61850一致性測試

1、IEC61850一致性測試研究崔厚坤湯效軍梁志成何衛(wèi)（國電自動化研究院，江蘇省南京市210003）摘要：變電站自動化產(chǎn)品遵循的IEC61850通信標準是確保不同廠家的產(chǎn)品能互通的關(guān)鍵，因此標準的一致性測試就相應(yīng)成為產(chǎn)品開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，文章介紹了IEC61850一致性測試的程序、內(nèi)容及測試項目，提出并討論了一致性測試的簡單框架結(jié)構(gòu)。對中國規(guī)約一致性測試的發(fā)展道路提出自己的觀點。IEC61850一致性測試工作的開展有一定的積極意義。關(guān)鍵詞：IEC61850;IED;一致性測試；互操作；測試過程0引言國際電工委員會TC57制定了變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列標準，該標準成為基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電

2、站自動化系統(tǒng)唯一國際標準。通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象進行統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象服務(wù)通信接口（ACSI）,增強了設(shè)備間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實現(xiàn)無縫連接。為了檢測開發(fā)的IED（智能電子設(shè)備）產(chǎn)品是否符合IEC61850標準，標準第10部分即一致性測試部分定義了一致性測試的程序、內(nèi)容及測試項目等1,4,本文主要對一致性測試這部分加以討論。制定通信規(guī)約的國際標準其目的在于加強不同廠家之間產(chǎn)品的兼容性即實現(xiàn)無縫通信，使不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品具有互操作性，從而降低在規(guī)約轉(zhuǎn)換時造成的大量的人力物力的浪費，為制造商和用戶帶來利益。為了保證設(shè)備相互間的兼容性，從國際上比

3、較成功的標準規(guī)約IEC60870-5及DNP3的來看，它們經(jīng)歷的過程非常值得注意。規(guī)約的統(tǒng)一解釋對一個標準規(guī)約的實施推廣起非常重要的作用。IEC60870-5系列規(guī)約比DNP3公布的早，實施推廣卻晚2-3年，3-5年前，IEC60870-5作為國際標準，國際上卻沒有一個組織可以對IEC60870-5的實施細節(jié)進行解釋。北美的DNP3規(guī)約在1993年就成立了由以各個競爭廠家為主的DNP3用戶協(xié)會，負責DNP3實施細節(jié)的解釋以及規(guī)約的修改，目前DNP3的用戶協(xié)會需要200美元加入。IEC60870-5沒有用戶協(xié)會，但從2000年9月起，美國的TriangleMicroWorks發(fā)起了IEC6087

4、0-5規(guī)約的INTERNET討論組，這個討論組得到全世界IEC60870-5方面專家的支持。可見規(guī)約的統(tǒng)一解釋非常關(guān)鍵，通常標準規(guī)約文本僅僅定義了90%而10它選擇項。各個廠家的實施實現(xiàn)程度也不相同。用戶也未必在功能規(guī)范書中將規(guī)約的要求明確。這就給規(guī)約的使用帶來了極大的困難，因此，標準測試步驟也慢慢成為標準規(guī)約的一部分。1999年DNP3用戶意識到標準測試的重要性，第一個完成了DNP3的標準測試步驟，并在各競爭廠家，用戶組成的DNP3用戶協(xié)會中投票通過成為DNP3規(guī)約的標準文件之一。以此文件為標準，目前DNP3用戶協(xié)會批準了三家公司進行DNP3t容性認證的測試及兼容證書的發(fā)放。IEC60870

5、-5系列規(guī)約的兼容性測試始于歐洲的KEMA詢公司。由于KEMAR極參與了IEC60870-5系列規(guī)約的制定，甚至起草一些相應(yīng)標準。KEMA從1996進彳TIEC60870-5系列規(guī)約的兼容性測試。IEC60870-5系列2004年9月又制訂了IEC60870-5-6作為IEC60870-5的標準測試步驟。而IEC61850從一開始就設(shè)計了兼容認證步驟，即IEC61850-10部分：一致性測試。KEMA勺經(jīng)驗統(tǒng)計表明，在KEMABIEC規(guī)約兼容測試的設(shè)備及系統(tǒng)，60旭有一次通過的，必須進行第二次測試。自從認識到規(guī)約一致性測試的重要性后，規(guī)約一致性測試與規(guī)約產(chǎn)品開發(fā)基本保持了同步發(fā)展的態(tài)勢。由此可

6、見，規(guī)約的一致性測試將是電力自動化產(chǎn)品投入使用前的必經(jīng)階段2久1IEC61850一致性測試簡介一致性測試是驗證IED通信接口與標準要求的一致性。它驗證串行鏈路上數(shù)據(jù)流與有關(guān)標準條件的一致性，如訪問組織、幀格式、位順序、時間同步、定時、信號形式和電平，以及對錯誤的處理。實現(xiàn)各生產(chǎn)廠家IED的互操作性是IEC61850標準的主要目的之一，IEC61850-10即一致性測試部分的根本目的是使制造商和用戶（即使不是協(xié)議專家）也能客觀評價所測試的設(shè)備（或系統(tǒng)）支持IEC61850標準的情況。而一致性和互操作性又是得到這個評價的兩個方面。其中，設(shè)備的一致性測試是指用一致性測試系統(tǒng)或模擬器的單個測試源一致性

7、測試單個設(shè)備；系統(tǒng)的互操作性測試是利用兩個運行系統(tǒng)進行互操作性測試，由分析儀檢驗其信息交換過程。一致性測試是互操作性測試的基礎(chǔ)，從一致性陳述可以大致知道該設(shè)備的互操作能力，若要進一步評價，則須進行相應(yīng)的互操作性測試。當然，一致性測試并不是一種完全無遺漏的測試，通過了一致性測試的協(xié)議在實現(xiàn)時并不能保證百分之百的可靠，但是它可以在一定程度上保證該實現(xiàn)是與協(xié)議標準相一致的，從而大大提高協(xié)議實現(xiàn)之間能夠互操作的概率。相對于其它類型的測試，一致性測試具有測試結(jié)果可比較、測試代價小等特點。作為一個全球的通信標準，IEC61850系列標準包含一致性測試部分，用以確保各廠家生產(chǎn)的所有的IED產(chǎn)品都嚴格遵循本標

8、準。2IEC61850一致性測試的程序為順利實現(xiàn)一致性測試，被測方應(yīng)提供什么資料？而測試方又怎樣來完成測試呢？測試方應(yīng)進行以被測方提供的在PICS（協(xié)議實現(xiàn)一致性陳述），PIXIT（協(xié)議實現(xiàn)之外的信息）和MICS（模型實現(xiàn)一致性陳述）中定義的能力為基礎(chǔ)的一致性測試。在提交測試設(shè)備測試時，被測方應(yīng)提供以下幾點內(nèi)容：1） 測試設(shè)備的準備；2） PICS,也被稱為PICS示范，是被測系統(tǒng)能力的總結(jié)；3） PIXIT,包括系統(tǒng)特定信息，涉及被測系統(tǒng)的容量；4） MICS，詳細說明由系統(tǒng)或設(shè)備支持的標準數(shù)據(jù)對象模型元素；5） 設(shè)備安裝和操作的詳細的指令指南。一致性測試的要求分成以下兩類：6） 靜態(tài)一致性

9、需求，對其測試通過靜態(tài)一致性分析來實現(xiàn)；7） 動態(tài)一致性需求，對其測試通過測試行為來進行。靜態(tài)和動態(tài)的一致性需求應(yīng)該在PICS內(nèi)，PICS用于三種目的：a） 適當?shù)臏y試集的選擇；b） 保證執(zhí)行的測試適合一致性要求；c） 為靜態(tài)一致性觀察提供基礎(chǔ)。一致性測試評估過程如圖1所示5。開始圖1一致性測試評估過程Fig.1Conceptualconformanceassessmentprocess3IEC61850一致性測試結(jié)構(gòu)通信仿真器以太網(wǎng)圖2一致性測試結(jié)構(gòu)Fig.2Architectureofconformancetesting要完成一致性測試，測試結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是其核心。本文根據(jù)標準提出以下測試結(jié)構(gòu)

10、，如圖2所示。首先要有被測設(shè)備，即DTU,如保護或智能控制設(shè)備?？梢杂靡粋€通信仿真器作為一個用戶和服務(wù)器，通過以太網(wǎng)向被測設(shè)備請求發(fā)送并記錄和處理結(jié)果信息。此通信仿真器可采用KEMA公司UniCAsim61850simulator。一個網(wǎng)絡(luò)上的后臺負載可由另外的一個負載仿真器提供，包含電流電壓互感器和仿真開關(guān)，進行環(huán)境仿真，并與通信仿真器互相通信?？梢圆捎肙micron公司的CMCTestSet,或采用南瑞集團公司的DSF-3繼電保護測試裝置等。用一個網(wǎng)絡(luò)分析儀來監(jiān)控測試過程中出現(xiàn)的錯誤，分析所得檢測結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠采集并分析以太網(wǎng)絡(luò)上IEC61850的信息流量，在此它可以用來記錄網(wǎng)絡(luò)事件

11、、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全以及建立連接并檢驗系統(tǒng)配置等。分析儀在鑒別和最小化互操作危險方面扮演很重要的角色。分析儀可應(yīng)用KEMA公司的UniCA61850Analyzer。它不但可以以人們可以讀懂的格式顯示通信包，還可以分析和報告檢查到的錯誤。還有一個時間控制器用來監(jiān)控時間同步。以上設(shè)備組成IEC61850一致性測試的框架結(jié)構(gòu)。如果開發(fā)的裝置即被測設(shè)備作為客戶運行，則通信仿真器將作為仿真服務(wù)器的角色運行；若開發(fā)的裝置要作為服務(wù)器運行，則通信仿真器將用作仿真客戶來測試以驗證其要求的通信功能。4IEC61850一致性測試的內(nèi)容5IEC61850一致性測試的項目比較繁多，在此作簡單的介紹。4.1 配置文件的測試

12、項檢測ICD（智能電子設(shè)備性能描述）配置文件和SCL（變電站配置描述語言）文件型號定義是否相一致。檢測ICD配置文件與網(wǎng)絡(luò)上的由DTU（被測試設(shè)備）顯示的實際數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)類型和服務(wù)是否相符。在SCD配置文件中改變終端用戶的配置參數(shù)，應(yīng)用提供的配置工具用SCD配置文件來配置DUT,并用在線服務(wù)檢測此配置與SCD文件相一致，恢復(fù)原始的SCD文件并重新配置DUT到其原始狀態(tài)。4.2 數(shù)據(jù)模型的測試項數(shù)據(jù)模型測試項包括以下幾項：1）檢查每一個邏輯節(jié)點的強制又象是否存在（強制的=M,任選的=O,條件的=C）;2）檢查按條件應(yīng)該存在的但實際并不存在的錯誤對象；3）檢查每一個邏輯節(jié)點的全部對象的數(shù)據(jù)類型；4）

13、驗證設(shè)備中數(shù)據(jù)的屬性值是在指定范圍內(nèi)。需要被檢測的數(shù)據(jù)模型映射：1）證明名字的長度和對象的擴展；2）功能組成結(jié)構(gòu)；3）控制塊和控制日志的名稱。4.3 ASCI模型和服務(wù)映射測試項ASCI（抽象服務(wù)通信映射）模型和服務(wù)映射射包括以下各項：1） 應(yīng)用關(guān)聯(lián)（Ass）;2） 服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性模型（Srv）;3） 數(shù)據(jù)集模型（Dset）;4） 定值組控制模型（Sg）;5） 報告控制模型（Rpt）;6） 日志控制模型（Log）;7） 通用變電站事件模型（Goo）;8） 控制模型（Ctl）;9） 取代模型（Sub）;10） 采樣值傳輸模型（Sv）;11） 時間和時間同步模型（Tm）

14、;12） 文件傳輸模型（Ft）。每一個ASCI模型和服務(wù)的測試項應(yīng)依據(jù)下列兩種方式分別進行:13） 肯定的=正常的條件驗證，響應(yīng)正確；14） 否定的=反常的條件驗證，響應(yīng)失敗。ASCI模型和在此以服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性模型為例詳細說明服務(wù)映射測試項，如下表：在表1中列出服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性模型肯定的測試項表1肯定的測試項Table1-Positivetestcases測試項測試項描述Srv1請求GetServerDirectory(LOGICAL-DEVICE)并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2即變電站和線路通信設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)一抽象通信服務(wù)接口

15、(ACSI),6.2.2)Srv2對每一個GetServerDirectory(LOGICAL-DEVICE)響應(yīng)發(fā)布一個GetLogicalDeviceDirectory請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,8.2.1)Srv3對每一個GetLogicalDeviceDirectory響應(yīng)發(fā)布一個GetLogicalNodeDirectory(DATA)請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,9.2.2)Srv4對每一個GetLogicalNodeDirectory(DATA)響應(yīng)發(fā)布一個GetDataDirectory請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,10.4.4)Ge

16、tDataDefinition請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,104.5)GetDataValues請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,10.4.2)SRV5用數(shù)據(jù)值中最大的數(shù)據(jù)發(fā)布一個GetDataValues請求并檢查其響應(yīng)SRV6對每一個寫使能DATA對象發(fā)布一個SetDataValues請求并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,10.4.2)SRV7用數(shù)據(jù)值中最大的數(shù)據(jù)發(fā)布一個SetDataValues請求并檢查其響應(yīng)SRV8對每一個功能約束請求GetAllDataValues并檢查其響應(yīng)(IEC61850-7-2,9.2.3)在表2中列出服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)

17、點、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性模型否定的測試項表2一否定的測試項Table2-Negativetestcases測試項測試項描述用錯誤的參數(shù)(未知對象，名項不匹配，錯誤的邏輯設(shè)備或錯誤的邏輯接點)請求下面數(shù)據(jù)服務(wù)，并驗證服務(wù)請求失敗和服務(wù)錯誤GetServerDirectory(LOGICAL-DEVICE)(IEC61850-7-2,6.2.2)GetLogicalDeviceDirectory(IEC61850-7-2,8.2.1)GetLogicalNodeDirectory(DATA)(IEC61850-7-2,9.2.2)SrvN1GetAllDataValues(IEC61850-7-2,9.

18、2.3)GetDataValues(IEC61850-7-2,10.4.2)SetDataValues(IEC61850-7-2,10.4.3)GetDataDirectory(IEC61850-7-2,10.4.4)GetDataDefinition(IEC61850-7-2,10.4.5)SrvN2用超出范圍的值請求CODEDENUM的設(shè)置數(shù)據(jù)值，并驗證請求失敗和服務(wù)錯誤(IEC61850-7-2,10.4.2)SrvN3用不匹配的數(shù)據(jù)類型(如，int-float)請求SetDataValues并驗證服務(wù)請求失敗和服務(wù)錯誤(IEC61850-7-2,10.4.2)SrvN4對一個只讀數(shù)據(jù)值

19、請求SetDataValues并驗證服務(wù)請求失敗和服務(wù)錯誤(IEC61850-7-2,10.4.2)下面以ACSI_SetDataValues功能為例介紹編碼，用此功能有幾種方法往服務(wù)器中寫值。可以用一個命令往功能約束數(shù)據(jù)屬性FunctionalConstrainedDataAttribute(FCDA)中寫一個單一的值或往功能約束數(shù)據(jù)FunctionalConstrainedData's(FCD)中寫多重復(fù)雜結(jié)構(gòu)。ACSI_SetDataValues()的例子:a)ACSI_SetDataValues("MyServer","Relay/LLN0.DC.

20、Beh.d.Descripliocimetext"”,)b)ACSI_SetDataValues("MyServer”,“Relay/LLN0.DC.Beh.d”,“$Sometextc)ACSI_SetDataValues("MyServer","Relay/LLN0.DC.Beh","$Sometextd)ACSI_SetDataValues("MyServer”,“Relay/LLN0.DC.Beh.d.Description;Relay/LLN0.DC.Diag.d.Description,“$SomeTe

21、xt;$OtherText")e)ACSI_SetDataValues("MyServer”,“Relay/LLN0.DC.Beh.d.Description;Relay/LLN0.DC.Diag",“$SomeText;$OtherTextf)ACSI_SetDataValues("MyServer","Relay/MMXU0.CF.A.phsA.units-3""),“10,注釋:a)在此項中，一個字符串“$Sometext被寫入FCDA的Description'中；b)在此項中，相同的可見字符串被寫入

22、FCD(Relay/LLN0.DC.Beh.d),它是與a)中相比更高一級的，Relay/LLN0.DC.Beh.d只有一個屬性：Description。用一個花括號括起此字符串；c)同樣，在此項中，相同的字符串被寫入FCD的更高一級中，很明顯，Relay/LLN0.DC.Beh只有一個功能約束數(shù)據(jù)FCD：d,此處，用兩個花括號括起此字符串d)在此項中，兩個字符串被寫入兩個不同的FCDA's,"$SomeText”寫入第一個,“$OtherText”寫入第二個；e）類似于d），只是第二個被寫入更高一級的FCD;f）此項中，有兩個元素的一個結(jié)構(gòu)被寫入FCD,Relay/MMXU

23、0$CF$A$phsA$units中，units包含兩個元素：SIUnit,int16和mult,int16;4.4 一致性測試結(jié)果根據(jù)ISO/IEC9646一般有以下三個可能的檢測結(jié)果：1）通過一一當觀察到的測試結(jié)果和一致性要求（主要指測試項的測試目的）相一致,并且沒有錯誤事件發(fā)現(xiàn)，則給出此結(jié)論；2）失敗一一當觀察的測試結(jié)果或者證明和相關(guān)的（至少一個）一致性要求（主要指測試項的測試目的）不一致，或者根據(jù)相關(guān)的規(guī)定包含至少一個錯誤的測試項，則給出此結(jié)論；3）無結(jié)論一一當觀察的測試結(jié)果既不通過也不失敗時，這樣一個結(jié)論一般要找出是因為標準或操作還是應(yīng)為測試程序的原因。5我國一致性測試的發(fā)展道路從國

24、外的一致性測試的發(fā)展來看，北美和歐洲的規(guī)約兼容測試中心行業(yè)中自然形成。這在中國短期內(nèi)可能難以實現(xiàn)。中國目前可能還只能通過引進國際上規(guī)約兼容測試中心的經(jīng)驗來裝備樹立監(jiān)測中心的技術(shù)權(quán)威性，因此我們提出如下的一種發(fā)展思路。1）學習國外一致性測試的先進經(jīng)驗。從國際上比較成熟的測試機構(gòu)學習他們的經(jīng)驗的同時，積極研究，根據(jù)中國國情，利用本國的技術(shù)資源建立規(guī)約測試機構(gòu)。并借助國際上成熟測試機構(gòu)的權(quán)威性，來保證我國規(guī)約測試機構(gòu)的技術(shù)實力和權(quán)威性，以便我們少走彎路，盡快與國際接軌。2）規(guī)約一致性測試必須強制執(zhí)行。規(guī)約一致性測試是保證互操作性的基礎(chǔ)，不能實現(xiàn)互操作性，IEC61850的制定就失去了意義。因此，規(guī)約

25、的一致性測試必須是強制性的，并且要對每一系列的IED進行一致性測試。不然，由于各廠家對規(guī)約解釋的不同而造成互聯(lián)不通，還將造成大浪的人力物力的浪費。3）一致性測試結(jié)果必須唯一。每一個測試機構(gòu)對同一設(shè)備的測試結(jié)果必須一致。否則，以執(zhí)行測試將失去意義。4）建立第三方的規(guī)約測試中心。規(guī)約一致性測試機構(gòu)應(yīng)該由第三方機構(gòu)來執(zhí)行，以保證一致性測試結(jié)果的公正性、專業(yè)性、權(quán)威性。5）服從IECTC57領(lǐng)導(dǎo)，統(tǒng)一開展工作。要保證規(guī)約一致性測試的效果，就必須全面考慮國內(nèi)外的因素，否則即使我們國家的規(guī)約一致性得到了保證，但在國際大舞臺上，可能還是無法保持與國外產(chǎn)品的兼容性，既然一個世界有一個標準，那我們就要在國際IE

26、CTC57的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和領(lǐng)導(dǎo)下工作。6結(jié)語目前，IEC61850各個部分已經(jīng)正式出版完畢，我國相應(yīng)電力行業(yè)標準也已出版了一部分，國內(nèi)外一些大的公司正在著力研究消化標準，西門子、ABB等一些大的國際廠商已經(jīng)使其應(yīng)用于自身產(chǎn)品，并做了互操作試驗68。國內(nèi)一些知名廠家如南瑞、四方、南自等也在積極研究，做了相應(yīng)的互操作試驗。為確保多個廠家設(shè)備的互聯(lián)成功，以及業(yè)務(wù)的正常提供，對設(shè)備進行協(xié)議一致性測試是十分必要的。IEC61850的主要目的之一就是實現(xiàn)互操作，而與協(xié)議的一致性又是產(chǎn)品實現(xiàn)互操作性的基礎(chǔ)，因此對一致性的研究就迫在眉睫。本文就一致性測試標準的測試程序、測試結(jié)構(gòu)、測試內(nèi)容，中國規(guī)約測試道路等方面作

27、了簡單的介紹與討論。相信對一致性測試的進一步研究必將對IEC61850標準在產(chǎn)品中的正確實現(xiàn)起到積極作用。參考文獻1IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列標準，全國電力系統(tǒng)控制及其通訊標準技術(shù)委員會,2002oIEC61850CommunicationNetworksandSystemsinsubstations.CSBTS/TC82,2002.2何衛(wèi)，徐勁松.IEC6087056一致性測試規(guī)則探討。電力系統(tǒng)自動化，2003HEWei,XUJin-song.DiscussiononIEC60870-5-6ConformanceTesting.AutomationofElectricPower

28、Systems,2003.3 J.A.W.JansenvanderSligte,如何從IEC通信標準中獲益,中國規(guī)約網(wǎng)，4 IEC61850CommunicationNetworksandSystemsinSubstations,IEC.5 IEC61850CommunicationnetworksandsystemsinsubstationsPart10：conformancetesting,IEC,2005。6 IEC61850:ApplicationMigration,ConformanceandInteroperabilityTestingRalphMackiewiczSISCO,Inc,InternationalConferenceIEC61850,2005。7 IEC61850INTEROPERABILITYTESTABB,AlstomandSiemens,2002。8 RalphMackiewicz,IEC61850:ApplicationMigration,ConformanceandIn