流向是从高层往底层流动，各层加上自己的控制部分，最后发向物理传输介质，而作为接受方，数据流动首先接收物理原始数据，各层去掉控制部分，依次往上处理，这有效的避免了规约设计的复杂性。如图4所示：

应用层（被测端）

数据链路层

物理层

应用层（测试端）

数据链路层

物理层

图4规约数据流向图

根据规约分层设计的思想，利用操作系统多线程对各层进行实现，因此各层独立处理自己的数据，另外为了建立几个层之间线程的联系和数据共享，在各层之间设计先进先出的队列，物理层接受数据存放到先进先出队列，由上层数据链路层线程取出处理，数据链路层处理后，如有用户数据需要应用层处理，将其存放到链路层先进先出队列，同样由应用层线程取出处理。规约线程处理机制如下图5所示。

物理层通讯处理线程

数据链路层通讯处理线程

应用层通讯处理线程

先进先出队列

先进先出队列

先进先出队列

图5 规约线程处理机制

4.3  测试软件功能

测试软件界面如下图6，具备以下一些基本功能：

图6 测试软件界面

4.3.1模拟主站功能

当测试配电终端时，该规约测试系统可以模拟配电主站系统与被测的终端按照约定的规约进行通信。可以模拟实现主站的全部功能，包括召唤终端数据、时钟同步、遥控、历史数据记录等。

（1）命令下发和实时数据的接收。以自动、单步或批量执行模式下发遥控操作来实现与终端设备的通信，同时，接收来自终端上行的数据，并对报文进行解析。解析内容包括报文的类型标识、传送原因、信息体地址及信息体内容等。即使是错误的报文，也能进行分析，并指出错误所在。

（2）可实现历史数据的实时查询。对接收到的终端数据进行分门别类的记录，并形成文本文件。每个文本文件的文件名均带有该厂站名及记录时间，方便用户快速查询；同时，历史数据记录并可绘制要测量的历史数据曲线。

（3）通信内容的监视与记录。利用以上功能即可对子站系统的时效性、数据的正确性如遥信响应时间、遥测响应时间、遥测精度、遥控响应时间和SOE准确度等进行测试，并可为子站的调试提供便利条件。

4.3.2模拟终端功能

当测试配电自动化主站系统时，该测试系统可模拟一个或多个终端与被测的主站系统进行通信。模拟终端测试主站的正常通信过程，首先，可通过模拟终端接通主站并启动终端初始化过程，测试整个初始化过程的正确性以及完整性；然后，在模拟终端动态生成一级、二级数据，测试主站的总召唤过程、组召唤过程等等。其中遥测量的取值范围及变化方式、遥信量的变化频率及方式、SOE数据的产生方案及所采用的通信规约种类均可自由定义，各类数据的变化时间和数据、规约报文也有详细记录，从而达到对配电自动化主站系统的规约解析、数据处理、画面显示等各功能模块的正确性、有效性进行测试的目的。

4.3.3监听功能

主要用于互操性测试，监视主站与终端的通信过程，显示实时报文和数据。即作为第三方设备，对即将投运或运行中的配电网自动化系统，同时侦听并记录主站的下行报文和终端的上行报文，跟踪分析，提供双方系统对于规约通信范畴和通信机制方面的分析报告。

4.3.4规约库的插件特性

电力系统各种通信规约种类繁多且处于变化之中，因此，该规约测试系统建立了逻辑或物理的通信规约库，各个通信规约可作为系统的规约插件，可以进行灵活的修改、更换、删除和新增，通信规约的更新不影响系统的核心代码。

4.3.5错误模拟功能

针对测试对象的不同，该规约测试系统具备模拟各种不同种类的错误报文模拟功能，并能对测试对象的响应情况进行监控分析。如在模拟主站系统通过104规约测试终端时，可以模拟接收序列号确认错误；模拟发送序列号错误；模拟超过k个APDU未确认、模拟超时等等。通过各种模拟错误，测试终端或主站的错误处理机制和差错控制机制，以避免由于终端或主站容错能力不足而导致的程序崩溃或陷入死循环。

4.4  规约插件接口设计

本测试系统将采用统一的界面，提供统一的测试接口。对规约库中新增的规约，都以动态库插件方式提供，只要实现该测试接口，无需变动系统其他代码即可通过本系统的测试界面进行规约的测试。

5.   结束语

配电网自动化规约测试分析系统用途广泛，利用该系统可以在入网前对配电自动化主站系统设备和终端设备进行通信规约检测和评估；同时，也可定期对已运行的系统展开在线测试和试验，通过对测试形成的报文进行分析，及时发现系统存在的隐患，有利于配电自动化系统的安全稳定运行。

目前，该项测试系统已在广西配电网自动化试点建设中得到了广泛的应用，按照广西配电网通信规约的要求对入网的众多配电主站和终端进行了有效的规约检测和评估，大大提高了检测效率，节约了检测成本，为保障广西配电网试点的规范性提供了有效而快捷的测试方法和测试手段。

参考文献：

[1]      张胜.提高IEC60870-5-101协议互操性的应用经验.电力系统自动化,2006,30(23)

[2]     沈鸿.远动通信规约测试及分析系统.广东电力,2005,3(18)

[3]     方炯.IEC60870-5-101通信协议的实现与研究.计算机应用与软件,2005,22(9)

[4]      狄文辉等.基于101规约的电力远动通信测试软件.计算机工程与设计,2009,30(12)

[5]      郭大艳等.支持多种通信规约的RTU仿真测试软件.仪器仪表用户,2005,3(12)

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作者简介：李克文（1979-），男（汉族），湖北天门人，工程师，硕士。主要从事配电网智能化研究工作。

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