CN103248121B - 一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，包括：S1、提取高压直流换流站目标控制器的报文数据；S2、确定所述目标控制器的种类和名称，得出其报文数据的结构；S3、依据所述报文数据的结构，定位所需监测的信息，并在所述报文数据中读取所述信息的数值；S4、制定所述高压直流换流站控制系统的数据总表。运用本发明进行数据监测时，无需技术人员跑到一个个独立设备前抄录设备状态，实现了在同一个点对大量控制器同时且实时的控制数据进行监测，使数据监测效率成倍提升。

Description

一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法

技术领域

本发明涉及数据监测领域，具体涉及一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法。

背景技术

高压直流输电是目前应用广泛且发展迅猛的电力工业领域，在国家跨区域远距离送电和区域电网互联中承担重要角色。控制数据监测是高压直流输电运行维护中的重要一环，通过控制数据监测，运行维护人员可以检查各级电气设备运行状态是否正常，设备控制功能是否正常，在设备异常情况下判断故障位置并快速消除缺陷。目前，技术人员对于高压直流输电系统控制数据监测主要依赖三种方法：工作站信号监测、现场观察设备状态以及读取集中控制设备程序。几种方法各有特点，但都存在一定弊端。

高压直流输电现有控制数据监测技术中，通过工作站能够监测的数据进行筛选，因此数量十分有限（不足5％），且传输过程中易受控制设备、监控计算机等的状态影响；通过现场观察设备状态的操作十分费时费力，特别对于复杂问题需要读取大量设备状态时，将耗费非常长的时间，且易对运行设备造成干扰；读取集中控制设备程序会对设备运行造成不利影响，一般是禁止操作的，且操作方法较为复杂，存在误删改程序的隐患，风险非常高。总体而言，当前的高压直流换流站数据监测在监测范围、数量以及操作便利性与操作风险方面存在较大问题，对于在运维工作中需要开展的设备状态识别、故障定位和分析工作带来很大不便。

随着信息技术的飞速发展，电力工业应用领域信息交换的范围迅速发展为覆盖系统管理、设备集中控制到现场设备间隔等各个层次，并形成了全分布式网络集成自动化系统。现场总线在这个自动化系统中具有十分关键的作用，承担着集中控制层与现场间隔控制层和分布仪表信息交换的职能。基于Profibus-DP的现场总线技术在国内高压直流输电系统应用十分广泛，是直流输电换流站控制系统的重要神经网络，传输超过约90％的过程控制数据，对于实现直流输电数据监测具有十分强大的应用潜力。但是目前，基于现场总线的高压直流控制数据监测仍然是空白。

综上所述，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，使直流输电运维人员能够及时准确掌握所需的控制数据，特别是在故障情况下能够及时判明电气设备状态并快速定位异常设备。

为此本发明提供如下技术方案：

一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，包括：

S1、提取高压直流换流站目标控制器的报文数据；

S2、确定所述目标控制器的种类和名称，得出其报文数据的结构；

S3、依据所述报文数据的结构，定位所需监测的信息，并在所述报文数据中读取所述信息的数值,对所需信息实施监测。

进一步的，所述S1包括：

选取能够提取Profibus-DP总线数据报文的仪器；

将所选取的仪器与Profibus-DP总线接口连接；

启动所选取的仪器，读取所述高压直流换流站目标控制器的报文数据。

进一步的，所述仪器：

具有Profibus-DP总线的接口；

其电气负载符合Profibus-DP总线标准对于电气负载的要求；

能够完整记录Profibus-DP总线实时传输信号，并将信号转换为标准报文格式；

能够保存所提取到的报文数据，并提供下载功能。

进一步的，所述报文数据采用16进制数位进行表示。

进一步的，所述报文数据采用2进制数位进行表示。

进一步的，所述基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法还包括：

S4、制定所述高压直流换流站控制系统的数据总表，读取监测信息的关联信息。

进一步的，所述数据总表是指一张包括所述高压直流换流站内所有控制器的数据信息的数据表。

进一步的，所述数据总表的内容包括：

控制器在Profibus-DP总线上的站点地址、数据编号、数据信息、数据性质、所控制的设备编号、数据在主站中的数据包与数据位。

本发明通过选取够提取Profibus-DP总线数据报文的仪器，将所选取的仪器与Profibus-DP总线相连接，无需技术人员跑到一个个独立设备抄录设备状态，实现了同一个点对大量控制器同时且实时的数据进行监测，使数据监测效率成倍提升。与此同时，本发明还提出了数据总表概念，可以进一步高效识别数据内容，提高了数据监测的准确性，并为故障快速分析诊断奠定基础。此外，基于总线报文的数据监测大幅扩展了数据监测的范围，在过程控制数据外还能够监测总线传输状态，有利于识别总线传输状态和诊断总线故障，使直流输电运维人员能够及时准确掌握所需的控制数据，特别是在故障情况下能够及时判明电气设备状态并快速定位异常设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法所提供的实施例的流程图。

图2为本发明一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法所提供的实施例中的设备模拟连接图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例

如图1所示，本实施例提供的一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，包括：

S1、提取高压直流换流站目标控制器的报文数据；作为优选，所述S1包括：

选取能够提取Profibus-DP总线数据报文的仪器；作为优选，被选取的仪器应该具备以下功能和标准：具有Profibus-DP总线的接口；其电气负载符合Profibus-DP总线标准对于电气负载的要求；能够完整记录Profibus-DP总线实时传输信号，并将信号转换为标准报文格式；能够保存所提取到的报文数据，并提供下载功能。需要说明的是，对于成熟的Profibus-DP总线技术应用来说，有多种仪器满足上述标准，只要满足上述功能和标准的仪器都可以用于本实施例中的高压直流控制数据监测。本实施例优选其中一款为例说明本技术方案的实施方法，即采用荷兰PROCENTEC公司的Proficore仪器。

将所选取的仪器与Profibus-DP总线接口连接；即将总线报文提取仪器Proficore与高压直流换流站控制系统运行中的现场总线接口连接，如图2所示。需要说明的是，图2中的控制设备即本文所述的控制器；总线报文提取设备即本文所述的仪器；所述电脑是总线报文提取设备的一部分，对提取到的报文进行显示和下载操作；中央控制器属于控制器，是控制器中处于主控和核心地位的控制器（下例中的SU200也是控制器，但不是中央控制器）。

启动所选取的仪器，读取所述高压直流换流站目标控制器的报文数据，所述报文数据为目标控制器接收或发出的报文数据。需要说明的是，所述报文数据可以采用16进制数位进行表示，也可以采用2进制数位进行表示。如“2F 44 13 B7 CC 05……”或“1011 1101 00010000 0100 1110 1101 1111 0011 0000 0101……”等。报文数据中包括目标控制器所需监测的全部信息。

S2、确定所述目标控制器的种类和名称，得出其报文数据的结构；

S3、依据所述报文数据的结构，定位所需监测的信息，并在所述报文数据中读取所述信息的数值。

需要说明的是，为了提取到所需要监测的数据，需要掌握目标控制器报文的结构，了解所需监测数据在报文中的位置。为达到上述目的，本实施例增加了如下步骤:确定直流输电换流站常用控制器（即S2中的目标控制器）的种类与名称，通过研究并给出其报文数据的结构；辨识出数据监测所需的有效报文数据，根据报文数据的结构定位所需监测信息并在报文中读取该信息的数值。以下仅以众多控制器中的一种为例进行说明，在本实施例中优选采用SU200控制器（SU200控制器是西门子公司生产的一种分布式监测控制设备，在高压直流换流站中得到广泛使用，其作用是采集换流站一次电气设备的开断状态、启停状态、电压、电流等信息并传送至中央控制器）。

中央控制器发送至SU200控制器的完整数据报文的结构如下表所示，包含了报文控制字节，控制数据字节以及日期信息。

表1：SU200控制器的报文数据的结构

字节	内容描述	字节	内容描述
				1	控制字节1	7	天数(H)
2	控制字节2	8	毫秒数(LL)
				3	开关量输出1-8	9	毫秒数(LH)
4	开关量输出9-16	10	毫秒数(HL)
				5	开关量输出17-24	11	毫秒数(HH)
6	天数(L)	12	保留

如表1所示，对于直流输电换流站数据监测而言，发送至SU200控制器报文中的字节3至字节5为关键字节，这部分数据包含了中央控制器对于相应设备的控制命令，共有24路。监测这部分数据即可以掌握SU200控制器对相应设备的当前控制状态，进而在设备发生故障时进行比对分析，定位故障位置等。报文中其它数据还有传输状态信息和时间信息，相对而言不是数据监测的重点，当然也可在需要时进行识别。以下给出一个具体的例子说明对该报文结构的应用。

基于对报文数据的结构的研究，可以对提取到的实际报文信息进行实际解读。方法是根据报文结构定位所需监测的数据位，再根据报文含义将数据转换为能够识别的信息。例如对于提取到中央控制器发送至某台SU200控制器的报文数据为“09 00 01 10 00 4A 21 20 0F 3703 00”，通过对报文数据进行翻译，可以得到如表2所示的报文识别信息。

表2：某台SU200控制器的报文数据

其中，显示输出至该SU200控制器控制命令第1路和第13路置位，将该信息与SU200命令输出控制设备的实际状态进行对比即可分析是否存在异常，一致则说明系统正确；如不一致则说明设备存在故障，未能执行控制器命令，结合偏差位置即可定位故障点和故障原因。需要说明的是，所述“结合偏差位置”为“通过查找信号路径上发生不一致的位置”。意思是指在报文监测已发现不一致异常的情况下，沿信号传输路径查找在哪里发生了不一致，就能够发现故障的设备。

对于直流输电大量数据的普查式监测，或者是众多设备数据的不定向监测，技术人员不仅需要了解数据的数值，更需要快速定位数据的含义以便开展分析和关联诊断。作为优选，本实施例提供的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法还包括：制定所述高压直流换流站控制系统的数据总表。

所述数据总表是指一张包括所述高压直流换流站内所有控制器的数据信息的数据表。作为优选，所述数据总表的内容包括：控制器在Profibus-DP总线上的站点地址、数据编号、数据信息、数据性质、所控制的设备编号、数据在主站中的数据包与数据位（如表3所示）。

需要说明的是，为表述简洁明了，本实施例中的表3只选取了部分数据，并没有把所有控制器的数据信息都列在表3内。

表3：数据总表

通过检索数据总表，可以快速定位一个控制数据的全部所需信息，与基于总线报文的数据提取一起，即可以实现直流换流站数据高效监测。例如需要查找保护设备=20RF20+R1的开关跳闸命令，根据数据总表内容，可以立即检索到该数据位于站地址为7的总线站点控制器上，提取该控制器报文后根据报文数据的结构快速查到数据编号为1、2的数据值，即为该设备跳闸命令值。

相较于以往的基于分离设备的换流站控制数据监测方法，本发明通过选取够提取Profibus-DP总线数据报文的仪器，将所选取的仪器与Profibus-DP总线相连接，无需技术人员跑到一个个独立设备前抄录设备状态，实现了在同一个点对大量控制器同时且实时的数据进行监测，使据监测效率成倍提升。与此同时，本发明还提出了数据总表概念，可以进一步高效识别数据内容，提高了数据监测的准确性，并为故障快速分析诊断奠定基础。此外，基于总线报文的数据监测大幅扩展了数据监测的范围，在过程控制数据外还能够监测总线传输状态，有利于识别总线传输状态和诊断总线故障，使直流输电运维人员能够及时准确掌握所需的控制数据，特别是在故障情况下能够及时判明电气设备状态并快速定位异常设备。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，包括：

S1、提取高压直流换流站目标控制器的报文数据；

S2、确定所述目标控制器的种类和名称，得出其报文数据的结构；

S3、依据所述报文数据的结构，定位所需监测的信息，并在所述报文数据中读取所述信息的数值，对所需信息实施监测；

S4、制定所述高压直流换流站控制系统的数据总表，读取监测信息的关联信息；

所述数据总表是指一张包括所述高压直流换流站内所有控制器的数据信息的数据表；

根据所述数据总表与所述报文数据进行高压直流输电数据监测。

2.根据权利要求1所述的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，所述S1包括：

选取能够提取Profibus-DP总线数据报文的仪器；

将所选取的仪器与Profibus-DP总线接口连接；

启动所选取的仪器，读取所述高压直流换流站目标控制器的报文数据。

3.根据权利要求2所述的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，所述仪器：

具有Profibus-DP总线的接口；

其电气负载符合Profibus-DP总线标准对于电气负载的要求；

能够完整记录Profibus-DP总线实时传输信号，并将信号转换为标准报文格式；

能够保存所提取到的报文数据，并提供下载功能。

4.根据权利要求3所述的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，所述报文数据采用16进制数位进行表示。

5.根据权利要求3所述的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，所述报文数据采用2进制数位进行表示。

6.根据权利要求1所述的基于Profibus-DP总线的高压直流输电控制数据监测方法，其特征在于，所述数据总表的内容包括：

控制器在Profibus-DP总线上的站点地址、数据编号、数据信息、数据性质、所控制的设备编号、数据在主站中的数据包与数据位。