继电保护装置自动测试体系设计之白盒测试.pdf

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第40卷第8期2012年4月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVb1.40No.8Apr.16,2012继电保护装置自动测试体系设计之白盒测试饶丹,张成彬,樊瑞(国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210003)摘要:基于保护装置的硬件和软件体系架构,介绍了一种继电保护装置的白盒测试体系。白盒测试体系分为Pc端测试框架和装置测试支撑系统两部分,Pc端通过配置测试用例,生成测试hex文件并下载到装置,装置端通过测试支撑环境装载测试用例进行测试,并通过内部调试协议与pc端交互测试结果信息,pc端通过比对模块得到测试结果,最后由pc端测试报告模块统一生成测试报告。分别对各模块的设计和测试流程进行了详细的说明。最后以CAN测试为例介绍了测试过程以及如何完成高负荷等性能测试。关键字:继电保护;自动测试;测试仪;白盒测试;负荷测试;测试框架WhiteboxtestingforthedesignofautomatictestingsystemofrelayprotectiondeviceRAODan,ZHANGCheng-bin,FANRuiCNARITechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Nanjing210003,China)—Abstract:Thispaperdescribesawhiteboxtestingsystemofrelayprotectiondevicebasedonhardwareandsoftwarearchitectureofprotectiondevice.ThiswhiteboxtestsystemisdividedintoPCtestframeworkanddevicetestsupportsystem,ThePCtestframeworkconfigurestestcase,generatestesthexfileanddownloadsitintothedevice.Thedevicetestsitthroughexaminingthesupportsystemloadtestcase,andexchangestestresuksinformationwithPCtestframeworkbyinternaldebuggingprotoco1.ThePCtestframeworkmakesthetestcaseresultbycontrastingmodelwiththeresukinformation,thensendstotheunifiedmodeltogeneratetestreport.Inthispapereachmoduleisdescribedfromtheaspectsofthedesignandtestingprocessexplicitly.Finally,thepaperexplainshowtofinishawholetestingprocessandhowtoaccomplishahighloadtestandSOonthroughtheexampleofCANnetworktest.Keywords:relayprotection;automatictest;tester;whiteboxtesting;loadtesting;testingframework中图分类号:TM77文献标识码:A文章编号:1674-3415(2012)08-0131-040引言继电保护及自动装置是电力系统的重要组成部分。对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。由于电力系统的特殊性,电气故障的发生是不可避免的。一旦发生局部电网和设备事故而得不到有效控制,就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故。现代化大电网对继电保护的依赖性更强,对其动作正确率的要求更高,也造成了对继电保护装置的测试要求越来越高。各大继电保护的厂家对保护装置的测试也非常重视,基本上采用的都是黑盒测试的方法,通过测试人员和工程人员采用商用测试仪进行加量进行闭环的保护功能测试,这种测试方式虽然能检查出一部分系统的漏洞,但是远远达不到对于可靠性要求极高的继电保护装置的测试要求。并且数字化的测试依赖于外部的数字化测试仪【lJ。这种测试方法的不足体系在以下几点:1)无法进行软件平台的各模块代码覆盖率测试。2)无法进行系统的自动回归测试。3)无法进行自动测试用例管理,测试质量由测试人员的专业素质决定,而不是由各测试和开发人员的测试积累组成。4)无法规范地进行测试报告记录,不能详细记录研发人员关心的测试量信息。5)商用测试仪不能与保护装置进行交互。鉴于传统测试的上述问题,设计了一种满足研发人员、生成人员以及工程人员使用的统一测试体.132一电力系统保护与控制系,该测试体系包括上位机、测试仪和被测装置,覆盖了研发阶段和单板测试阶段以及整机测试各阶段。最近两年,也有一些装置厂家[2-4]也通过自主研发开发一套适合自身产品的自动测试系统,但是目前这些测试也集中在保护功能的闭合测试上,没有考虑装置中平台部分的功能隐蔽性,一般功能测试很难系统地对其进行逻辑测试。本文将重点介绍自动测试系统中的白盒测试实现方法。1系统结构保护装置的软硬件体系结构图如图1所示。图1测试系统的系统架构Fig.1Testsystemarchitecture测试主机的功能分成两个部分,离线功能包括完成测试用例的编写、测试用例的管理、测试用例程序编译等离线功能。在线功能包括测试用例下载,测试参数下载,测试命令发送和测试报告生成等。平台系统软件包含下面模块:任务调度、系统监视、对时、异常处理、调试及下载模块。平台管理通信模块包括:MANAGER管理、事件录波、IEC103模块、IEC61850模块;LCD模块;PRINT模块。平台装置的板卡通常由三大部分组成:管理CPU板、计算处理CPU/DSP板和I/O板。测试主机通过以太网采用内部通信的协议与调试代理插件相连,调试代理驻留在PPC插件上,内部通信协议具有下载文件、调试变量、修改变量等功能。整个测试过程的上位机与装置的交互都是以该协议为基础。自动测试系统和平台设计同时进行,完成对平台的软件模块和通信管理模块的自动测试,并将测试结果直观地反映到测试终端。2白盒测试架构白盒测试时需要保护装置运行一个测试支撑系统,白盒测试包括测试装置中所有智能插件上的程序,尤其是平台系统软件程序,这部分程序在整组的功能测试实验(黑盒测试)中不是测试重点,所以需要通过周密的白盒测试来覆盖测试路径。测试支撑系统运行在Manager插件上。目标板上的测试支撑模块包括测试用例运行管理、PC通信管理、测试运行信息采集及管理、系统信息处理、信息上送等模块。测试用例运行管理是运行在目标板上与PC机同步执行同一测试用例的管理程序;PC通信管理是与PC机通信,接收PC下发的参数信息,下载的程序信息、启停测试用例命令和测试数据上送等功能;测试运行信息采集及管理是指采集某一个测试用例执行后的一些变量数据信息,组织成特定的数据报文;系统信息处理是目标板上的其他应用模块,当这一测试用例运行时其他应用模块的数据信息采集(例如SOE事件测试用例会收集103模块的报文信息);信息上送是通过组织报文发送到PC机,由PC机进行结果比对。运行在Manager插件上的测试用例的测试流程如图2所示。图2运行在Manager系统上的测试用例框架图Fig.2Frameworkoftestcasesinthemanagersystem第一步:PC测试主机下载ppc测试用例可执行程序out到目标板上。第二步:PC测试主机发送启动测试命令到测试代理。第三步:测试代理装载测试用例程序。第四步:PC测试主机启动主机上运行的相应测试dll。第五步:目标板上测试用例测试过程中,与PC机上对应的比对dll进行参数以及测试结果交换。第六步:PC机对结果进行比对,形成测试报告。运行在其他智能IO上的测试用例框架结构如图3所示。测试用例运行在从板上时,测试用例目标文件首先下载到Manager系统中,重新上电后加载到从饶丹,等继电保护装置自动测试体系设计之白盒测试.133.板中运行。MANAGER负责与从板系统的信息交互。日标系统PC端测试环境—L’(包含测试用例L雩幽。奎§±史1I阿苟:Il壅叁阡一1—j1——————‘I__11型鲨}I一一一一一_二。二。二二-_j图3运行在其他智能IO上的测试用例框架结构图Fig.3FrameworkoftestcasesinotherintelligentIO平台模块在设计时,设计了测试代理程序的接口,确保测试代理程序可以通过该接口进行功能测试和性能评估。该代理程序通过平台的测试接口,实现对平台代码的测试,并通过网络通信将测试结果上送给测试终端。同时通过网络接收测试终端的测试用例,并根据给定的测试用例进行相关测试。运行在装置中的每个模块在设计初期即考虑了测试方案,通过自动测试系统可确保测试的代码覆率达到90%以上。有效的压力测试可以发现并解决平台的隐藏问题,为平台的可靠性及稳定性提供了保证。3测试框架实现测试系统上位机的主要功能有:测试用例管理,测试用例的执行流程、测试结果比对和测试报告生成四个模块。3.1测试用例管理测试用例管理包括:1)对测试时所需要的源代码的管理,需要链接的库和obj文件的管理;2)生成hex文件;3)界面模板tpl文件;4)测试用例tpl文件的管理。保护装置的测试打桩程序以源程序的形式保存在上位机中,当用户选择某个测试用例时,需要编译对应的C文件和链接相应的库,生成obi文件,一组测试用例生成一个.out或者一个hex执行文件下载到目标板中。考虑到目标系统的空间大小,一次全测试过程可以生成多个hex文件,在测试过程中分别下载。下位机上执行的每一种类型的测试用例需要在上位机中配置一个解析该测试用例的比对程序,比对程序以dll的形式驻留在上位机中,当上位机启动下位机某一个测试用例的同时,需要装载相对应的比对dll。该比对dl1负责与下位机测试用例进行交互,得到测试结果返回给上位机测试报告模块,统一形成测试报告。一个hex文件中包含了多个测试用例,测试用例的启动是通过上位机来启动的,上位机告诉下位机现在执行某个测试用例,这样保证了上位机测试比对程序与下位机测试用例的一致性。当用例配置完成后,根据所配置的测试用例和测试用例的执行顺序生成测试用例入口源程序,并链接测试函数和系统库函数,生成hex文件。例如:在料.tpl文件中,配置了测量量、CAN网、和事件3个测试点,测量并配置了刷新测试项和置值测试项,且3个测试点均在DSP板上运行。生成的init.C源代码为Init(uint8testcase){switch(testcase)Case1:SetMeasureValue(,,¨);lieu量量置值用例Break;Case2:P=SetMeasureByTimer(,,料)//p为定时器中断的函数指针Break;Case3:P=sendMessage(料,料,)//CAN网发送}该测试用例入口函数由上位机生成,上位机通过内部调试协议修改下位机变量testcase来控制测试用例的启动,通过修改参数变量的值,来传递函数的参数。当生成源码后,需要在makefile中添加链接init.O、以及各测试函数所在的.O文件,生成一个hex文件。界面模板的tpl管理是指为了实现参数配置,界面风格是通过用户根据测试项自定义的,本测试框架程序提供了一套可视化界面配置前端程序提供给用户配置自定义的参数界面,配置后生成tpl文件,由测试工具解析显示相应的界面。3.2测试流程管理流程控制功能包括以下两个方面。1)流程控制的配置执行顺序表示测试项的顺序执行顺序。异常控制表示该测试项如果不正确执行,是继续执行、退出执行或者跳转执行。表示该测试项测试前是否具有初始化操作、测试完成后是否需要复位操作、断开连接并重建连接谢志远,等传输线电气参数测试方法研究与应用.155一Matlab编程结果与真实线路的实际测试结果相对比,验证了测量结果的准确性。此外基于二端口网络和传输线理论,进一步建立了配电网载波信道的多个二端口网络的简单仿真模型,为配电网中电力线建模及信道衰减特性研究提供了很好的思路。参考文献[1]刘伟,陈皓.基于分布参数模型的混合线路故障测距的新算法【J1.电力系统保护与控制,2009,37(24):77.80.LIUWei,CHENHao.Anewfaultlocationalgorithmforhybridtransmissionlinebasedondistributedparametermodel[J].PowerSystemProtectionandcontrol,2009,—37(24):7780.[2]余胜,许钢,余琼,等.不同电压等级同杆并架多回路的故障定位[J】.电力系统保护与控制,2009,37(6):44.47.YUSheng,XUGang,YUQiong,eta1.Faultlocationformultiplecircuitoverheadlinesofdifferentvoltagegradeonthesametower[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(6):44-47.[3]王春江.电线电缆手册【M1.北京:机械工业出版社,2008.[4]谢东垒,刘宗行,陈显圣.均匀传输线电路模型参数—的测试[J].重庆大学学报,2006,29(5):2427.——XIEDong-lei,LIUZongxing,CHENXiansheng.Parameterstestofuniformtransmissioncircuitmodel[J].—JournalofChongqingUniversity,2006,29(5):2427.[5]孙立山,刘洪臣,王晓嫒.传输线参数测试方法研究[J].电气电子教学学报,2008,30(5):18-23.——SUNLishan,LIUHongchen,WANGXiao-yuan.Testingmethodresearchoftransmissionline[6][7][8][9]parameters[J].ElectricalandElectronicTeachingJournal,—2008,30(5):1823.谢志远,孙艳,郭以贺.基于传输线理论的中压电力线信道建模和分析[J】_电力科学与工程,2010,26(7):5.8.—XIEZhi-yuan,SUNYan,GUOYihe.Modelingandanalysisofmediumvoltagepowerlinechannelbasedontransmissionlinetheory[J].ElectricPowerScienceandEngineering,2010,26(7):5-8.AntonioCataliotti,AlffedoDaidone,GiovanniTi.Powerlinecommunicationinmediumvoltagesystems:characterizationofMVcables[J].IEEETransactionsonPowerDeliver—y,2008,23(4):18961902.郭以贺,谢志远.配电网载波通信信道的分析和建模[J].电力自动化设备,2010,30(3):49-52.—GUOYi-he,XIEZhiyuan.Analysisandmodelingofdistributionlinecarriercommunicationchannel[J].ElectricPowerAutomationEquipment,2010,30(3):49-52.陈凤,郑文刚,申长军,等.低压电力线载波通信技术及应用【J].电力系统保护与控制,2009,37(22):188-195.CHENFeng,ZHENGWen・gang,SHENChang-jun,etalLow-voltagepowerlinecarriercommunicationtechnologyanditsapplication[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2009,37(22):188195.收稿Et期:2011-05-30;修回B期:201卜06-21作者简介:谢志远(1964-),男,工学博士,教授,研究方向为配电网自动化和信号与信息处理;王岩(1986-),女,硕士研究生,研究方向为电力系统通信。E-mail:yanhuadian@163.com(上接第134页continuedfrompage134)—LAIQing,HUAJianwei,LilYun,eta1.Researchongeneralrelayprotectionauto-testsystemsoftware[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(3):9O.94.[3]应站煌,胡建斌,赵瑞东,等.继电保护装置自动测试系统研究和设计[J].电力系统保护与控制,2010,—38(17):142146.——YINGZhan-huang,HUJianbin,ZHAORuidong,eta1.Researchanddesignofrelayprotectionequipmentautomatedtestsystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(17):142-146.[4]郑新才,丁卫华,韩潇,等.基于测试模板的继电保护装置自动测试技术研究与实现[J].电力系统保护与控带0,2010,38(12):69.72.ZHENGXin-cai,DINGWei-hua,HANXiao,eta1.Researchandrealizationofautotesttechnologyforprotectionrelaysbasedontesttemplate[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(12):69-72.收稿日期:201卜05-30;—修回日期:2011-0616作者简介:饶丹(1978一),女,硕士,工程师,主要研究方向为—继电保护平台;Email:raodan@sgepri.sgcc.com.cn张成彬(1986一),男,本科,助理工程师,主要研究方向为继电保护平台;樊瑞(1985-),女,硕士,助理工程师,主要研究方向为继电保护平台。
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