CN114243910B - 一种基于5g vpdn专网的配电网监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5GVPDN专网的配电网监控系统及方法，具体涉及5G信息技术领域，所示系统包括：5G配网智慧网关，5G智慧服务器。本发明采用5G通信技术、VPDN通信技术、网络安全技术，在不改变配电网监控功能和性能的同时，实现终端至终端之间点对点、单点对多点、多点对单点、多点对多点等无线专网通信；实现配电网监控系统的集中无线组网和关联无线组网，实现实时本地监控功能和集中监控功能，简化配电网监控系统的网络架构，充分发挥设备间数据共享的优势，大大提升配电网集中监控效率、提升配电网快速自愈能力和故障恢复时间、降低投资、运行维护成本。

Description

一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统及方法
技术领域
本发明涉及5G信息技术领域，具体涉及一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统及方法。
背景技术
在石化、钢铁等大型工业企业中，变电所(配电房)数量众多，且分散在企业不同的位置；其中有不少变电所(配电房)在生产过程或工艺流程中有着上下级或关联性，一般各变电所(配电房)之间数据都通过集中监控后台实现数据汇聚处理，彼此相互无共享；大型工业企业对于配电网的安全性、可靠性、时延性均有较高的要求；现有配电网监控系统大部分都采用光纤通信，光纤通信存在施工量大，施工难度大的问题，采用无线替代有线一直是大型工业企业的一个积极尝试的选项；目前采用GPRS/LORA/433/WIFI等传统无线通信，基本应用在配电网的辅助监控方面，配电网的安全性、可靠性无法得以保障；采用4G等无线其他无线专网通信方式，安全性相对有所提升，但带宽和时延的缺陷造成实现；设备间相互通信、各工艺流程中相关配电房(及其他生产过程)数据的相互共享有着非常重要的意义，但是必须达到高可靠性、高安全性和时效性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统及方法。
第一方面，一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，其特征在于，包括：
5G配网智慧网关，被配置为采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，将所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器；
5G智慧服务器，被配置为解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控；
其中，所述5G配网智慧网关包括：
数据获取模块，被配置为获取配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据；
协议解析模块，被配置为对所述配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据按照预设的通信协议进行协议解析，将解析后的数据转化为可读数据并进行储存；
边缘计算模块，被配置为按预设规则库对所述可读数据进行边缘计算，得到计算结果，以实现本地决策；
通信模块，被配置为通过预设的通信协议以及预设的加密算法将所述可读数据加密后发送给其他5G配网智慧网关和5G智慧服务器；
设备管理模块，被配置为判断其他5G配网智慧网关是否可信任，并与可信任的其他5G配网智慧网关建立连接；
其中，所述设备管理模块包括：
获取单元，被配置为获取其他5G配网智慧网关的数据传输请求，其中，所述数据传输请求包括其他5G配网智慧网关的网关信息和需要的配电网网关数据；
判断单元，被配置为根据所述网关信息与本地储存的可信任网关列表中的网关信息判断其他5G配网智慧网关是否为可信任网关；
连接单元，被配置为根据判断结果建立5G配网智慧网关与其他5G配网智慧网关的连接VPDN通道。
优选地，所述网关信息包括级别、标号以及认证期；
所述判断单元包括：
第一判断单元，判断可信任网关列表中是否存在所述级别的网关；
第二判断单元，判断所述级别的网关中是否存在所述标号的网关；
第三判断单元，判断所述标号的网关是否在预设认证期限内；
输出单元，输出判断结果。
优选地，所述配电网网关数据包括标记有配电网网关信息的运行状态数据，所述运行状态数据包括保护装置数据、故障录波、主设备状态数据、摄像头数据以及其他辅助监控设备状态数据。
优选地，所述预设的通信协议包括TCP协议、MQTT协议、HTTP协议和UDP协议中的一种或者多种。
第二方面，一种基于5G VPDN专网的配电网监控方法，包括以下步骤：
步骤一：采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，将所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器；
步骤二：解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控；
其中，步骤一包括：
获取配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据；
对所述配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据按照预设的通信协议进行协议解析，将解析后的数据转化为可读数据并进行储存；
按预设规则库对所述可读数据进行边缘计算，得到计算结果，以实现本地决策；
通过预设的通信协议以及预设的加密算法将所述可读数据加密后发送给其他5G配网智慧网关和5G智慧服务器；
其中，获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据之前包括：
获取其他5G配网智慧网关的数据传输请求，其中，所述数据传输请求包括其他5G配网智慧网关的网关信息和需要的配电网网关数据；
根据所述网关信息与本地储存的可信任网关列表中的网关信息判断其他5G配网智慧网关是否为可信任网关；
根据判断结果建立5G配网智慧网关与其他5G配网智慧网关的连接VPDN通道。
本发明的有益效果体现在：本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、不改变配电网监控系统功能，配电网监控系统所要求的安全性、可靠性、实时性等性能不变；
2、实现点对点通信，无需云平台等中间节点，无线网络架构简单、网络安全级别高，维护技术涉及的专业少；且数据高安全、高可靠、低时延；
3、适用于用户5G SA网络也适用于5G NSA网络，在用户现场不具备5G网络的情况下，该VPDN架构同样可运行在4G网络上，节省用户投资和专业维护成本；
4、数据采集、处理、计算、执行、传输和分析一体化设计，无线网络架构简单，所需运行和管理的设备少，有利于节能减排；
5、5G配网智慧网关之间数据共享，根据相互关联性数据，为变(配)电房的刀闸、开关、断路器等操作任务提供多重、多方位的决策依据，防止误操作和误动作，此技术也同样适用于相关联的其他工艺流程、能源流程、或生产流程中独立节点数据单元之间的数据共享和关联操作。
6、5G工业智慧网关之间的数据共享，可根据设定的配电网自愈逻辑，在最前端的5G工业智慧网关即可执行边缘计算，提升配电网自愈的响应时间和省略后端决策、执行过程的时间。
7、具备高度的可扩展性，配电网数据实现柔性化管理，可大大提升数据复用效率，实现大数据汇聚管理，方便配电网数据应用的二次开发。此技术也同样适用于相关联的其他工艺流程、能源流程、或生产流程中关联应用的二次开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明系统的系统框图；
图2为本发明提供的5G配网智慧网关与辅助监控设备示意图；
图3为本发明提供的5G配网智慧网关与其他可信任5G配网智慧网关的数据共享示意图；
图4为本发明系统的设备管理模块的工作流程图；
图5为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，包括：
5G配网智慧网关，被配置为采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和/或采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和/或其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，和/或将所述运行状态数据和/或其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器，其中，所述配电网网关数据包括标记有配电网网关信息的运行状态数据，所述运行状态数据包括保护装置数据、故障录波、主设备状态数据、摄像头数据以及其他辅助监控设备状态数据，5G配网智慧网关采集运行状态数据如图2所示；
5G智慧服务器，被配置为解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和/或配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和/或配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控，其中，所述预设的通信协议包括TCP协议、MQTT协议、HTTP协议和UDP协议中的一种或者多种。
在本实施例中，5G配网智慧网关基于嵌入式ARM架构高性能处理器，设备可接入数据容量达10万个点以上和512G以上的存储能力，采用嵌入式开源LINUX系统平台，集成各种电力通信协议和常用工业现场协议，经过数据加密、数据认真、设备认证等安全处理技术，通过5G网络，结合VPDN通信技术，根据生产现场变(配)电房之间的上下级关系或工艺流程之间设备或装置之间数据或状态的关联性，构建了可信任5G配网智慧网关网络，将各配电网中5G配网智慧网关所采集的数据传送给需要共享数据的可信任5G配网智慧网关实现数据共享，按照工业企业内变(配)电房运行规程，为本地自动化监控提供数据决策，在本地5G配网智慧网关执行边缘计算、逻辑判断、动作指令的执行等；
所有5G配网智慧网关也可以通过5G网络，经过VPDN通信技术传送至5G智慧服务器，5G智慧服务器解析所有发送过来的5G配网智慧网关数据，按照配电网规范要求，通过104、61850、MODBUS等通信协议转发给配电网监控后台，实现配电网集中监控功能和配电网自愈处理等。
具体的，所述5G配网智慧网关包括：
数据获取模块，被配置为获取配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和/或获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据；
协议解析模块，被配置为对所述配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和/或获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据按照预算的通信协议进行协议解析，将解析后的数据转化为可读数据并进行储存；
边缘计算模块，被配置为按预设规则库对所述可读数据进行边缘计算，得到计算结果，以实现本地决策；
通信模块，通信模块，被配置为通过预设的通信协议以及预设的加密算法将所述可读数据加密后发送给其他5G配网智慧网关和/或5G智慧服务器。
具体的，所述5G配网智慧网关包括：
设备管理模块，被配置为判断其他5G配网智慧网关是否可信任，并与可信任的其他5G配网智慧网关建立连接。
具体的，所述设备管理模块包括：
获取单元，被配置为获取其他5G配网智慧网关的数据传输请求，其中，所述数据传输请求包括其他5G配网智慧网关的网关信息和需要的配电网网关数据；
判断单元，被配置为根据所述网关信息与本地储存的可信任网关列表中的网关信息判断其他5G配网智慧网关是否为可信任网关；
连接单元，被配置为根据判断结果建立5G配网智慧网关与其他5G配网智慧网关的VPDN连接通道。
具体的，若其他5G配网智慧网关为可信任网关，则根据预设的通信方式，建立连接通道并通过该连接通道传送其需要的配电网网关数据，若其他5G配网智慧网关为不可信5G配网智慧网关，则拒绝其他5G配网智慧网关的数据传输请求，并该网关标记为可疑网关，将可疑网关的网关信息发送给5G智慧服务器，通过5G智慧服务器发送给配电网监控后台，后台管理人员对该网关进行人工审核并记录，避免遭受异常攻击，降低网络风险。
具体的，所述网关信息包括级别、标号以及认证期；
所述判断单元包括：第一判断单元，判断网关列表中是否存在所述级别的网关；第二判断单元，判断所述级别的网关中是否存在所述标号的网关；第三判断单元，判断标号的网关是否在预设认证期限内；输出单元，输出判断结果。具体的，判断单元的流程示意图如图3所示。
为了更好理解本发明方案，如图4所示提供了一种各个级别5G配网智慧网关与其他可信任的5G配网智慧网关的连接示意图。
1#1级子站5G配网智慧网关可以根据需要通过5G VPDN技术获取1#2级子站、1#3级子站、2#1级子站、2#2级子站、2#3级子站5G配网智慧网关数据；1#3级子站5G配网智慧网关也可以直接通过5G VPDN技术获取同级子站5G配网智慧网关数据，实现本地决策。
综上所述，本发明所提供的一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统采用5G通信技术、VPDN通信技术、网络安全技术，在不改变配电网监控功能和性能的同时，实现终端至终端之间点对点、单点对多点、多点对单点、多点对多点等无线专网通信；实现配电网监控系统的集中无线组网和关联无线组网，实现实时本地监控功能和集中监控功能，简化配电网监控系统的网络架构，充分发挥设备间数据共享的优势，大大提升配电网集中监控效率、提升配电网快速自愈能力和故障恢复时间、降低投资、运行维护成本。
实施例2
如图5所示，一种基于5G VPDN专网的配电网监控方法，包括以下步骤：
步骤一：采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和/或采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和/或其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，和/或将所述运行状态数据和/或其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器；
步骤二：解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和/或配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和/或配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控。
本发明提供的一种基于5G VPDN专网的配电网监控方法与实施例一提供的一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，其特征在于，包括：
5G配网智慧网关，被配置为采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，将所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器；
5G智慧服务器，被配置为解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控；
其中，所述5G配网智慧网关包括：
数据获取模块，被配置为获取配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据；
协议解析模块，被配置为对所述配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据按照预设的通信协议进行协议解析，将解析后的数据转化为可读数据并进行储存；
边缘计算模块，被配置为按预设规则库对所述可读数据进行边缘计算，得到计算结果，以实现本地决策；
通信模块，被配置为通过预设的通信协议以及预设的加密算法将所述可读数据加密后发送给其他5G配网智慧网关和5G智慧服务器；
设备管理模块，被配置为判断其他5G配网智慧网关是否可信任，并与可信任的其他5G配网智慧网关建立连接；
其中，所述设备管理模块包括：
获取单元，被配置为获取其他5G配网智慧网关的数据传输请求，其中，所述数据传输请求包括其他5G配网智慧网关的网关信息和需要的配电网网关数据；
判断单元，被配置为根据所述网关信息与本地储存的可信任网关列表中的网关信息判断其他5G配网智慧网关是否为可信任网关；
连接单元，被配置为根据判断结果建立5G配网智慧网关与其他5G配网智慧网关的连接VPDN通道。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，其特征在于，所述网关信息包括级别、标号以及认证期；
所述判断单元包括：
第一判断单元，判断可信任网关列表中是否存在所述级别的网关；
第二判断单元，判断所述级别的网关中是否存在所述标号的网关；
第三判断单元，判断所述标号的网关是否在预设认证期限内；
输出单元，输出判断结果。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，其特征在于，所述配电网网关数据包括标记有配电网网关信息的运行状态数据，所述运行状态数据包括保护装置数据、故障录波、主设备状态数据、摄像头数据以及其他辅助监控设备状态数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G VPDN专网的配电网监控系统，其特征在于，所述预设的通信协议包括TCP协议、MQTT协议、HTTP协议和UDP协议中的一种或者多种。
5.一种基于5G VPDN专网的配电网监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采集配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和采集其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据，基于所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据实现本地决策，将所述运行状态数据和其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据发送给5G智慧服务器；
步骤二：解析所有5G配网智慧网关发送的运行状态数据和配电网网关数据，按照配电网规范要求，通过预设的通信协议将所述运行状态数据和配电网网关数据转发给配电网监控后台，以实现配电网的集中管控；
其中，步骤一包括：
获取配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据；
对所述配电网各种类型配电监控设备的运行状态数据和获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据按照预设的通信协议进行协议解析，将解析后的数据转化为可读数据并进行储存；
按预设规则库对所述可读数据进行边缘计算，得到计算结果，以实现本地决策；
通过预设的通信协议以及预设的加密算法将所述可读数据加密后发送给其他5G配网智慧网关和5G智慧服务器；
其中，获取其他可信任的5G配网智慧网关的配电网网关数据之前包括：
获取其他5G配网智慧网关的数据传输请求，其中，所述数据传输请求包括其他5G配网智慧网关的网关信息和需要的配电网网关数据；
根据所述网关信息与本地储存的可信任网关列表中的网关信息判断其他5G配网智慧网关是否为可信任网关；
根据判断结果建立5G配网智慧网关与其他5G配网智慧网关的连接VPDN通道。
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