0 引言

在当前中国电力行业的发展中，智能化的电能计量系统起到了非常重要的作用^[1-2]。数量庞大的电能计量装置不仅有助于电力资源的合理配置，而且大大提高了电力资源的利用率。在计量智能化系统的建设中，准确采集用电信息是关键一环。用电信息采集终端是用于配电网现场数据和事件采集处理的设备装置，其稳定性和可靠性对用电信息采集系统的信息采集准确度具有重要影响，因此，对采集终端的性能进行深度检测，是提高用电信息采集系统数据采集可靠性的关键。

随着大容量非线性负载的广泛应用，电网谐波含量不断增加，电力谐波已成为电网污染的第3大公害。电网谐波的存在严重影响了电能计量设备的可靠性、稳定性和使用寿命，损害了供电系统和非线性用户的利益，对用电信息采集终端的谐波计量和统计功能进行试验至关重要^[3-7]。谐波统计试验可按照设置的电压、电流谐波限值对监测点的电压谐波、电流谐波进行分析，记录分相2—19次谐波含有率越限日累计时间。目前针对采集终端谐波统计试验开展的研究较少，通常使用典型数据，即发生在输入/输出范围的中间区域的数据设计测试用例，而边界值分析法可针对各种边界情况设计测试用例，保证功能项的充分验证。但迄今为止，针对采集终端谐波统计功能已发和潜在故障模式进行分析预测，根据具体的故障模式使用边界值分析法设计测试用例还未见报道。

本文提出一种基于边界值分析法的用电信息采集终端谐波统计试验方法。通过对采集终端谐波统计功能已发和潜在故障进行分析预测，选取在输入域、输出域、状态转换、功能界限的等于、刚刚大于或刚刚小于边界的值作为测试数据，将测试数据注入测试设备，触发采集终端软件的容错类、边界处等特殊缺陷，试验验证结果表明该方法可行有效。

1 系统设计

测试系统可以模拟实际系统来完成采集终端的谐波统计功能试验。该系统由3部分组成：采集终端软件综合测试及管理平台(以下简称测试平台）、检验台和服务器。测试平台具有主站模拟，测试环境模拟和测试系统分析3个模块，不仅具有真实主站的功能，而且还可模拟现场工况，根据设计的测试算例对终端进行故障注入^[8-12]。采集终端测试系统基于上位机软件脚本技术及校验台自动控制等实现全自动化测试，系统组成如图 1所示，该平台可兼容《内蒙古电力公司企业标准》12版规约及DL/T 698.41规约^[13-14]。系统各部分及主要功能如下：

（1）测试平台：提供采集终端自动化测试软件，完成对采集终端的谐波统计自动化测试，具有测试方案管理、自动检测、协议配置、档案管理、设备调试、测试方案、故障库及报告生成等功能。

（2）检验台：系统的核心设备，基于上位机软件脚本技术及校验台自动控制等实现全自动化测试，软件可靠性自动化测试装置包括基础采集终端检验台、现场通信工况模拟仿真的故障注入测试设备（谐波统计），集成为一体化自动化检验台。

（3）服务器：提供数据访问存储服务，Web浏览访问服务。

试验时测试平台控制检验台输出一定含有率和有效值的电压或电流谐波，向采集终端提供测试输入信号，采集终端采集、统计谐波数据，并通过远程通信单元与测试平台内的模拟主站建立通信连接，测试平台从采集终端读取谐波统计数据，平台对比输出到测试装置的谐波和终端读取到的谐波，得出测试结论，具体试验过程如图 2所示。

2 基于边界值分析法的谐波统计试验

边界值分析法是深度检测方法的一种，常见的深度检测方法有功能分析法、等价类划分法、边界值法、极限法、故障注入法等。边界值分析法对输入或输出的边界值进行黑盒测试^[15-16]。测试程序在输入域（或输出域）、数据结构、状态转换、过程参数、功能界限等边界或端点情况下运行状态。此时，测试用例来自等价类的边界。根据大量的测试统计数据，很多错误都是发生在输入或输出范围的边界上，而不是发生在输入或输出范围的中间区域。因此针对各种边界情况设计测试用例，可以查出更多的错误。使用边界值分析方法设计测试用例，首先应确定边界情况。通常输入和输出等价类的边界，就是应重点测试的边界情况。应当选取等于，刚刚大于或刚刚小于边界的值作为测试数据，而不是选取等价类中的典型值或任意值。

从测试理论上讲，测试项应该有无穷多个，不仅要测试所有合法的输入，而且要对不合法、异常等可能的输入进行测试，但穷尽测试用例，从成本和时间上是不可能的。因此，基于终端软件特性和软件故障模式的分析，利用边界值分析法并进行故障注入，达到高效的故障触发率。测试算例设计方法如下：

（1）选择采集终端谐波输入的无效数据作为输入，验证非合理输入情况下软件的容错性能。

（2）针对采集终端谐波统计功能选取在输入域、输出域、状态转换、功能界限的等于、刚刚大于或刚刚小于边界的值作为测试数据。

（3）分析采集终端谐波统计功能可能存在的极限状态下的错误，列出可能有错误或容易发生故障的情况，验证在并发和极限输入状态下是否还能正常工作。

3 试验验证

以4块采集终端为例，测试采集终端的谐波统计功能，其中1块为合格终端，3块为谐波统计功能存在3种不同故障的不合格终端，分别编号终端1—终端4，谐波统计功能以U相5次谐波电压含有率越限日统计数据为例。设定U相5次谐波电压含有率限值为5%，根据用电采控终端的技术规范要求，当采集的谐波大于设定的限值时，发生谐波越限，统计越限时间；谐波越限小于或等于设定的限值时，不发生越限，时间不进行统计。

常规算例中测试平台输入U相电压谐波电压含有率为10%，明显大于6%，因此常规算例为典型输入。本文提出的谐波统计功能测试方法在常规算例的基础上增加4组算例，算例A中测试平台输入U相电压谐波电压含有率为5.1%，略大于5%，算例B测试平台输入U相电压谐波电压含有率为4.9%，略小于5%，算例C测试平台输入U相电压谐波电压含有率为5%，与限值相等。

测试过程中，首先对采集终端进行数据区初始化，并将时间对调至前一天23：59，待终端过零点后，测试平台输出相应算例，然后再将终端对时至当天23：59，等待终端过零点并形成日冻结数据，模拟主站召测终端日冻结数据，测试系统分析模块对比召测到的数据和仿真模块的数据，可得到终端谐波统计结果。谐波越限时间试验数据如表 1所示。

从试验结果可知，常规算例下，4块终端越限时间均符合技术规范的要求，正常越限，越限时间统计正确，测试都合格。但注入算例A时，终端2统计结果为0，说明终端2无法判别输入谐波刚刚大于限值的情况；注入算例B时，终端3统计结果为15 min，说明其无法正确判别输入略小于限值的情况；注入算例C时，终端3、4统计结果均为15 min，说明它们无法判别输入刚好等于限值的情况。

在常规测试算例下，终端1、2、3、4都测试合格，而利用本文提出的方法设计测试算例进行检测时，终端2、3、4测试不合格，利用基于边界值分析的谐波统计试验检验出了软件内部存在的缺陷。

4 方法应用

从供电局计量中心取回在现场运行多年因故障拆回的老旧终端，从中选择运行过程中发生谐波统计故障的终端12台，其中公变终端、大客户终端和专变终端各4台。

试验输入的谐波电压曲线如图 3所示，从上到下分别为U、V、W 3相谐波电压图，输入的3相谐波含有率都为12.33%，将谐波电压依次注入12台终端中，并设定限值为12.20%，使用与试验验证中相同的方法得到谐波统计结果，如表 2所示。

由表 2可见，使用常规算例检测时，编号为4、8、10的6块终端显示越限时间为0，算例没有将谐波越限统计出来，而使用本文算例检测时，只有编号5的终端越限时间为0，其余所有终端越限时间都为15 min。另一方面，针对公变终端、专变终端和大客户终端，本文所提算例都可以对谐波越限情况进行准确统计。

综上所述，常规算例检测成功率约为80%，本文所提算例成功率达到了90%，相比常规算例，本文所提算例可以明显提高检测成功率。因此，如果将本文所提方法推广应用到日常入网检测中，现场运行过程中因谐波统计不准确引起的终端故障率将大幅降低。

5 结语

在采集终端已发和潜在谐波统计功能故障预测的基础上，提出了一种基于边界值分析法的谐波统计试验方法。通过将软件故障模式的故障注入测试设备，触发采集终端软件的容错类、边界处、压力类等特殊缺陷。该方法原理简单，能快速准确地检测出谐波统计功能的深层次缺陷，经试验和应用验证了该方法性能可靠，且具有良好的适应性。