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1、电力系统自动化 2006 年第 8 期 1 1IEC 61850 一致性测试研究崔厚坤 汤效军 梁志成 何卫（国电自动化研究院，江苏省南京市 210003）摘要：变电站自动化产品遵循的IEC 61850通信标准是确保不同厂家的产品能互通的关键，因此标准的一致性测试就相应成为产品开发过程中的重要环节,文章介绍了IEC 61850一致性测试的程序、内容及测试项 目，提出并 讨论了一致性测试 的简单框架结构。对中国规约一致性测试的发展道路提出自己的观点。 IEC 61850一致性测试工作的开展有一定的积极意义。关键词：IEC 61850; IED; 一致性测试; 互操作; 测试过程0 引言国际电工委
2、员会 TC 57 制定了变电站通信网络和系统系列标准，该标准成为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。通过对变电站自动化系统中的对象进行统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象服务通信接口（ACSI）,增强了设备间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。为了检测开发的 IED（智能电子设备）产品是否符合 IEC 61850 标准，标准第 10 部分即一致性测试部分定义了一致性测试的程序、内容及测试项目等 1,4,本文主要对一致性测试这部分加以讨论。制定通信规约的国际标准其目的在于加强不同厂家之间产品的兼容性即实现无缝通信，使不同厂家生产的产品具有互操作性，从而降
3、低在规约转换时造成的大量的人力物力的浪费，为制造商和用户带来利益。为了保证设备相互间的兼容性,从国际上比较成功的标准规约 IEC60870-5 及 DNP 3 的来看,它们经历的过程非常值得注意。规约的统一解释对一个标准规约的实施推广起非常重要的作用。IEC 60870-5 系列规约比 DNP 3 公布的早,实施推广却晚 2-3 年，3-5 年前，IEC 60870-5 作为国际标准，国际上却没有一个组织可以对 IEC 60870-5 的实施细节进行解释。北美的 DNP3 规约在 1993 年就成立了由以各个竞争厂家为主的 DNP3 用户协会,负责 DNP3 实施细节的解释以及规约的修改，目前
4、 DNP3 的用户协会需要 200 美元加入。IEC 60870-5 没有用户协会，但从 2000 年 9 月起,美国的 Triangle Micro Works 发起了 IEC60870-5 规约的 INTERNET 讨论组，这个讨论组得到全世界 IEC 60870-5 方面专家的支持。可见规约的统一解释非常关键，通常标准规约文本仅仅定义了 90%，而 10%是选择项。各个厂家的实施实现程度也不相同。用户也未必在功能规范书中将规约的要求明确。这就给规约的使用带来了极大的困难，因此,标准测试步骤也慢慢成为标准规约的一部分。1999 年 DNP3 用户意识到标准测试的重要性,第一个完成了 DNP
5、3 的标准测试步骤,并在各竞争厂家,用户组成的 DNP3 用户协会中投票通过成为 DNP3 规约的标准文件之一。以此文件为标准,目前 DNP3 用户协会批准了三家公司进行 DNP3 兼容性认证的测试及兼容证书的发放。IEC 60870-5 系列规约的兼容性测试始于欧洲的 KEMA 咨询公司。由于 KEMA 积极参与了 IEC 608705 系列规约的制定，甚至起草一些相应标准。KEMA 从 1996 进行 IEC 60870-5 系列规约的兼容性测试。IEC 60870-5 系列 2004 年 9 月又制订了 IEC 60870-5-6 作为 IEC 60870-5 的标准测试步骤。而 IEC
6、 61850 从一开始就设计了兼容认证步骤，即 IEC 61850-10 部分：一致性测试。电力系统自动化 2006 年第 8 期 2 2KEMA 的经验统计表明，在 KEMA 做 IEC 规约兼容测试的设备及系统，60%没有一次通过的，必须进行第二次测试。自从认识到规约一致性测试的重要性后，规约一致性测试与规约产品开发基本保持了同步发展的态势。由此可见，规约的一致性测试将是电力自动化产品投入使用前的必经阶段 2,3。1 IEC 61850 一致性测试简介一致性测试是验证IED通信接口与标准要求的一致性。它验证串行链路上数据流与有关标准条件的一致性，如访问组织、帧格式、位顺序、时间同步、定时、
7、信号形式和电平，以及对错误的处理。实现各生产厂家IED的互操作性是IEC 61850标准的主要目的之一，IEC 61850-10即一致性测试部分的根本目的是使制造商和用户(即使不是协议专家)也能客观评价所测试的设备(或系统)支持IEC 61850标准的情况。而一致性和互操作性又是得到这个评价的两个方面。其中,设备的一致性测试是指用一致性测试系统或模拟器的单个测试源一致性测试单个设备；系统的互操作性测试是利用两个运行系统进行互操作性测试，由分析仪检验其信息交换过程。一致性测试是互操作性测试的基础,从一致性陈述可以大致知道该设备的互操作能力，若要进一步评价，则须进行相应的互操作性测试。当然，一致性
8、测试并不是一种完全无遗漏的测试，通过了一致性测试的协议在实现时并不能保证百分之百的可靠，但是它可以在一定程度上保证该实现是与协议标准相一致的，从而大大提高协议实现之间能够互操作的概率。相对于其它类型的测试，一致性测试具有测试结果可比较、测试代价小等特点。作为一个全球的通信标准，IEC 61850 系列标准包含一致性测试部分，用以确保各厂家生产的所有的 IED 产品都严格遵循本标准。2 IEC 61850 一致性测试的程序为顺利实现一致性测试，被测方应提供什么资料？而测试方又怎样来完成测试呢？测试方应进行以被测方提供的在 PICS（协议实现一致性陈述） , PIXIT（协议实现之外的信息）和 M
9、ICS（模型实现一致性陈述）中定义的能力为基础的一致性测试。在提交测试设备测试时，被测方应提供以下几点内容：1) 测试设备的准备；2) PICS，也被称为 PICS 示范，是被测系统能力的总结；3) PIXIT，包括系统特定信息，涉及被测系统的容量；4) MICS，详细说明由系统或设备支持的标准数据对象模型元素；5) 设备安装和操作的详细的指令指南。一致性测试的要求分成以下两类：1） 静态一致性需求，对其测试通过静态一致性分析来实现；2） 动态一致性需求，对其测试通过测试行为来进行。静态和动态的一致性需求应该在 PICS 内，PICS 用于三种目的：a) 适当的测试集的选择；b) 保证执行的测
10、试适合一致性要求；c) 为静态一致性观察提供基础。一致性测试评估过程如图 1 所示 5。电力系统自动化 2006 年第 8 期 3 3开始静态一致性检查选择和参数化最终一致性检查综合和结论出测试报告结束P I C SM I C SP I X I T静态一致性要求动态一致性测试一致性测试组控制流数据流动态测试基本联结测试能力测试行为测试结果分析图1 一致性测试评估过程Fig.1 Conceptual conformanceassessment process3 IEC 61850 一致性测试结构 通 信 仿 真 器以 太 网被 测 设 备 分 析 仪 时 间 控 制 器装 置 仿 真 器图 2
11、一致性测试结构Fig.2 Architecture of conformance testing要完成一致性测试，测试结构的构建是其核心。本文根据标准提出以下测试结构，如图2所示。首先要有被测设备，即DTU，如保护或智能控制设备。可以用一个通信仿真器作为一个用户和服务器，通过以太网向被测设备请求发送并记录和处理结果信息。此通信仿真器可采用KEMA公司UniCAsim 61850 simulator 。一个网络上的后台负载可由另外的一个负载仿真器提供,包含电流电压互感器和仿真开关，进行环境仿真，并与通信仿真器互相通信。可以采用Omicron公司的CMC Test Set，或采用南瑞集团公司的DS
12、F-3继电保护测试装置等。电力系统自动化 2006 年第 8 期 4 4用一个网络分析仪来监控测试过程中出现的错误，分析所得检测结果。网络分析仪能够采集并分析以太网络上IEC 61850的信息流量，在此它可以用来记录网络事件、监控网络安全以及建立连接并检验系统配置等。分析仪在鉴别和最小化互操作危险方面扮演很重要的角色。分析仪可应用KEMA公司的UniCA 61850 Analyzer 。它不但可以以人们可以读懂的格式显示通信包，还可以分析和报告检查到的错误。还有一个时间控制器用来监控时间同步。以上设备组成IEC 61850一致性测试的框架结构。如果开发的装置即被测设备作为客户运行，则通信仿真器
13、将作为仿真服务器的角色运行；若开发的装置要作为服务器运行，则通信仿真器将用作仿真客户来测试以验证其要求的通信功能。4 IEC 61850 一致性测试的内容 5IEC 61850 一致性测试的项目比较繁多，在此作简单的介绍。4.1 配置文件的测试项检测 ICD（智能电子设备性能描述）配置文件和 SCL(变电站配置描述语言)文件型号定义是否相一致。检测 ICD 配置文件与网络上的由 DTU（被测试设备）显示的实际数据、数据类型和服务是否相符。在 SCD 配置文件中改变终端用户的配置参数，应用提供的配置工具用 SCD 配置文件来配置 DUT，并用在线服务检测此配置与 SCD 文件相一致，恢复原始的
14、SCD 文件并重新配置 DUT 到其原始状态。4.2 数据模型的测试项数据模型测试项包括以下几项：1) 检查每一个逻辑节点的强制对象是否存在（强制的=M,任选的=O,条件的=C ） ；2) 检查按条件应该存在的但实际并不存在的错误对象；3) 检查每一个逻辑节点的全部对象的数据类型；4) 验证设备中数据的属性值是在指定范围内。需要被检测的数据模型映射：1) 证明名字的长度和对象的扩展；2) 功能组成结构；3) 控制块和控制日志的名称。4.3 ASCI 模型和服务映射测试项ASCI（抽象服务通信映射）模型和服务映射射包括以下各项：1) 应用关联（Ass） ；2) 服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和
15、数据属性模型(Srv)；3) 数据集模型(Dset)；4) 定值组控制模型（Sg） ；5) 报告控制模型（Rpt） ；6) 日志控制模型（Log） ；7) 通用变电站事件模型（Goo ） ；8) 控制模型(Ctl)；9) 取代模型(Sub)；10) 采样值传输模型(Sv)；11) 时间和时间同步模型(Tm)；电力系统自动化 2006 年第 8 期 5 512) 文件传输模型(Ft)。每一个 ASCI 模型和服务的测试项应依据下列两种方式分别进行：1) 肯定的=正常的条件验证，响应正确；2) 否定的=反常的条件验证，响应失败。在此以服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性模型为例详细说明 AS
16、CI 模型和服务映射测试项，如下表：在表 1 中列出服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性模型肯定的测试项表 1 肯定的测试项Table 1-Positive test cases测试项 测试项描述Srv1请求 GetServerDirectory（LOGICAL-DEVICE）并检查其响应（IEC 61850-7-2 即变电站和线路通信设备的基本通信结构 抽象通信服务接口（ACSI）,6.2.2）Srv2对每一个 GetServerDirectory（LOGICAL-DEVICE）响应发布一个GetLogicalDeviceDirectory 请求并检查其响应（IEC 61850-7-2,8.2.1）Srv3对每一个 GetLogicalDeviceDirectory 响应发布一个GetLogicalNodeDirectory（DATA）请求并检查其响应（IEC 61850-7-2,9.2.2）Srv4对每一个 GetLogicalNodeDir
