CN115278583B - 一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法 - Google Patents

一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，它包括：构建数字孪生电网系统；获取电网传感器物理实体周边的5G移动终端物理实体信息；构建5G移动终端数字孪生虚拟实体；检测到传感器异常且指令恢复无效后，应用管理平台子系统发送连接消息给5G移动终端物理实体；要求5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体建立无线连接；移动终端物理实体与相应的故障传感器建立连接；应用管理平台子系统的指令消息通过5G移动终端物理实体发送给电网传感器物理实体，使传感器或传输链路恢复正常；解决了当传感器平台子系统发生故障，如传感器设备故障，传输中断故障时，需要耗费大量人力恢复且效率低下等技术问题。

Description

一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法
技术领域
本发明属于电网系统监测技术领域，尤其涉及一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法。
背景技术
以数字孪生为基础的电网系统，是借助数字孪生技术，打造虚实结合的数字电网，用虚拟电网实现对物理电网的充分感知、精准分析和实时监测。其中，传感器平台子系统作为数字孪生电网系统的最前端，搭载了各种传感器设备用来捕获电网系统的各种实时数据，是数字孪生电网系统的关键部分之一。
可靠的数字孪生电网系统，要求其传感器平台子系统可实时传输海量数据，且对数据传输速率，传输时延和误码率有着极高的要求。随着5G时代的来临，其高速率、低时延和高可靠性等显著特点，使其成为数字孪生电网系统的重要传输组成。
在数字孪生电网系统中，传感器平台子系统通过传输平台子系统将数据实时传输给后端的应用管理平台子系统。传感器设备搭建在电网各重要物理实体上，具有设备种类多，分散布局且受天气等环境影响的特点，当传感器平台子系统发生故障，如传感器设备故障，传输中断故障时，需要耗费大量人力恢复且效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，以解决当传感器平台子系统发生故障，如传感器设备故障，传输中断故障时，需要耗费大量人力恢复且效率低下等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，它包括：
步骤1、构建数字孪生电网系统；
步骤2、获取电网传感器物理实体周边的5G移动终端物理实体信息；
步骤3、构建5G移动终端数字孪生虚拟实体；
步骤4、检测到传感器异常且指令恢复无效后，应用管理平台子系统发送连接消息给5G移动终端物理实体；要求5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体建立无线连接；
步骤5、移动终端物理实体与相应的故障传感器建立连接；
步骤6、应用管理平台子系统的指令消息通过5G移动终端物理实体发送给电网传感器物理实体，使传感器或传输链路恢复正常。
数字孪生电网系统包括三大平台子系统，分别为传感器平台子系统，传输平台子系统和应用管理平台子系统；传感器平台子系统负责管理所有物理实体上的传感器，并将传感器的数据实时传输给后端；传输平台子系统负责接收和发送传感器平台子系统和应用管理平台子系统的实时数据；应用管理平台子系统负责对采集的数据进行分析和发送指令。
在部署数字孪生电网系统物理实体的传感器时，获取传感器周边的5G移动终端信息时，获取传感器周边距离最近且驻留5G网络时长最稳定的5G移动终端信息，将这些移动终端作为电网数字孪生系统中的物理实体，系统运行正常时，不对5G移动终端的物理实体进行监测。
构建5G移动终端数字孪生虚拟实体的方法为：根据5G移动终端的物理实体在应用管理平台子系统构建相应的5G移动终端的数字孪生虚拟实体，并与相关电网传感器进行关联配对。
步骤4所述应用管理平台子系统发送连接消息给5G移动终端物理实体；要求5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体建立无线连接的方法为：当电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体异常且指令恢复无效时，或电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体传输链路异常且指令恢复无效时，或应用管理平台子系统检测到传感器物理实体发送的数据异常且指令恢复无效时，应用管理平台子系统查询与故障传感器配对的5G移动终端数字孪生体信息，并将相关信息发送给传输平台子系统，传输平台子系统与5G移动终端物理实体建立正常通信后，将连接指令发送给5G移动终端物理实体。
5G移动终端物理实体通过无线连接方式与相配对的故障传感器建立无线连接，并将连接结果返回应用管理平台子系统。
使传感器或传输链路恢复正常的方法为：通过应用管理平台子系统-传输平台子系统-5G移动终端物理实体-电网故障传感器这一新的链路，5G移动终端物理实体将应用管理平台子系统的相应指令发送给故障传感器，以使传感器设备或者传输链路恢复正常。
应用管理平台子系统与传输平台子系统存在数据接口；传输平台子系统同时存在无线传输和有线传输，与应用管理平台子系统和传感器平台子系统存在数据接口，传输平台子系统同时负责5G移动终端物理实体的接入和数据传输；传输平台子系统与5G基站存在数据接口；传感器平台子系统与传输平台子系统，电网传感器物理实体均存在数据接口。
构建5G移动终端数字孪生虚拟实体时，记录5G移动终端的数字孪生体与传感器物理实体之间的关联关系，5G移动终端物理实体接入传输平台子系统或接入与传输平台子系统有数据接口的基站；5G移动终端物理实体是动态变化的，有新的符合要求的移动终端时成为数字孪生电网系统的一部分，并构建新的移动终端数字孪生体，并与传感器物理实体建立新的关联关系。
传输平台子系统根据应用管理平台子系统的指令消息与5G移动终端物理实体建立通信连接；传输平台子系统查询相关的5G移动终端物理实体是否已接入传输平台子系统的关联基站，优先选择已接入关联基站的5G移动终端物理实体，且优先选择建立无线连接且信号好的5G移动终端物理实体；也可选择与传输平台子系统有数据接口的基站的5G移动终端物理实体。
本发明的有益效果：
本发明在数字孪生电网系统建设时，获取电网物理实体上的传感器周边的5G移动终端信息；将这些5G移动终端作为数字孪生物理实体的一部分，并生成所述移动终端映射的数字孪生体；当传感器故障导致应用管理平台子系统指令发送无效或者传输中断时，应用管理平台子系统查询故障传感器所关联的5G移动终端数字孪生体信息，并将相关信息发送给传输平台子系统，传输平台子系统与5G移动终端物理实体建立正常通信后，应用管理平台子系统要求5G移动终端物理实体通过蓝牙等各种无线连接方式与故障传感器建立无线连接；通过无线连接，5G移动终端物理实体将应用管理平台子系统的相应指令发送给故障传感器，以使传感器设备或者传输链路恢复正常。
解决了当传感器平台子系统发生故障，如传感器设备故障，传输中断故障时，需要耗费大量人力恢复且效率低下等技术问题。
附图说明
图1为本发明方法的数字孪生电网系统结构图；
图2为本发明方法的5G移动终端数字孪生体构建图；
图3为本发明方法的传感器故障恢复示意图；
图4为本发明方法的传输链路故障恢复示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种数字孪生电网系统，该系统包括如下几个基本部分：
1)应用管理平台子系统：该子系统构建所有的数字孪生体，采集各传感器数据，对数据进行精准分析，对电网全系统进行实时监控，并对其他子系统发出指令。与传输平台子系统存在数据接口。
2)传输平台子系统：该子系统不限制传输方式，可以同时存在无线传输和有线传输，或者均为无线传输。该子系统上行线路接收传感器数据，并将数据发送给应用管理平台子系统，下行线路接收应用管理平台子系统的消息，并将消息发送给传感器平台子系统。该子系统同时负责5G移动终端物理实体的接入和数据传输，可包含5G基站。该子系统也可与附近其他5G基站通信。
3)传感器平台子系统：该子系统负责管理所有传感器物理实体，对传感器的接入进行认证、鉴权，对传感器数据进行预处理，对传感器工作状态进行实时监控等。该系统上行线路接收传感器数据，并将预处理数据发送给传输平台子系统，下行线路接收传输平台子系统的数据，对数据进行解析，并将相应数据发送给传感器物理实体。
4)电网系统传感器物理实体：为搭建在电网物理实体上的传感器，负责采集电网物理实体的各种信息，接入传感器平台子系统。
5)5G移动终端物理实体：为5G移动终端，接入传输平台子系统或者通过所驻留基站的Xn接口与传输平台子系统传输数据。与电网传感器物理实体建立无线连接。
实施例二
如图2所示，本发明提供了一种5G移动终端数字孪生体构建方法，其流程如下：
1)传输平台子系统获取5G移动终端物理实体相关信息如IMSI，SINR，NR能力、MR-DC能力等，可选择地将5G移动终端物理实体接入传输平台子系统，或者传输平台子系统与5G移动终端物理实体所驻留的其他基站建立Xn接口，5G移动终端物理实体的相关信息通过Xn接口传入传输平台子系统。
2)在电网系统部署的传感器物理实体周围选择有效的5G移动终端物理实体，要求5G移动终端物理实体距离传感器物理实体距离近，为满足后续无线通信的要求，同时要求5G移动终端物理实体在传感器物理实体周围驻留的时间长。如图2所示，传感器物理实体1周围有5G移动终端物理实体1和2，但是移动终端物理实体2由于驻留时间短或者距离远则不能选择；传感器物理实体2周围有5G移动终端物理实体3和4，且同时满足长时间驻留和距离近的条件，则均可选择。
3)传输平台子系统将最终选择的5G移动终端物理实体的相关信息发送给应用管理平台子系统，应用管理平台子系统构建5G移动终端的数字孪生体，并记录与传感器物理实体之间的关联关系。如图2所示，传感器物理实体1关联5G移动终端物理实体1的数字孪生体，传感器物理实体2关联5G移动终端物理实体3和4的数字孪生体。
4)电网系统正常运行时不对5G移动终端进行监测。
实施例三
图3所示，本发明提供了一种电网传感器故障恢复方法，其流程如下：
1)当电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体异常且指令恢复无效时，将故障传感器信息发送给应用管理平台子系统。或应用管理平台子系统检测到传感器物理实体发送的数据异常且指令恢复无效时。
2)应用管理平台子系统查询与故障传感器配对的5G移动终端孪生体，将5G移动终端相关信息发送给传输平台子系统。
3)传输平台子系统查询相关的5G移动终端物理实体是否已接入传输平台子系统的关联基站，优先选择已接入关联基站的5G移动终端物理实体；传输平台子系统可与多个5G移动终端物理实体建立起正常通信，并将结果返回给应用管理平台子系统。
4)应用管理平台子系统将5G移动终端物理实体和故障传感器的建链消息发送给传输平台子系统，传输平台子系统将建链消息发送给5G移动终端物理实体，根据5G移动终端物理实体与故障传感器建链情况，优先选择可建立无线连接且信号最好的5G移动终端物理实体。如图3所示，5G移动终端物理实体1与电网传感器物理实体1无法建立链接或者可建链但是信号差于5G移动终端物理实体2时，选择5G移动终端物理实体2进行通信。
5)传输平台子系统将5G移动终端物理实体2和电网传感器物理实体1的成功建链信息发送给应用管理平台子系统。传输平台子系统需实时检测5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体间的链路质量，当链路质量差到一定程度，则需上报给应用管理平台子系统，并重复步骤2-5。
6)应用管理平台子系统给传输平台子系统发送要求传感器复位等指令消息，传输平台子系统通过关联基站将相应消息发送给5G移动终端物理实体2，5G移动终端物理实体2将相应消息发送给电网传感器物理实体1，使传感器恢复正常。
7)待传感器恢复正常后，应用管理平台子系统通过传输平台子系统发送断链消息给5G移动终端物理实体2，5G移动终端物理实体2断开与电网传感器物理实体1的无线连接。
实施例四
图4所示，本发明提供了一种电网传感器传输链路故障恢复方法，其流程如下：
1)当电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体的传输链路异常如链路中断时，将链路异常的传感器信息发送给应用管理平台子系统。
2)应用管理平台子系统查询与链路异常的传感器配对的5G移动终端孪生体，将5G移动终端相关信息发送给传输平台子系统。
3)传输平台子系统查询相关的5G移动终端物理实体是否已接入传输平台子系统的关联基站，优先选择已接入关联基站的5G移动终端物理实体；如图4所示，若相应的5G移动终端物理实体未接入传输平台子系统的关联基站，则需要传输平台子系统与5G移动终端物理实体所驻留的基站进行Xn建链，消息通过Xn传输。
4)传输平台子系统可通过一个或多个Xn接口与多个5G移动终端物理实体建立起正常通信，并将结果返回给应用管理平台子系统。传输平台子系统若选择Xn接口通信，则Xn接口要求心跳正常。
5)应用管理平台子系统将5G移动终端物理实体和链路异常传感器建链消息发送给传输平台子系统，传输平台子系统将建链消息通过Xn接口发送给5G移动终端物理实体，根据5G移动终端物理实体与链路异常传感器建链情况，优先选择可建立无线链接且信号最好的5G移动终端物理实体。
6)传输平台子系统将5G移动终端物理实体与链路异常传感器的成功建链信息发送给应用管理平台子系统。传输平台子系统需实时检测5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体间的链路质量和Xn接口情况，当链路质量差到一定程度或Xn接口异常时，则需上报给应用管理平台子系统，并重复步骤2-5
7)应用管理平台子系统通过传输平台子系统的Xn接口给5G移动终端物理实体发送传感器链路自检等指令消息，5G移动终端物理实体将相应消息发送给链路异常传感器，使传感器链路恢复正常。
8)待传感器链路恢复正常后，应用管理平台通过传输平台子系统的Xn接口发送断链消息给5G移动终端物理实体，5G移动终端物理实体断开与电网传感器物理实体的无线连接，传输平台子系统断开Xn接口的链接。

Claims (7)

1.一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：它包括：
步骤1、构建数字孪生电网系统；
数字孪生电网系统包括三大平台子系统，分别为传感器平台子系统，传输平台子系统和应用管理平台子系统；传感器平台子系统负责管理所有物理实体上的传感器，并将传感器的数据实时传输给后端；传输平台子系统负责接收和发送传感器平台子系统和应用管理平台子系统的实时数据；应用管理平台子系统负责对采集的数据进行分析和发送指令；
步骤2、获取传感器周边的5G移动终端物理实体信息；
在部署数字孪生电网系统物理实体的传感器时，获取传感器周边的5G移动终端信息时，获取传感器周边距离最近且驻留5G网络时长最稳定的5G移动终端信息，将这些移动终端作为电网数字孪生系统中的物理实体，系统运行正常时，不对5G移动终端的物理实体进行监测；构建5G移动终端数字孪生虚拟实体的方法为：根据5G移动终端的物理实体在应用管理平台子系统构建相应的5G移动终端的数字孪生虚拟实体，并与电网传感器进行关联配对；
步骤3、构建5G移动终端数字孪生虚拟实体；
步骤4、检测到传感器异常且指令恢复无效后，应用管理平台子系统发送连接消息给5G移动终端物理实体；要求5G移动终端物理实体与电网传感器物理实体建立无线连接；
步骤5、移动终端物理实体与相应的故障传感器建立连接；
步骤6、应用管理平台子系统的指令消息通过5G移动终端物理实体发送给传感器，使传感器或传输链路恢复正常。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：步骤4所述应用管理平台子系统发送连接消息给5G移动终端物理实体；要求5G移动终端物理实体与传感器建立无线连接的方法为：当电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体异常且指令恢复无效时，或电网传感器平台子系统检测到传感器物理实体传输链路异常且指令恢复无效时，或应用管理平台子系统检测到传感器物理实体发送的数据异常且指令恢复无效时，应用管理平台子系统查询与故障传感器配对的5G移动终端数字孪生体信息，并将相关信息发送给传输平台子系统，传输平台子系统与5G移动终端物理实体建立正常通信后，将连接指令发送给5G移动终端物理实体。
3.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于： 5G移动终端物理实体通过无线连接方式与相配对的故障传感器建立无线连接，并将连接结果返回应用管理平台子系统。
4.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：使传感器或传输链路恢复正常的方法为：通过应用管理平台子系统-传输平台子系统-5G移动终端物理实体-电网故障传感器这一新的链路，5G移动终端物理实体将应用管理平台子系统的相应指令发送给故障传感器，以使传感器设备或者传输链路恢复正常。
5.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：应用管理平台子系统与传输平台子系统存在数据接口；传输平台子系统同时存在无线传输和有线传输，与应用管理平台子系统和传感器平台子系统存在数据接口，传输平台子系统同时负责5G移动终端物理实体的接入和数据传输；传输平台子系统与5G基站存在数据接口；传感器平台子系统与传输平台子系统，传感器均存在数据接口。
6.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：构建5G移动终端数字孪生虚拟实体时，记录5G移动终端的数字孪生体与传感器物理实体之间的关联关系，5G移动终端物理实体接入传输平台子系统或接入与传输平台子系统有数据接口的基站；5G移动终端物理实体是动态变化的，有新的符合要求的移动终端时成为数字孪生电网系统的一部分，并构建新的移动终端数字孪生体，并与传感器物理实体建立新的关联关系。
7.根据权利要求1所述的一种数字孪生的电网传感器故障恢复方法，其特征在于：传输平台子系统根据应用管理平台子系统的指令消息与5G移动终端物理实体建立通信连接；传输平台子系统查询相关的5G移动终端物理实体是否已接入传输平台子系统的关联基站，优先选择已接入关联基站的5G移动终端物理实体，且优先选择建立无线连接且信号好的5G移动终端物理实体；或选择与传输平台子系统有数据接口的基站的5G移动终端物理实体。
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GR01 Patent grant
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