一种电力调度自动化主站系统测试平台及其测试方法

摘要

本发明涉及一种电力调度自动化主站系统测试平台及其测试方法，将支撑层、电力系统仿真层、调度自动化系统仿真层、试验验证层、接口适配层有机的集成为一个测试平台，提供了一套标准的测试环境配置，可为调度自动化主站系统提供源代码测试、控制类软件闭环测试、电力系统雪崩测试，规约测试等测试项目。调度自动化主站系统测试平台的创建有效的整合了各种试验验证资源，实现对被测对象的标准化、自动化测试。被测系统或功能模块以“即插即用”的方式接入试验验证平台，在减少被测系统接入测试系统的调试时间的同时，提高测试资源利用效率和工作效率,提升测试工作的自动化水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力调度自动化领域的测试平台及其测试方法，具体讲涉及一种电力调 度自动化主站系统测试平台及其测试方法。

背景技术

随着软件产业的发展，软件产品的质量控制与质量管理正逐渐成为软件企业生存与发展 的核心。软件测试作为软件产品质量控制环节的重要环节起着至关重要的作用，其必要性已 经完全为业内决策人士所接收。软件测试是一种提升软件质量且直接面向应用的技术手段， 其目的是发现软件存在的缺陷，以减少软件运行后的出现问题的隐患，是软件检测活动中的 一个技术过程。

从是否关心软件内部结构和具体实现的角度划分，目前已经成熟的软件测试理论和方法， 主要有以下三种：

1)黑盒测试理论。已知产品所应具有的功能，通过测试来检测每个功能是

否都能正常使用。在测试时，把软件系统看作一个不能打开的黑盆子，在完全不考虑程 序内部结构和内部特性的情况下，在程序接口进行的测试，它只检查程序功能是否按照需求 规格说明书的规定正常使用，是否能适当地接收输入数锯而产生正确的输出信息，并且保持 外部信息的完整性。

2)白盒测试理论。已知产品内部工作过程，通过测试来检测产品内部动作

是否按照规格说明书的规定正常进行。按照程序内部的结构测试程序，检验程序中的每 条通路是否都有能按预定要求正确工作，白盒测试的主要方法有逻辑驱动、基路测试等，主 要用于软件验证。

3)灰盒测试理论。介于黑盒测试与白盒测试之间的一种测试方法。对具备

软件平台性质产品的测试，通过黑盒手工测试是很难完成的。而白盒测试是在单元测试 进行的，显然对产品的测试带来很大的局限性，也无法测试到产品在集成过程中带来的问题。 灰盒测试关注输出对于输入的正确性，同时也关注内部表现，但这种关注不像白盒那样详细、 完整，只是通过一些表征性的现象、事件、标志来判断内部的运行状态。

随着智能电网进入全面建设阶段以及国家电网公司大运行体系建设的推进，大量电网自 动化新系统、新设备将相继投入运行，需要对其进行全面、详尽的评估和测试，以确保新系 统、新设备在稳定可靠运行的同时能够满足标准规范化的要求。然而，调度自动化主站系统 由于系统复杂、功能多，国内外尚未针对全系统进行测试评估，其基础比较薄弱。目前的已 经开展的调度主站测试工作主要是对分散的调度自动化主站子系统或功能模块的测试，以及 系统的集成测试。分散的测试，已经无法适应复杂大型系统的实施和升级需要。

调度自动化主站系统软件的测试具有如下需求：

1)需要开展源代码测试：

调度自动化主站系统在实际运行过程中出现的问题，有大部分是隐蔽性很强的软件代码 质量缺陷而引起的，传统的黑盒测试方式无法有效发现此类问题。针对调度自动化主站系统 在开发和投运过程中遇到的实际问题，需对调度自动化主站系统的核心模块的源代码进行白 盒测试。

2)需要对电力系统进行仿真：

调度自动化主站系统的AVC、AGC等控制类软件要实现对电力系统的闭环控制需要对实 际电力系统进行仿真，主要包括对电力系统一次设备如机组、母线、线路、电容电抗器、变 压器，以及对电力系统实时运行状态、行为和响应进行仿真。

3)需要对发电厂和变电站监控系统进行仿真：

发电厂和变电站监控系统是调度自动化主站系统的数据来源，需要和调度自动化主站系 统进行通信，同时也要接收调度自动化主站系统的下发的控制命令，实现对电网的控制。

4)需要对多级调度机制进行仿真：

在分级分布的调控管理体系下，我国的电网调度控制系统是系统级(多级电网调度系统) 的工业控制系统，需要实现多级协调控制，尤其是电网闭环控制(AGC、AVC等)；

5)需要对电网雪崩数据进行仿真：

电网调度自动化主站系统测试平台要对数以百万计的电网数据进行实时处理，特别在电 网出现事故时，电网实时数据量会发生雪崩式增长。

电网调度自动化主站系统测试平台的搭建可有效整合各种测试资源，实现对被测系统的 标准化、自动化试测试。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的发明目的是根据电力调度自动化主站系统的运行特 点，基于软件测试技术、面向对象设计技术、仿真技术和系统集成技术提出一种电力调度自 动化主站系统测试平台，提供基于电力调度自动化主站系统测试平台实现对电力调度自动化 系统进行源代码测试、控制类软件闭环测试、电网雪崩数据测试的方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种电力调度自动化主站系统测试平台，其改进之处在于，所述测试平台自 底向上依次包括：

(1)支撑层：包括计算机硬件设备、操作系统和数据库，用于支撑电网调度自动化主站 系统测试平台的运行；

(2)电力系统仿真层：对电力系统模型、设备模型和电网行为以及响应进行仿真，用于 模拟真实的电力系统环境；

(3)调度自动化系统仿真层：包括主站仿真系统和厂站仿真系统，其中主站仿真系统包 括多级主站的协调控制以及安全防护体系，用来与被测主站系统的各个组成部分进行对接， 厂站仿真系统包括变电站监控仿真系统和发电厂监控仿真系统，实现对系统的多级协调闭环 控制功能进行试验验证；

(4)试验验证层：通过集成专业的测试工具和子系统，在实现对源代码、功能、性能、 稳定性、标准符合性、兼容性、安全性等进行试验验证的同时，实现了对多级协调闭环控制、 雪崩环境模拟典型复杂电网控制功能、性能的测试。

(5)接口适配层：采用多种通用标准接口，保证调度自动化主站系统的被测对象无需任 何修改能够“即插即用”的接入接口适配层。

本发明还提供一种电力调度自动化主站系统测试平台的测试方法，其改进之处在于，所 述方法包括以下方面：①调度自动化主站系统源代码测试；②调度自动化主站系统控制类模 块的闭环测试和③电网雪崩测试。

进一步地，所述①由试验验证层实现，采用基于语义的静态分析技术实现对调度自动化 主站系统源代码进行静态结构分析、静态质量度量和规则检查分析验证；

静态分析包括：

1)数据流分析：将源代码用图来表示，节点是源代码的基本块，边是描述控制从一个程 序块转移到另一个基本块；

2)基于约束的分析：从源代码中产生本地约束，通过解析产生的约束验证所有属性。

3)类型与结果分析：类型与结果分析是结果系统和注释的类型系统的结合，结果系统表 达一个语句的执行结果，注释的类型系统提供结果系统的语义。

进一步地，所述②中，调度自动化主站系统控制类模块包括自动电压控制AVC模块和自 动发电控制AGC模块；

其中：

<1>自动电压控制AVC模块的闭环测试包括下述步骤：

A、厂站仿真系统位于试验验证平台的调度自动化系统仿真层包括发电厂控制系统和变 电站一体化监控系统，并接收并执行主站仿真系统的自动电压控制AVC模块下发的针对机 组、母线、无功补偿装置或变压器分接头的控制命令，并将机组、母线、无功补偿装置或变 压器分接头的闭锁信息返回主站；

B、执行控制命令后，机组无功出力、无功补偿装置投切状态和变压器档位的变化反映 到电力系统仿真层的发电机组模型、电容电抗器模型和变压器模型中，电力系统仿真层计算 控制命令执行后的电网运行状态，并将其反馈到调度自动化主站系统中，实现对自动电压控 制AVC模块的闭环测试；

对于省级及以上电网自动电压控制AVC模块，通过位于试验验证平台的调度自动化系统 仿真层的主站仿真系统模拟的下级调度自动电压控制AVC模块接收其(其指的是省级及以上 电网自动电压控制AVC模块)下发的控制目标，再进行控制命令分解与下发操作，实现多级 调度协调控制的试验验证；

<2>自动发电控制AGC模块的闭环测试包括下述步骤：

A、厂站仿真系统包括发电厂控制系统和变电站一体化监控系统，接收并执行主站仿真 系统的自动发电控制AGC模块下发的针对机组的控制命令，并将机组的有功出力返回主站；

B、执行控制命令后，机组出力的变化反映到电力系统仿真层的发电机组模型中，电力 系统仿真层计算控制命令执行后的电网运行状态，并将其反馈到调度自动化主站系统仿真层 中，实现对自动发电控制AGC模块的闭环测试。

进一步地，所述③中，电网雪崩测试用于验证因电网事故造成电网信息剧增时，电力系 统处理突发事件的能力；验证过程中将被测电力系统通过标准接口适配层接入调度自动化系 统仿真层的厂站仿真系统，厂站仿真系统模拟生成多个厂站的雪崩数据；电网信息包括遥信 变位信息、事件顺序记录SOE信息和遥测信息；

厂站仿真系统提供实时海量数据，模拟厂站接入数不少于1000个，同时根据测试需要对 电力系统模拟量、状态量、事件顺序记录SOE的变化数量、变化周期、变化方式、数据质量 标志位以及远程终端控制系统RTU的正常和异常操作进行仿真，支持遥控、遥调、通道操作、 多源数据手工和动态切换；

在设定的信息变化量条件下，验证电力系统是否处理正常，包括遥测和遥信实时数据的 处理是否正常；事件顺序记录SOE是否及时传送；遥调和遥控命令处理是否正确，同时利用 试验验证层提供的网络测试子系统及计算机性能测试分析子系统监测系统性能指标是否符合 要求。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提供的一种调度自动化主站系统测试平台及测试方法，将支撑层、电力系统仿真 层、调度自动化系统仿真层、试验验证层、接口适配层有机的集成为一个测试平台，提供了 一套标准的测试环境配置，可为调度自动化主站系统提供源代码测试、控制类软件闭环测试、 电力系统雪崩测试，规约测试等测试项目。调度自动化主站系统测试平台的创建有效的整合 了各种试验验证资源，实现对被测对象的标准化、自动化测试。被测系统或功能模块以“即 插即用”的方式接入测试平台，在减少被测系统接入测试系统的调试时间的同时，提高测试 资源利用效率和工作效率，提升测试工作的自动化水平。

附图说明

图1是本发明提供的电网调度自动化主站系统测试平台架构图；

图2是本发明提供的AVC/AGC闭环控制逻辑流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

对本发明用到技术术语进行如下解释：

1)调度自动化系统：调度自动化系统是一个集数据采集、控制、通信和分析决策功能于 一身的计算机系统，由调度自动化主站系统、调度自动化子站系统及连接二者的通信系统构 成。

2)调度自动化主站系统：包含前置系统、基础平台及实时监控与预警类应用、调度计 划类应用、安全校核类应用、调度管理类应用四大类应用。主要实现接收各厂站RTU数据、 数据处理、运行监视、控制命令下发等功能。

3)闭环控制：也叫反馈控制，是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此 产生一个偏差信号，利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。

4)AVC：自动电压控制(AutomaticVoltageControl)利用计算机和通信技术，对电网中的 无功资源以及调压设备进行自动控制，在自动装置的作用和给定电压约束条件下，发电机的 励磁、变电站的无功补偿装置的出力以及变压器的分接头都能按指令自动进行闭环调整，使 其注入电网的无功逐渐接近电网要求的最优值，以达到保证电网安全、优质和经济运行的目 的。

5)AGC：自动发电量控制AGC(AutomaticGenerationControl)是能量管理系统EMS 中的一项重要功能，它控制着调频机组的出力，以满足不断变化的电力需求，并使系统处于 经济的运行状态。

本发明提供的一种电网调度自动化主站系统测试平台自底向上依次包括支撑层、电力系 统仿真层、调度自动化系统仿真层、试验验证层和接口适配层。电网调度自动化主站系统测 试平台架构如图1所示。其中：

(1)支撑层包括计算机硬件设备、操作系统、数据库等基础软硬件，用来支撑整个电网 调度自动化主站系统测试平台的运行；

(2)电力系统仿真层对电力系统模型、设备模型及电网行为和响应进行仿真，用来模拟 真实的电力系统环境。

(3)调度自动化系统仿真层包括主站仿真系统和厂站仿真系统，其中主站仿真系统包括 多级主站的协调控制以及安全防护体系，用来与被测主站系统的各个组成部分进行对接，厂 站仿真系统包括变电站监控仿真系统和发电厂监控仿真系统，可实现对系统的多级协调闭环 控制功能进行试验验证。

(4)验验证层通过集成专业的测试工具和子系统，在实现对源代码、功能、性能、稳定 性、标准符合性、兼容性、安全性等进行试验验证的同时，实现了对多级协调闭环控制、雪 崩环境模拟等典型复杂电网控制功能、性能的测试。

(6)接口适配层采用多种通用标准接口，保证了调度自动化主站系统的被测对象无需任 何修改就可以“即插即用”地接入到试验验证平台。

本发明还提供一种电网调度自动化主站系统测试平台的测试方法，包括：

①源代码检测方法：程序源代码作为构成软件系统的最小单位，其质量是软件系统质量 的基本保证。源代码验证技术可在在软件开发初期，无需代码运行，就能发现源代码的质量 和安全问题。

基于语义的静态分析技术可实现对源代码进行静态结构分析、静态质量度量和规则检查 的分析验证。基于语义的静态分析使用抽象程序约束来映射源代码的结构，对程序执行时状 态和行为的集合进行预测，采用替代的方法，简化所有的程序分析问题为可以跟踪和计算的 问题，使用抽象树(AbstractSyntaxTree)，利用编译技术的方法将源代码构建一个AST，同 时加入语义状态的描述。

所述静态结构分析是指无须执行被测代码，通过使用测试工具分析程序源代码的系统机 构、数据结构、数据接口和内部控制逻辑，生成函数调用关系图、模块控制流图、内部文件 调用关系图、子程序表、宏和函数参数表，可以清晰地标识整个软件系统的组成结构，通过 分析图表检查软件存在的缺陷。

静态质量度量是对被测软件的程序代码进行代码文件类型、代码量、注释率、模块数和 模块圈复杂度方面进行度量、分析和统计，从功能性、可靠性、可用性、有效性、可维护性、 轻便性六个方便对软件进行质量度量。

使用软件规则检查工具，依据国家、行业或企业标准，对程序代码进行编程准则的检查 与分析，并统计千行违背率。

静态分析主要使用以下四种基本方法：

1)数据流分析。将程序用图来表示，节点是程序的基本块，边是描述控制如何从一个程 序块转移到另一个基本块，如以图中边的抽象得出方程，可以解决程序的可达性问题。

2)基于约束的分析。从程序文本产生一系列的本地约束，通过解析产生的约束验证所有 属性。

3)抽象解析。将程序映射成更加抽象的域(Domain)，使分析更加具有可跟踪性并具 有检验代码的作用，抽象解析通过计算巩固直接得出分析结果，而不是使用验证的方式进行 分析。

4)类型与结果分析。类型与结果分析是结果系统和注释的类型系统的结合，结果系统表 达一个语句的执行结果，注释的类型系统提供结果系统的语义。类型和结果分析广泛应用于 各类编译器。

②控制类软件闭环测试方法：

调度自动化主站系统控制类软件主要包括自动电压控制(AVC)和自动发电控制(AGC) 等。应用调度自动化主站系统测试平台，可以仿真模拟控制命令下发后的动作与状态，实现 电网控制类软件的闭环测试。同时可以通过多级调度仿真，验证协调控制的有效性与正确性， 电网控制类软件闭环控制逻辑流程图如图2所示。

<1>AVC软件试验验证方法包括下述步骤：

A、厂站仿真系统部分包括发电厂控制系统和变电站一体化监控系统，可以接收并执行 AVC主站下发的针对机组或母线及无功补偿装置或变压器分接头的控制命令，并可将该设备 的闭锁信息等返回主站。

B、控制命令执行后，机组无功出力、无功补偿装置投切状态和变压器档位的变化可反 映到电力系统仿真层的发电机组、电容电抗器、变压器等模型中，电力系统仿真层计算控制 命令执行后的电网运行状态，并将其反馈到调度自动化主站系统中，实现对AVC软件的闭环 测试。

对于省级及以上电网AVC软件，可以通过主站系统仿真部分模拟的下级调度AVC接收 其下发的控制目标，再进行控制命令分解与下发等操作，实现多级调度协调控制的试验验证。

<2>AGC软件试验验证方法

a、AGC软件的试验验证与AVC相似，厂站系统仿真部分的电厂控制系统接收并执行 AGC主站下发的对机组的控制命令，并可将该设备的闭锁信息等返回主站。

b、控制命令执行后，机组有功出力变化可反映到电力系统仿真层的发电机组模型中，电 力系统仿真层计算控制命令执行后的电网运行状态，并将其反馈到电网调度自动化主站系统 中，实现对AGC软件的闭环测试。

③电网雪崩测试方法

实时运行的电网环境复杂多变，因电网设备或系统问题导致的电网事故不可避免。雪崩 测试用于验证因电网事故造成电网信息(遥信变位和SOE、遥测信息等)剧增时，系统处理突 发事件的能力。试验验证过程中将被测系统通过标准适配接口接入厂站仿真系统，厂站仿真 系统模拟生成多个厂站的雪崩数据。

厂站仿真系统可提供实时海量数据，模拟厂站接入数不少于1000个，同时可根据测试需 要对模拟量、状态量、SOE的变化数量、变化周期、变化方式、数据质量标志位以及RTU的 正常和异常操作进行仿真，支持遥控、遥调、通道操作、多源数据手工和动态切换等。

在设定的信息变化量条件下，验证系统是否处理正常,包括遥测、遥信等实时数据的处理是 否正常，SOE是否可以及时传送,遥调、遥控命令处理是否正确，同时利用试验验证层提供 的网络测试子系统及计算机性能测试分析子系统监测系统各项性能指标是否符合要求。

实施例

控制类软甲闭环测试选择某省级电网间隔为5分钟的历史断面进行电网控制类软件闭环 控制功能验证，断面模型量级如表1所示。电力调度自动化主站系统测试平台采用两种控制 条件对AVC软件的闭环控制功能进行验证。

表1断面模型量级

控制条件一为对位于负荷中心的单一电厂母线(某省.西城热电厂/220kV.东母线)进行控 制，控制条件二为对22个电厂的母线进行控制。控制电压过程考虑到控制电压平滑性，需要 对每次的调节步长进行限制(220kV及以上电压等级母线电压调整步长<2kV，110kV及以下 电压等级母电压线调整步长<对应电压等级的1.5％)。表2到表4为智能电网控制系统AVC 软件闭环控制功能的验证数据。

表2AVC闭环验证网损优化数据

表3AVC闭环验证(控制条件一)数据

表4AVC闭环验证(控制条件二)数据

通过对整个控制过程进行仿真模拟，可以看出，可控设备的数量对降损量影响显著。在 22个电厂母线参与控制时的降损量为单个电厂母线参与控制时的10倍左右，如表2所示。 表3表明位于负荷中心的某省.西城热电厂/220kV.东母线电压调整量最大，随着可控电厂母线 物理接线与负荷中心距离的增加电压调整量逐步减小。表4表明在可控设备充足的情况下， AVC在保证电压合理的范围内充分利用负荷中心的无功资源，由于某省.齐热厂/220kV.二母线 电气距离与负荷中心距离较远，局部无功充足，对电压进行了调低处理，符合电压自动控制 就地控制原则。

以上试验数据表明，电力调度自动化主站系统测试平台实现了对电网控制类软件AVC闭 环控制功能的分析验证。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体 实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。