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继电保护功能自动化测试系统数据库设计与实践

销售价格: 150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:若诗 点击次数:
论文字数:68890 论文编号:el2021061911520022288 日期:2021-06-20 16:27 作者:上海论文网
本文是电力论文,本课题的数据库设计是根据测试对象建立测试用例数据表集群的,这样的设计可以大量减少数据冗余,并且便于管理,每个测试对象之间的数据不会产生干扰,同时可以提高数据的查询速度。现将本文的主要工作总结如下:(1)查阅了大量的相关文献和资料,系统地学习了数据库知识以及数据库设计的技术,基本掌握了数据库设计的几个基本步骤。(2)深入学习和了解了ATS的设计思想,了解了ATS的硬件结构和软件结构,并分析各个部分的需求。通过测试人员了解继电保护测试的方法和统计数据需求,为ATS数据库的设计建立数据基础。(3)在对ATS系统的整体要求进行详细的调查后,对整个ATS系统工作所需涉及的数据进行详细的分析与汇总,在熟悉了系统的应用环境并明确了用户和系统的整体需求之后,将其抽象为信息结构,并用E-R图表示出来。(4)在概念结构设计的基础上,根据实体集间联系的转换原则将ATS系统的概念结构模型转化为关系数据模型,并用三范式将其优化为符合要求的关系模型。本文在研究继电保护自动测试系统的基础上,结合自动化测试系统的软硬件架构设计,对ATS(Automatictestsystem)系统的数据库系统进行研究和设计。由于本系统涉及到测试用例数据、测试模板数据、测试对象数据、待测设备信息、测试设备信息、以及测试项目管理、用户信息等数据,需要存储的数据类型较多,数据量大。因此,数据库系统设计是否科学合理,是否满足要求,将直接关系到系统运行时的访问速度、实时性,以及数据库的可靠性等多个方面。

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第一章绪论

 

测试一般由装有控制继电保护测试软件的上位机对测试仪进行控制,设置测试仪输出所需的电压电流模拟量,并通过检测待测继电保护装置的输出节点来判断待测继电保护装置动作的正确性。继电保护自动测试技术发展至今,各测试仪的生产厂家、微机继电保护装置的生产厂家以及各研究单位等都纷纷提出了自己的测试方法和测试系统。在硬件上多采用以测试端电脑作为测试软件的控制终端,中间通过网线连接交换机,并与测试仪和继电保护装置连接,测试仪与继保装置则通过电气连接,形成闭环测试。如图1-2所示。在软件上的设计上,可谓是百花齐放,百家争鸣,但总体来说大多还是采用模块化和层次化的设计思想。继电保护自动测试刚开始发展的时候,许继电气公司相关技术人员通过对继保产品的分析,提出了继电保护自动测试系统的总体设计,将系统分成了三个部分,然后对各个功能进行了分析,并提出相关问题的探讨及解决方法,为接下来的自动测试系统的研究提供了一个良好的开端[14]。后来许继电气公司又提出一种基于分布式设计、测试功能可扩展的继电保护自动测试平台解决方案[15]。国电南瑞的技术员在考虑到现实条件和各种现有技术的情况下,进行自动测试系统的设计,根据系统功能模块,从上到下分为界面、逻辑、数据、通信、物理五层。通过COM通信软件的方式实现了软件通信接口的标准化,使继电保护自动测试的研究又向前进了一大步[16-19]。
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典型的继电保护测试系统

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第二章继电保护功能自动测试系统

 

2.1自动化测试相关概念
ATS系统是被设计为按照单个功能模块进行测试的,所以为了预防在测试的过程中,由于其他未进行测试的模块动作而使被测功能模块受到影响从而造成测试结果的不准确,需要将不进行测试的模块的接口与测试设备的接口完全分开,只留下待测模块的接口和测试设备的硬件接口相关联。这样可以避免其他未进行测试模块的干扰,提高测试的准确性。配置映射文件就是为了实现这个而设计的。如图2-3所示,测试设备通过外部接线与IED连接后,IED需要通过配置映射与功能模块建立联系。配置映射的关系和配置文件需要存储在ATS数据库中。国外在继电保护自动测试方面的研究开始时间比国内早,早在1988年英国学者AndrewC.Webb就为了提高测试效率、降低测试人员的技能要求以及避免测试人员由于操作失误而对系统的可靠性产生不利影响,甚至危及测试人员的安全,提出了继电保护自动测试,详细介绍了硬件和软件的组成,并做了相关的测试实验[22]。南京南瑞继保电气公司的工程师将测试系统分为三个部分,分别是主机控制模块、从机执行模块和测试用例数据库模块[3]。福建电力试验研究院的工程师则是将整个测试软件分为界面层、逻辑层和数据层,其中通信、测试、控制、数据存取等功能集成为逻辑层[20]。国电南自的技术研发员根据IEC61850标准,将一种通信控制程序与保护装置相连接,实现对保护装置的控制,继而实现自动自测试[21]。
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测试用例的组成

 

2.2ATS的硬件连接
ATS系统的硬件主要由OMICRONCMC256-6测试仪、计算机和待测继保设备组成,如图2-4所示。其中,计算机与OMICRON测试仪和待测的继保设备都是以通讯的方式交换数据,即通过RJ45连接。而OMICRON测试仪与待测继保设备主要是通过模拟信号和数字信号的接口来进行传输,即通过硬件接线来连接。OMICRONCMC256-6测试仪作为ATS主要的测试设备,具有4个放大电压输出、6个放大电流输出、10个二进制/模拟量输入和4个二进制输出,一个辅助电压输出和六个低电平模拟输出。作为一个高精度的继电保护测试仪器,不管是用于继电保护测试或者用于高精度的电能表计、变送器等仪器的校准,对于那些需要多功能且精度高的测试应用来说,它都是一个非常合适的工具[37]。OMICRONCMC256继电保护测试仪在ATS系统中的作用主要是接收来自计算机测试软件的命令,向IED输出电压、电流等模拟信号和数字信号,然后接受IED反馈的二进制信号和通信信息。由于OMICRON测试仪提供的接口数量有限,如果测试需要用到更多的接口时,或者需要加更高幅值的信号,可以加装电流放大器和接口扩展设备。拓展的ATS系统结构图如图2-5所示。测试报告生成后以xml格式进行存储,测试人员或相关人员可以现场查看报告或者通过网页服务器进行查看测试报告。已开发好的测试用例存储在ATS数据库中,随时可以进行重复测试。该自动测试系统不仅能够节省以往人工测试所需的大批繁杂的工作量和所需的时间,本系统还能够持续24小时不间断地运行。既极大地节省了人力物力,又大大地提高了测试效率,有效缩短了继电保护产品的研究开发周期。

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第三章ATS数据库系统设计.................................................17
3.1数据库概述.........................17
3.2数据库需求分析...........................21
3.3数据库概念结构设计.................................................24
3.4数据库逻辑结构设计.................................................28
第四章系统实现与应用........................51
4.1系统实现...........................53
4.2自动测试系统应用实例...........................57
4.3数据库的维护.................................................63
4.4本章小结...........................64
总结........................65

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第四章系统实现与应用

 

4.1系统实现
ATS系统测试数据的录入可以通过两种方式:一种是数据库管理员可以直接通过SQLServerManagementStudio将数据存入数据库,另一种是通过测试编辑器来进行数据的输入。采用测试编辑器可以更为简单直观地将通用数据录入数据库和编辑各种测试用例。测试用例数据和测试对象数据可以在编辑界面进行,如图4-1为一个测试用例的编辑界面,在这里定义此测试用例所要进行的测试内容,以及所需的数据,如测试所需的测试模板,公差集,配置映射和精度值等。另外此测试用例所需的参数可以点击旁边的parameters进行编辑,如图4-2所示是一个编号为7的参数集,此参数集设置了4个参数,以TypeTestValues列所设置的参数为例,Order为1的参数值同时使用,Order为2的参数与Order为1的参数形成的是一个矩阵的关系。例如TypeTest的参数就有四种组合方式:(1.0,100,11.547,1.0),(1.0,100,11.547,10),(1.0,100,11.547,50),List表示只测试所列的参数。以上所有编辑完的数据都会在ATS数据库对应的表中累加存储,如图4-3所示。项目管理是在ATS网页服务器完成的,如图4-4所示,为ATS网页服务器登录界面,用户名和密码都由数据库管理的,输入数据库内存储的账号和对应的密码即可进入.其中,CMA156是电流放大器,CMBIO-7是数字量接口设备。微机继电保护装置测试在研发测试阶段的目的是验证所生产的产品在硬件和软件的设计上是否满足可靠性,是否达到产品的设计标准。

 

4.2自动测试系统应用实例
为了验证继电保护功能自动测试系统的有效性,对型号为REC615的微机继电保护装置的过流保护DPHLPDOC模块进行动作值和返回比率测试。自动测试系统在测试之前首先要设置好测试用例的数据,如表4-1所示为DPHLPDOC模块,测试用例4.2.001,A相电流动作值和返回比率的测试用例数据。如第三章所述,要根据测试需求设置数据,并将其存入数据库中。表4-1在数据库中为横向的,由于文本空间有限,在此以竖向列写出本测试用到的数据。在测试时,当IED接收到来自测试仪的故障信号时,可能会使得多个模块一起动作,因此为了仅让当前测试的模块动作,在测试之前需要将该模块对应的配置文档下载到IED中,如表4-1所示,从数据库中下载编号为1的配置文件到IED。这就能够使IED的硬件接口只和当前要测的DPHLPDOC模块接口关联。而其他保护模块则不关联,这样其他模块的动作就不会影响IED接口的输出情况了,确保了模块测试的准确性。表4-1中配置映射集编号为1的集合如表4-3所示,该集合定义了DPHLPDOC模块与OMICRON测试仪之间的联系,该模块有4个电流输入,3个电压输入,3个数字量输出,3个数字量输出,其中类型3表示模拟量输出,类型0表示数字量输出,类型1表示数字量输入。数据库使用时间久了之后,会因为频繁地进行数据的增、删、改等操作,而使物理存储的情况变差,进而影响数据库的性能和效率。因此需要进行全部重新组织或者仅对使用频率较高的表进行部分重组织,或者进行部分重新构造数据库,从而使数据库恢复运行性能。

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总结

 

随着国家电力系统的不断进步和发展,微机继电保护行业的发展也是十分迅速,微机继电保护功能的自动测试是当今以及未来的趋势,必将成为继电保护测试的主要方式。此外,为了减少ATS数据库服务器与数据库应用程序之间传输的数据量,减少数据库开发人员的工作量,提高运行效率,还根据ATS系统的应用要求创建了存储过程。因为继电保护在维持电力系统的安全性和稳定性方面十分重要,所以对继电保护产品的测试要求就必须严格把关,通常都要按照产品型号进行多次重复地测试,测试任务量大,测试的周期漫长,因此实现完全自动化测试尤为必要。继电保护自动测试系统的设计需要结合数据库技术、自动化技术和通信技术,从而实现从测试执行,到测试结果评估,再到完整报告的生成以及报告的存储,整个过程的实现都是自动完成,无需人工干预。主要介绍本课题设计的ATS数据库系统各功能模块的实现,并对型号为REC615的微机继电保护装置的过流保护模块和零序电流测量模块进行应用实例的测试,测试结果均为通过,同时也验证了该自动测试系统的有效性。最后探讨了今后这对该自动测试系统的数据库要进行的维护工作,数据库长期运行难免都会出现问题,定时进行维护是必要的。
参考文献(略)
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