專利名稱：基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，為整個(gè)智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供測試方案，屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在國家電網(wǎng)公司的大力倡導(dǎo)和積極推動(dòng)下，我國在智能電網(wǎng)規(guī)劃、科技研發(fā)、設(shè)備攻關(guān)和工程建設(shè)等方面已經(jīng)處于世界前列。但在探索和實(shí)踐中，存在一些不足，例如相關(guān)配套政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，各廠家的智能電子設(shè)備不相互兼容，例如南瑞、東方電子、許繼、四方、ABB、GE的智能電子裝置(IED)采用的通信規(guī)約可能是CDT、60870-5_101、102、103、104、 Tase2,這些不足之處阻礙了智能電網(wǎng)的推廣。同時(shí)配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的問題不容忽視，網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)問題，用戶所承擔(dān)直接損失和間接影響往往是巨大的，因此需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試評(píng)價(jià)， 判斷網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量能否滿足電力工業(yè)現(xiàn)場高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性的要求對實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化至關(guān)重要。為了在電網(wǎng)中的融合廠家的智能電子裝置，需要對各廠家的智能電子裝置進(jìn)行一致性測試。IEC TC57技術(shù)委員會(huì)提出了建立變電站內(nèi)智能電子裝置間無縫通信的一個(gè)全球范圍標(biāo)準(zhǔn)——61850，電網(wǎng)裝配各種智能電子裝置之前，需要對其進(jìn)行一致性和互操作性測試，為其在智能電網(wǎng)有良好的互操作打下基礎(chǔ)，減少在工廠和現(xiàn)場集成系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)問題的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低系統(tǒng)的集成費(fèi)用，提高系統(tǒng)的利用率，保護(hù)用戶的投資，提高整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。而針對電力工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)功能性能的測試，則是隨著電力工業(yè)對網(wǎng)絡(luò)依賴程度的增加、對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量期望的提高而逐步變得迫切起來網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)功能性能測試涉及的方面相當(dāng)廣泛，包含的內(nèi)容主要有測試對象、測試方法、測試工具及測試經(jīng)驗(yàn)等。

發(fā)明內(nèi)容
為了對站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備進(jìn)行功能性能測試以及驗(yàn)證各廠商的智能電子設(shè)備的一致性和互操作性，本發(fā)明提出的基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法可以對智能電子設(shè)備的通信協(xié)議一致性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)可確保通信網(wǎng)絡(luò)的健康運(yùn)行問題，克服了各廠商設(shè)備之間不兼容的缺點(diǎn)，為智能電網(wǎng)的推廣普及打下基礎(chǔ)。本發(fā)明的基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法實(shí)現(xiàn)變電站中通信設(shè)備和協(xié)議的測試，主要包括站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)功能性能測試根據(jù)對物理傳輸介質(zhì)的測試確定物理上是否連通及信號(hào)的衰減情況；在物理網(wǎng)絡(luò)連通情況下對數(shù)據(jù)鏈路層的交換機(jī)進(jìn)行測試；變電站內(nèi)部、總體通信系統(tǒng)測試；網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試依據(jù)IEC 61850-10，完成智能電子設(shè)備(IED)是否具有互操作能力的測試，即一致性測試，并驗(yàn)證 IED集成在一起完成變電站自動(dòng)化功能的能力，即互操作性測試。具體步驟如下
步驟一對變電站通信系統(tǒng)的物理層傳輸介質(zhì)的測試；步驟二對變電站通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測試；步驟三對變電站通信系統(tǒng)的具體參數(shù)測試；步驟四變電站內(nèi)部通信能力測試；步驟五變電站總體通信能力測試；步驟六網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試設(shè)計(jì)，即智能電子設(shè)備的通信協(xié)議一致性和互操作性測
試ο其中，所述的步驟一對通信系統(tǒng)的物理層傳輸介質(zhì)的測試，因?yàn)閾?jù)統(tǒng)計(jì)在局域網(wǎng)出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障中，有75%以上是由網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)引起的，因此需要對變電站通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光纖進(jìn)行嚴(yán)格測試，其中最主要的幾個(gè)測試參數(shù)是鏈路的衰減特性、連接器的插入損耗、回波損耗等，保證通信網(wǎng)絡(luò)物理層連通。其中，所述的步驟二中對數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測試，因?yàn)閿?shù)字化變電站對網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有較高的要求，GOOSE網(wǎng)一般采用帶網(wǎng)管型工業(yè)交換機(jī)。網(wǎng)管型交換機(jī)有復(fù)雜的軟件管理系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)智能裝置IED，具有和保護(hù)裝置相比的復(fù)雜性，因此對交換機(jī)IED的功能進(jìn)行測試是十分必要的，具體步驟如下1、交換機(jī)的型式試驗(yàn)根據(jù)IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)對交換機(jī)進(jìn)行型式測試，測試內(nèi)容包括交換機(jī)的環(huán)境要求和供電要求環(huán)境要求有溫度、濕度、大氣壓力、機(jī)械和振動(dòng)、污染和腐蝕及抗電磁干擾性能等；供電要求有正常工作時(shí)的電壓范圍、電壓容差、電壓中斷和電壓質(zhì)量。IEEE1613標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境和測試要求，其CLASS 2版本規(guī)定交換機(jī)在進(jìn)行型式試驗(yàn)過程中，不能發(fā)生通信故障、通信中斷，通信延遲不能增加。數(shù)字化變電站中的交換機(jī)應(yīng)按照IEC61850-3、IEEE1613標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，然后提供這些型式試驗(yàn)具體結(jié)果的報(bào)告。2、交換機(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)交換機(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)包括功能測試、性能測試。交換機(jī)的功能測試首先測試交換機(jī)端口的端口鏡像功能，檢查鏡像端口上的數(shù)據(jù)包，然后與源端口發(fā)送的數(shù)據(jù)包匹配；VLAN劃分功能，檢查不同VLAN的端口之間是否實(shí)現(xiàn)了有效隔離；報(bào)文優(yōu)先級(jí)QoS功能測試，通過QoS，局域網(wǎng)對實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)提供優(yōu)先服務(wù)甚至可提供專用帶寬，從而保證較低的時(shí)延和丟包率，采用報(bào)文優(yōu)先級(jí)QoS技術(shù)過程層網(wǎng)絡(luò)，對重要報(bào)文如GOOSE賦予較高的優(yōu)先級(jí)，測試檢查不同優(yōu)先級(jí)報(bào)文能否按要求傳輸；交換機(jī)廣播風(fēng)暴抑制功能測試，病毒、交換機(jī)端口故障、網(wǎng)卡故障、鏈路冗余沒有啟用生成樹協(xié)議、受到干擾等可引發(fā)廣播風(fēng)暴，測試交換機(jī)端口的速率限制功能能否限制其發(fā)送的大量廣播報(bào)文；交換機(jī)安全功能測試，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)受到黑客的攻擊，造成交換機(jī)拒絕服務(wù)，因此需要開展交換機(jī)的安全性測試，檢查交換機(jī)是否存在物理上的安全漏洞，對交換機(jī)進(jìn)行DoS攻擊測試其是否有抗攻擊能力。交換機(jī)的性能測試應(yīng)分為現(xiàn)場性能測試和組網(wǎng)后性能測試，交換機(jī)的性能測試主要方法端口吞吐量測試，使用專門的測試儀器，以不同的幀長度(64字節(jié)、256字節(jié)、512字節(jié)、IOM字節(jié)和1518字節(jié)等)進(jìn)行測試；時(shí)延測試，分為發(fā)送時(shí)延、交換時(shí)延、線路傳輸時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延4個(gè)部分組成；丟包率測試，通常在吞吐量范圍內(nèi)以不同的幀長度(64、128、256,512U024U280U518Byte)測試所丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的比率；數(shù)據(jù)鏈路層健康狀況測試，數(shù)據(jù)鏈路層健康狀況包括網(wǎng)段的流量、網(wǎng)絡(luò)鏈路利用率、錯(cuò)誤幀率、廣播幀和組播幀的數(shù)量、沖突率等，這些性能指標(biāo)可以通過直接提取SNMP端口的方法獲得； VLAN劃分測試，對于劃分后的VLAN對其報(bào)文隔離效果進(jìn)行測試，從而實(shí)現(xiàn)廣播隔離和提高網(wǎng)絡(luò)安全性；RSTP快速生成樹協(xié)議測試，對于采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和采用冗余技術(shù)保證運(yùn)行可靠性的網(wǎng)絡(luò)，利用RSTP快速生成樹協(xié)議提供快速的網(wǎng)絡(luò)共構(gòu)時(shí)間，在環(huán)形網(wǎng)中配置生成樹協(xié)議，通過測試驗(yàn)證只有一條鏈路可用，然后人為斷開此鏈路后驗(yàn)證備用鏈路恢復(fù)使用；網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率測試，負(fù)荷率和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率是反映系統(tǒng)健壯性的關(guān)鍵指標(biāo)，也是應(yīng)付突發(fā)事件的系統(tǒng)資源的備用容量，通過這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的檢測可以較好的從計(jì)算機(jī)運(yùn)行的角度反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，系統(tǒng)負(fù)荷率網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)由各種工作情況下的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率和系統(tǒng)負(fù)荷率標(biāo)志，可用網(wǎng)絡(luò)測試儀進(jìn)行測試。其中，步驟三中對通信系統(tǒng)的具體參數(shù)測試，完成了通信網(wǎng)絡(luò)的物理層傳輸介質(zhì)和數(shù)據(jù)鏈路中交換機(jī)的測試后，需要對通信系統(tǒng)的具體參數(shù)進(jìn)行測試，包括如下步驟1、系統(tǒng)連通性測試將測試工具連接到選定的接入層設(shè)備的端口，即測試點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行10次 Ping測試得到接入設(shè)備的MAC地址和預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)的IP地址，每次間隔ls，以測試網(wǎng)絡(luò)連通性，然后測試其他位置測試點(diǎn)，直到遍歷所有測試抽樣設(shè)備。2、鏈路傳輸速率測試若發(fā)送端口和接收端口位于同一機(jī)房，也可用一臺(tái)具備雙端口測試能力的測試工具實(shí)現(xiàn)，測試應(yīng)在空載網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行。將用于發(fā)送和接收的測試工具分別連接到被測網(wǎng)絡(luò)鏈路的源和目的交換機(jī)端口或末端集線器端口上；對于交換機(jī)，測試工具1在發(fā)送端口產(chǎn)生 100%滿線速流量；對于集線器，測試工具1發(fā)送端口產(chǎn)生50%線速流量(建議幀長度設(shè)置為1518Byte)；測試工具2在接收端口對收到的流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算其端口利用率。3、網(wǎng)絡(luò)吞吐率測試若發(fā)送端口和接收端口位于同一機(jī)房，也可用一臺(tái)具備雙端口測試能力的測試工具實(shí)現(xiàn)。將兩臺(tái)測試工具分別連接到被測網(wǎng)絡(luò)鏈路的源和目的交換機(jī)端口上，測試工具1 向測試工具2發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果所有的數(shù)據(jù)包都被測試工具2正確接收到，增加發(fā)送的幀速率，否則減少發(fā)送的幀速率；直到測出被測網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備在未丟包的情況下，能夠處理的最大幀速率。4、傳輸時(shí)延測試當(dāng)被測網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)端口位于不同的地理位置，需要由兩臺(tái)測試工具來完成測試， 測試工具1產(chǎn)生流量，測試工具2接收流量，并將測試數(shù)據(jù)流環(huán)回。當(dāng)被測網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)端口位于同一機(jī)房，可由一臺(tái)具有雙端口測試能力測試工具完成，測試工具的一個(gè)端口用于產(chǎn)生流量，另一個(gè)端口用于接收流量。測試方法測試工具(端口)分別連接到被測網(wǎng)絡(luò)鏈路的源和目的交換機(jī)端口上，測試工具1(發(fā)送端口)向測試工具2(接口端口)均勻地發(fā)送數(shù)據(jù)包，向被測網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一定數(shù)目的1518Byte的數(shù)據(jù)幀，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到所測得的最大吞吐率；收發(fā)端口位于不同的地理位置，測試工具1向被測網(wǎng)絡(luò)發(fā)送測試幀，在數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收時(shí)刻都打上相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記；被測網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)端口位于同一機(jī)房，測試工具通過發(fā)送端口發(fā)出帶有時(shí)間標(biāo)記的測試幀，在接收端口接收測試幀，這樣就可以計(jì)算出傳輸時(shí)延。
5、丟包率測試將兩臺(tái)測試工具分別連接到被測網(wǎng)絡(luò)鏈路的源和目的交換機(jī)端口上，測試工具1 向被測網(wǎng)絡(luò)加載70%的流量負(fù)荷，測試工具2接收負(fù)荷，測試數(shù)據(jù)幀丟失的比例，分別需用不同的幀大小(包括 64、128、256、512、1024、1280、1518 (Byte)進(jìn)行測試。6、IP子網(wǎng)劃分測試在局域網(wǎng)系統(tǒng)中的路由器或三層交換機(jī)上進(jìn)行子網(wǎng)測試，局域網(wǎng)中至少存在兩個(gè)子網(wǎng)，將測試計(jì)算機(jī)1連接到一個(gè)子網(wǎng)的物理端口，測試計(jì)算機(jī)2連接到另一子網(wǎng)的物理端口。通過測試計(jì)算機(jī)1向測試計(jì)算機(jī)2發(fā)送Ping(共發(fā)送10次)，查看它們之間的連通性。 將測試工具連接在被測子網(wǎng)的某一物理端口上，測試工具通過發(fā)送Ping廣播報(bào)文、SNMP查詢、監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包等方式，自動(dòng)檢測出在該子網(wǎng)上所連接的所有設(shè)備和終端，并生成該子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)列表。7、VLAN劃分測試將測試工具1連接到一個(gè)VLAN的物理端口，測試工具2連接到另一個(gè)VLAN的物理端口，通過測試工具1向測試工具2發(fā)送Ping (共發(fā)送10次)，查看它們之間的連通性， 測試工具通過發(fā)送Ping廣播報(bào)文、SNMP查詢、監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包等方式，自動(dòng)檢測出在該子網(wǎng)上所連接的所有設(shè)備和終端，并生成該VLAN的節(jié)點(diǎn)列表；通過測試工具1發(fā)送以太網(wǎng)廣播包，查看測試工具2是否能夠接收到測試工具1發(fā)出的廣播包；測試工具G連接到與測試工具1所在的同一個(gè)VLAN的任一端口 ；通過測試工具1發(fā)送以太網(wǎng)廣播包，查看測試工具2是否能夠正確接收到測試工具1發(fā)出的廣播包。其中，步驟四中變電站內(nèi)部通信能力測試，數(shù)字化變電站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)在可靠性、 安全性、穩(wěn)定性上比一般的局域網(wǎng)要求更嚴(yán)格，具體體現(xiàn)為在某些測試指標(biāo)上要求更高。但是數(shù)字化變電站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)其傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與一般的通信局域網(wǎng)相比并無本質(zhì)不同，所以在測試方法上一者是基本相同的，但是與一般通信局域網(wǎng)測試不同，為了使測試更真實(shí)地反映變電站實(shí)際情況，在測試網(wǎng)絡(luò)過程層時(shí)應(yīng)盡量采用GOOSE報(bào)文作為測試報(bào)文，而在測試網(wǎng)絡(luò)站控層時(shí)應(yīng)該要以MMS報(bào)文和GOOSE報(bào)文作為測試報(bào)文。本方法利用國家的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T21671、YD/T1141、YD/T1628)將網(wǎng)絡(luò)中各種參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，從而得出各種參數(shù)的正確性。其中，步驟五中變電站總體通信能力測試，首先在被測終端設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)上加入帶外、帶內(nèi)兩種報(bào)文，以一定的負(fù)荷發(fā)送報(bào)文。帶外廣播報(bào)文的目的MAC(MediaAccess Control，媒介訪問控制)地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF，帶內(nèi)報(bào)文在數(shù)字化變電站系統(tǒng)內(nèi)抓取數(shù)據(jù)包獲得，以確保帶內(nèi)GOOSE報(bào)文的幀格式是終端被測設(shè)備接受的幀格式。網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備指連接在網(wǎng)絡(luò)上的各種智能設(shè)備，包括保護(hù)、測控、智能控制單元。其中，步驟六中網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試系統(tǒng)的主要任務(wù)為依據(jù)IEC 61850-10，完成智能電子設(shè)備(IED)是否具有互操作能力的測試(一致性測試)，并驗(yàn)證IED集成在一起完成變電站自動(dòng)化功能的能力(互操作性測試)。網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試系統(tǒng)主要由以下五部分組成1、IED服務(wù)器端模擬器服務(wù)器端模擬器內(nèi)置符合IEC 61850-7的通信對象模型，通過映射將其他通信協(xié)議與調(diào)度中心監(jiān)控主機(jī)上IEC 61850客戶端監(jiān)控軟件交換信息，模擬數(shù)據(jù)采集、控制輸出功能；支持變電站配置語言(SCL)文件解析，能夠根據(jù)SCL文件提供的配置信息，靜態(tài)建立信息模型，IEC 61850服務(wù)器端軟件在一致性測試系統(tǒng)中扮演間隔的角色。作為虛擬間隔， 它應(yīng)完成模擬開關(guān)、刀閘變位、模擬量越死區(qū)、事件順序記錄(SOE)、控制操作等功能。IED 配置工具也可對其進(jìn)行配置。2、IEC 61580客戶端監(jiān)控軟件IEC 61850客戶端監(jiān)控軟件(IEC 61850對象瀏覽器)運(yùn)行在調(diào)度中心的監(jiān)控主機(jī)上，遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的客戶端應(yīng)用軟件，能夠與服務(wù)器端裝置/模擬器進(jìn)行互連， 通過與服務(wù)器交互，讀取服務(wù)信息動(dòng)態(tài)創(chuàng)建服務(wù)器端模型，也可解析SCL文件靜態(tài)生成模型。IEC 61850客戶端監(jiān)控軟件是調(diào)度中心人機(jī)交互的界面，可以查看IEC 61850的信息模型、查看/設(shè)置IEC 61850的對象屬性、實(shí)時(shí)顯示通信狀態(tài)、系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)的通信日志管理、通信報(bào)文記錄和查看、通信調(diào)試、配置管理等功能。3、系統(tǒng)配置工具系統(tǒng)配置工具是一個(gè)獨(dú)立于IED的工具。它收集IED的配置文件，系統(tǒng)配置工具為不同IED提供系統(tǒng)信息，產(chǎn)生符合IEC 61850-6規(guī)定的變電站相關(guān)配置文件。配置文件作為系統(tǒng)相關(guān)IED配置，然后反饋給IED配置工具，實(shí)現(xiàn)基于IEC61850的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程化。系統(tǒng)配置軟件按照IEC61850-6中對象屬性間關(guān)系的定義，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，該軟件有較強(qiáng)的開放性、規(guī)范性和可移植性。軟件提供人機(jī)界面，用戶可以方便進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，系統(tǒng)依照特定的模式生成SCL文件。4、IEC配置工具IED配置工具是配置IED的專用工具，它是基于SCL，能輸入、輸出IED的專用定值，產(chǎn)生IED的配置文件。5、協(xié)議分析工具對系統(tǒng)進(jìn)行一致性測試，項(xiàng)目中使用了 IEC61850協(xié)議分析工具世界性電力試驗(yàn)認(rèn)證機(jī)構(gòu)KEMA的UniCA 61850分析器軟件。它能抓取并分析以太網(wǎng)上TASE. 2和UCA2. 0 或IEC 61850通信數(shù)據(jù)，并解釋通信設(shè)備間的各層協(xié)議報(bào)文，記錄監(jiān)督整個(gè)通信過程，這些功能可用于分析IEC 61850功能模型結(jié)構(gòu)/屬性是否合乎要求、協(xié)議映射是否正確、參數(shù)設(shè)置是否合理等。使用KEMA機(jī)構(gòu)的UniCA 61850可對智能電子設(shè)備的一致性進(jìn)行客觀、公正地分析和評(píng)價(jià)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、對變電站通信網(wǎng)絡(luò)的物理介質(zhì)和交換機(jī)的測試比傳統(tǒng)的測試方法全面、快速、 安全；2、基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法可快速準(zhǔn)確的獲得接入設(shè)備的MAC地址和所屬的VLAN ；3、可對各廠商智能電子設(shè)備進(jìn)行一致性或互操作測試。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方法做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法實(shí)現(xiàn)變電站中通信設(shè)備和協(xié)議測試的方法主要包括站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)功能性能測試根據(jù)對物理傳輸介質(zhì)的測試確定物理上是否連通及信號(hào)的衰減情況；在物理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通情況下對數(shù)據(jù)鏈路層的交換機(jī)進(jìn)行測試；網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試依據(jù)IEC 61850-10，完成智能電子設(shè)備 (IED)是否具有互操作能力的測試(一致性測試)，并驗(yàn)證IED集成在一起完成變電站自動(dòng)化功能的能力(互操作性測試)。參見附

圖1，通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)是光纖，對變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法實(shí)現(xiàn)變電站中通信設(shè)備和協(xié)議測試之前，需要對通信網(wǎng)絡(luò)物理層的傳輸介質(zhì)(101)進(jìn)行測試， 其中最主要的幾個(gè)測試項(xiàng)目是鏈路的衰減特性、連接器的插入損耗、回波損耗等。使用測試工具(10 及方法分別是光纖識(shí)別器，是一光電探測器，可以在不影響傳輸質(zhì)量的情況下檢測光的狀態(tài)及方向，大多數(shù)的光纖識(shí)別器用于工作波長為1310nm或1550nm的單模光纖光纖；故障定位器(故障跟蹤器)，它是激光二極管可見光(紅光)源，當(dāng)光注入光纖時(shí)，若出現(xiàn)光纖斷裂、連接器故障、彎曲過度、熔接質(zhì)量差等類似的故障時(shí)，通過發(fā)射到光纖的光就可以對光纖的故障進(jìn)行可視定位；光損耗測試設(shè)備(又稱光萬用表或光功率計(jì))，在光纖一端發(fā)射校準(zhǔn)過的穩(wěn)定光，并在接收端讀出輸出光功率，將輸出光功率、輸入光功率代入損耗計(jì)算公式可得光線的損耗。在完成通信網(wǎng)絡(luò)物理層傳輸介質(zhì)的測試后，對數(shù)據(jù)鏈路層的交換機(jī)進(jìn)行測試，下面結(jié)合附圖2進(jìn)行詳細(xì)的介紹。對交換機(jī)O01)接入通信網(wǎng)絡(luò)前，首先進(jìn)行型式測試(20 ，主要進(jìn)行低溫試驗(yàn)、 干熱試驗(yàn)、濕熱性能、靜態(tài)振動(dòng)、沖擊、自由墜落、靜態(tài)加載、抗電磁干擾、電磁輻射、絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)等，然后提供這些測試結(jié)果報(bào)告。然后對其功能003)、性能(204、20幻進(jìn)行測試。1、交換機(jī)的功能測試(203)具體內(nèi)容包括(1)端口鏡像功能。交換機(jī)一個(gè)或多個(gè)端口(VLAN)的數(shù)據(jù)鏡像到指定端口的能力即端口鏡像功能。為了實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)聽，記錄網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔ⅲ髮⒔粨Q機(jī)某一端口的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到鏡像端口，測試時(shí)檢查鏡像端口上的數(shù)據(jù)包，然后與源端口發(fā)送的數(shù)據(jù)包匹配。Q)VLAN劃分功能。交換機(jī)采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)功能有減少參與廣播風(fēng)暴的設(shè)備數(shù)量，隔離帶有關(guān)鍵實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)設(shè)備和產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)輸出設(shè)備，增強(qiáng)局域網(wǎng)的安全性。測試時(shí)檢查不同VLAN的端口之間是否實(shí)現(xiàn)了有效隔離。(3)報(bào)文優(yōu)先級(jí)QoS功能測試。QoS可網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)流量提供不同質(zhì)量的服務(wù)。 通過QoS，局域網(wǎng)對實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)提供優(yōu)先服務(wù)甚至可提供專用帶寬，從而保證較低的時(shí)延和丟包率。采用報(bào)文優(yōu)先級(jí)QoS技術(shù)過程層網(wǎng)絡(luò)，對重要報(bào)文如GOOSE賦予較高的優(yōu)先級(jí)，測試檢查不同優(yōu)先級(jí)報(bào)文能否按要求傳輸。(4)交換機(jī)廣播風(fēng)暴抑制功能測試。病毒、交換機(jī)端口故障、網(wǎng)卡故障、鏈路冗余沒有啟用生成樹協(xié)議、受到干擾等可引發(fā)廣播風(fēng)暴，測試交換機(jī)端口的速率限制功能能否限制其發(fā)送的大量廣播報(bào)文。(5)交換機(jī)安全功能測試。網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)受到黑客的攻擊，造成交換機(jī)拒絕服務(wù)，因此需要開展交換機(jī)的安全性測試，檢查交換機(jī)是否存在物理上的安全漏洞，對交換機(jī)進(jìn)行 DoS攻擊測試其是否有抗攻擊能力。功能測試完成后，對其進(jìn)行性能測試，性能測試分為現(xiàn)場性能測試(204)和組網(wǎng)后性能測試005)。2、交換機(jī)現(xiàn)場性能測試包括(1)端口吞吐量測試。吞吐量是在能接受的最大丟包率下，端口數(shù)據(jù)包最大轉(zhuǎn)發(fā)速率。使用專門的測試儀器，以不同的幀長度(64字節(jié)、256字節(jié)、512字節(jié)、IOM字節(jié)和1518 字節(jié)等)進(jìn)行測試。吞吐率的要求如表1所示。表1吞吐率的要求
權(quán)利要求
1.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于該方法具體包括以下步驟(1)對變電站通信網(wǎng)絡(luò)物理層傳輸介質(zhì)的測試；(2)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測試；(3)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)具體參數(shù)測試；(4)變電站內(nèi)部通信能力測試；(5)變電站總體通信能力測試；(6)網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于所述的步驟(1)對變電站通信網(wǎng)絡(luò)物理層傳輸介質(zhì)的測試，變電站通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是光纖，測試幾個(gè)性能參數(shù)是鏈路的衰減特性、連接器的插入損耗、回波損耗等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC81850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于所述的步驟O)中數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測試，包括如下步驟(1)數(shù)據(jù)鏈路層交換機(jī)的型式測試；(2)數(shù)據(jù)鏈路層交換機(jī)的現(xiàn)場測試；(3)交換機(jī)組網(wǎng)后的測試。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于所述的步驟(3)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)具體參數(shù)測試，包括如下步驟(1)系統(tǒng)連通性測試；(2)鏈路傳輸速率測試；(3)網(wǎng)絡(luò)吞吐率測試；(4)傳輸時(shí)延測試；(5)丟包率測試；(6)IP子網(wǎng)劃分測試；(7)VLAN劃分測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于所述的步驟(4)變電站內(nèi)部通信能力測試，數(shù)字化變電站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)在可靠性、 安全性、穩(wěn)定性上比一般的局域網(wǎng)要求更嚴(yán)格，為了測試更真實(shí)地反映變電站實(shí)際情況，在測試網(wǎng)絡(luò)過程層時(shí)應(yīng)盡量采用GOOSE報(bào)文作為測試報(bào)文，而在測試網(wǎng)絡(luò)站控層時(shí)應(yīng)該要以匪S報(bào)文和GOOSE報(bào)文作為測試報(bào)文。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法， 其特征在于所述的步驟( 變電站總體通信能力測試，在被測終端設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)上加入帶外、帶內(nèi)兩種報(bào)文，以一定的負(fù)荷發(fā)送報(bào)文；帶外廣播報(bào)文的目的MAC地址為 FF-FF-FF-FF-FF-FF，抓取變電站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)包獲得帶內(nèi)報(bào)文，以確保帶內(nèi)GOOSE 報(bào)文的幀格式是終端被測設(shè)備接受的幀格式，網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備指連接在網(wǎng)絡(luò)上的各種智能設(shè)備，包括保護(hù)、測控、智能控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，其特征在于所述的步驟(6)網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試的主要任務(wù)為依據(jù) IEC 61850-10，完成智能電子設(shè)備(IED)是否具有互操作能力的測試，即一致性測試；并驗(yàn)證IED集成在一起完成變電站自動(dòng)化功能的能力，即互操作性測試，網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試系統(tǒng)主要由五部分組成(1)IED服務(wù)器端模擬器；(2)IEC 61580客戶端監(jiān)控軟件；(3)系統(tǒng)配置工具；(4)IEC配置工具；(5)協(xié)議分析工具。
全文摘要
本發(fā)明提供了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)測試方法，包括站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)功能性能測試方法、網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約測試方法。該方法可以對基于IEC 61850變電站中的以太網(wǎng)通信設(shè)備運(yùn)行情況、接入設(shè)備MAC地址及預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)IP地址、交換機(jī)內(nèi)部功能和參數(shù)是否依據(jù)現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一配置要求進(jìn)行配置進(jìn)行檢測；對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率、網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)功能、虛擬局域網(wǎng)功能進(jìn)行測試；還可為不同廠商的智能電子設(shè)備提供一致性及互操作性的檢測方法，減少智能電子設(shè)備在工廠和現(xiàn)場集成系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)問題的風(fēng)險(xiǎn)。為我國智能電網(wǎng)的通信系統(tǒng)的檢測提供了依據(jù)，進(jìn)而提高智能電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102164058SQ201110124498
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者毛峽, 王重平 申請人:北京航空航天大學(xué)