栗大维， 宣科， 王立靖

(国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司，黑龙江 哈尔滨　150000)

0　引　言

主动配电网是通过利用先进的信息、通信、电力电子以及自动控制技术实现配网双向潮流灵活控制的配电网络。全方位的信息集成是主动配电网中管控功能的基础而标准化是信息交互的核心诉求。近年来，电网信息集成领域的相关标准得到了广泛的研究与应用，其中IEC61968标准和IEC61850标准最具代表性。IEC61968标准为主动配电网中配电管理系统的各类应用提供了统一的信息模型、交互格式，能够消除异构系统和应用间的信息孤岛。IEC61850标准针对变电站自动化系统，提供了统一的通信、建模和配置方法。

主动配电网信息集成的标准化程度有必要通过一致性测试进行检验。IEC61968消息和IEC61850配置文件的一致性测试是其中最重要的两种一致性测试,目前已有一些相关的研究成果。提出了一种基于本体的异构信息模型校验方法，但测试不涉及消息的语义层面。应用互操作试验来验证交互数据的一致性，但测试手段及步骤较为复杂。设计实现了IEC61850一致性测试方法，国外也有一些厂商提供了较为完善的测试工具，但是这些测试工具都只能够实现基于原始IEC61850标准的配置文件测试。

本文将从元数据出发，充分考虑测试方法的完备性和易扩展方面的需求，建立测试的规则，设计测试的方法框架。而后，分别编程实现主动配电网的IEC61968消息一致性测试和IEC61850配置文件一致性测试软件。最后，以主动配电网IEC61850配置文件结构和IEC61968消息格式作为一致性测试的元数据，构建测试算例验证软件的可用性和有效性。

1　主动配电网一致性测试的规则

1.1　测试元数据

主动配电网信息集成的一致性需要由规范化的元数据来保证。主动配电网信息集成中最重要的两类元数据就是IEC61968消息元数据和IEC61850 SCL配置文件的元数据，它们分别承载了IEC61968信息模型和IEC61850信息模型的语义，并且从元数据角度规范了IEC61968消息和IEC61850配置文件的结构和格式。

主动配电网IEC61968消息的元数据主要由消息信封和消息体两个部分组成。消息信封描述消息结构，消息体是消息的实例化。而IEC61850 SCL配置文件的元数据是指用于规范SCL格式的一组XSD文档。

1.2　一致性测试规则

1.2.1IEC61968消息测试规则

(1) 格式层规则

格式层规则用于验证IEC61968消息格式与元数据定义是否一致。实际测试时，通过比对XML的相关定义及消息信封的元数据来确定消息信封的一致性；通过比对XML的相关定义与消息体子集的元数据来确定消息体子集实例的一致性。

(2) 应用层规则

本文制定动词匹配及根元素定义规则作为消息信封应用层一致性规则。动词匹配是指消息头中的动词都必须与消息类型匹配。请求消息的消息头只能使用以下动词之一(get, create, change, cancel, close, delete, execute)，而应答消息则只能使用reply。事件消息的消息头仅可使用以下动词之一(created, changed, canceled, closed, deleted, executed)；根元素定义是指根元素只能够被命可为EventMessage、FaultMessage、RequestMessage或ResponseMessage中的一种。

1.2.2IEC61850配置文件测试规则

(1) 格式层规则

与IEC61968消息类似，IEC61850配置文件必须与SCL的XSD文件匹配，符合XSD中所有数据类型、层次等的定义以及诸如键值引用、属性唯一等约束条件。但是，IEC61850配置文件的元数据和IEC61968消息的有所不同。IEC61850的配置文件元数据是一组互相嵌套导入的XSD文件，彼此不独立，每个配置文件的实例必须同时与这一组XSD文件进行一致性比对。

(2) 应用层规则

IEC61850配置文件一致性测试的应用层规则在IEC61850-10标准中有部分阐述，但大多数还需要根据实际的应用需求扩展。由于主动配电网中IEC61850的应用还未实际展开，本文的研究处于前瞻性探索阶段，尚没有实际的工程实现。因此对于IEC61850配置文件而言，首先应保证满足格式层一致性规则。

2　主动配电网IEC61968消息测试

2.1　测试体系架构

图1　测试体系架构

本文设计的可扩展松耦合一致性测试体系架构如图1所示。该框架满足IEC61968消息一致性测试的在线模式需求。其中，主机接收客户端上送的消息，建立与子服务相对应的线程，在主机中运行的线程循环的同时，转发接收到的消息；子服务中封装一致性测试规则，需要通过读取并解析所有元数据的命名空间及其包含的内容，深度遍历所有消息，并生成测试报告片段返回给主机；主机拼接整合收到的所有报告片段形成最终的报告，下送至客户端。

2.2　主动配电网IEC61968消息测试实例

本文设计的IEC61968消息实例的XML树形结构图如图2所示。从图中可以看到，ADNTopology根节点下有一个Line节点，表示馈线1。馈线1节点内包含3个连接节点、5个设备及1个主动配电网自治控制区域。自治控制区域内包含12个连接节点，1个光伏电站，1个储能电池电站，以及17个直接隶属设备。其中光伏电站中又包含4个连接节点，4个设备，其中第2个设备的ref属性值为DCSwitch1，表示指向与Line节点平级的DCSwitch节点的实例。与Line节点平级的节点中有2个DCSwitch实例，其中一个的mRID为DCSwitch1，与ref属性值匹配，即表示这个直流开关是属于光伏电站的。而该DCSwitch实例中又通过引用方式指向了mRID为LNode1的逻辑节点实例，表示该逻辑节点与直流开关1关联。另外，所有导电设备实例都可以通过引用方式指向端子实例，端子实例可通过引用方式指向连接节点实例。这一连串的引用建立了所有对象的关联，可以完整表达IEC61968消息测试算例的静态拓扑。

图2　IEC61968消息测试实例

2.3　实例测试结果分析

将主动配电网IEC61968消息一致性测试的主服务和子服务均部署在同一台电脑的IIS服务器上，通过局域网调用。测试结果如图3所示，其中待测试IEC61968消息的类型为事件消息，消息体内容为主动配电网IEC61968消息测试实例。

图3　测试实例的输出

从图3中可以看出，该消息通过了消息信封应用层的信封根元素定义规则、消息体子集实例格式层的W3C XML有效性规则以及消息体子集实例应用层的消息体子集实例根元素定义规则的测试，但是未通过消息信封格式层的W3C XML有效性规则、消息信封应用层的动词匹配规则以及消息体子集实例应用层的引用有效性规则。根据测试结果，可以看到待测试消息信封中的动词“creat”与事件消息类型不匹配，应修正为过去分词“created”；消息信封的Format字段基数在XSD中定义为0-1，而待测消息中出现了2个Format节点，故第2个节点无效，不符合消息信封的XML规则，应删去；消息体中出现了7个引用无效，因为Line节点属性值在外层节点中没有对应实例的mRID与之相等。测试结果证明了主动配电网IEC61968消息一致性测试软件的有效性。

3　主动配电网IEC61850配置文件测试

3.1　测试框架的离线模式实现

主动配电网IEC61850配置文件的测试软件应基于元数据及规则驱动框架，在离线模式下完成测试。IEC61968消息一致性测试的在线Web服务仅需基于统一服务接口返回既定格式的测试结果即可，不包括结果的可视化显示；而离线模式的测试软件则是直接提供给工程师在前台使用，因此需要具备清晰的人机界面。主动配电网IEC61850配置文件一致性测试软件的功能架构图如图4所示。

用户可选择待测试的IEC61850配置文件和测试所用的元数据版本，软件界面对配置文件内容进行展示。用户通过配置文件编辑界面对配置文件进行文本编辑，也可直接启动测试。启动测试后封装了XML有效性规则的推理模块开始工作，从元数据库中加载用户选择的版本对应的所有XSD文件，将这些互相嵌套的文件进行组装和解析，而后遍历待测文件与元数据进行比对，将违反XML规则的结果写入结果展示界面以及记录文档。测试结果展示界面对错误的级别、行号、位置和描述进行展示。如果元数据发生改变，或规则进行了扩展，都只需要相应修改元数据库或增加规则推理模块即可，并未改变软件的整体结构，大部分代码都可以复用。最终实现的软件界面如图5所示。

图4　主动配电网IEC61850 SCL文件一致性测试软件功能架构

图5　主动配电网IEC61850 SCL文件测试软件主界面

3.2　IEC61850配置文件测试实例

IEC61850配置文件测试算例的XML文件结构。配置文件根节点下包含一个Line节点，name为Line1，代表馈线1，也是本算例的根容器。Line节点下包含3个连接节点，5个导电设备以及1个主动配电网自治控制区域。其中连接节点和导电设备为自治控制区域外的CN1-CN3和Bus1、Breaker1、ACLine1、Sectionaliser1和Sectionaliser2。ADNControlArea节点下包含自治控制区域内的所有导电设备(负荷开关)、连接节点、配变、负荷以及两个分布式能源电站(PVPlant1和BESPlant1)。PVPlant和BESPlant节点下包含站内的导电设备和连接节点。所有的端子节点都包含在导电设备下，其connectivitynode属性引用相关连接节点的路径名。另外，逻辑节点也包含在它关联的导电设备内，如DCSwitch1关联的XSWI1节点。该节点对应到SCD的IED节点内的逻辑节点实例，即IED1内逻辑设备LD1内的XSWI1逻辑节点。

3.3　实例测试结果分析

以构建的IEC61850 SCD配置文件为算例进行测试，结果显示该文件完全符合主动配电网SCL元数据。为了检测软件对错误的检测率，在配置文件中进行6处改动，再一次进行测试。

(1) 将连接节点CN1的name属性值修改为NULL；

(2) 删除端子T15的connectivitynode属性；

(3) 将逆变器Inverter1的type属性值修改为“Inv”；

(4) 将变压器PowerTransformer1的子节点PowerTransformerEnd标签改为TransformerWinding;

(5) 删除Communication部分SubNetwork节点内的ConnectedAP子节点；

(6) 删除IED部分逻辑设备LD1的LN0逻辑节点。

改动过后，使用软件进行测试，结果如图6所示。软件共测试出6个错误，与测试前做的改动完全吻合。该结果证明了主动配电网IEC61850配置文件一致性测试软件的有效性。

图6　主动配电网IEC61850 SCL文件一致性测试结果

4　结束语

本文研究并实现了主动配电网信息集成的IEC61968消息和IEC61850配置文件一致性测试方法。首先，分析了测试元数据，设计了测试规则，提出了测试方法框架，实现了元数据、规则推理模型与测试主引擎的解耦。而后，设计了一种可扩展松耦合的Web服务体系，编程实现了IEC61968消息的一致性测试服务；同时，编写了IEC61850配置文件的一致性测试工具，完成了测试框架的离线实现。最后，分别设计主动配电网IEC61968消息和IEC61850配置文件测试算例，运用到设计的测试软件中进行了测试，结果表明本文提出的一致性测试方法具有正确性和实用性。

本文将目前仍在不断发展的IEC61968和IEC61850标准应用在主动配电网领域，是一项具有较强前瞻性的工作，研究成果能够为主动配电网信息集成的标准化提供良好的借鉴。

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