基于5G远程通讯的配网差动保护方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，特别是涉及一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法、装置及系统。

背景技术

与传统的基于主站的电力业务如用电信信息采集相比，配网差动保护是一种分布式应用，即点对点的业务应用。目前采用的是基于光纤的主网差动保护方案，差动保护装置将本端采集的电气量，如电流、电压等通过通信发送给对端差动保护装置，同时接收来自对方的数据，并进行判断是否在故障范围，并启动是否隔离故障。通常采集频率一般在1200HZ，每个数据包300B左右，通信带宽单向3M Bps左右，单向时延要求小于15ms。数据通信协议主要是GOOSE和SV报文。对通信的时延和可靠性要求非常高，所以主网一般采用光纤进行通信。但是，在城区敷设光缆、施工周期长、难度大、投资高、运维成本高，因此光纤承载配网保护很难大规模应用，已经无法满足目前的配网差动保护的需求。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法、装置及系统，实现了降低差动保护业务在电力配电网规模应用的成本。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法，应用于5G通讯系统的第一终端，所述方法包括：

响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与所述第一终端对应的第一保护装置的通信连接；

接收所述第一保护装置发送的报文，判断所述报文是否为组播报文；

如果是，将所述组播报文转换为单播报文，并通过所述第一保护装置将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述方法还包括：

若所述报文为单播报文，将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述将所述组播报文转为为单播报文，包括：

判断所述组播报文的通信协议是否正确，如果是，将所述组播报文转换为单播报文。

可选地，所述方法还包括：

响应于接收第二终端发送的报文，若所述报文为单播报文，将所述报文发送给第一保护装置。

可选地，所述方法还包括：

若所述报文为组播报文，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送给所述第一保护装置。

一种基于5G远程通讯的配网差动保护装置，应用于5G通讯系统的第一终端，所述装置包括：

创建单元，用于响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与所述第一终端对应的第一保护装置的通信连接；

判断单元，用于接收所述第一保护装置发送的报文，判断所述报文是否为组播报文；

发送单元，用于如果是，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述发送单元还用于：

若所述报文为单播报文，将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述发送单元具体用于：

判断所述组播报文的通信协议是否正确，如果是，将所述组播报文转换为单播报文。

可选地，所述装置还包括：

接收单元，用于接收第二终端发送的报文，若所述报文为单播报文，将所述报文发送给第一保护装置；若所述报文为组播报文，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送给所述第一保护装置。

一种基于5G远程通讯的配网差动保护系统，所述系统包括：第一保护装置、第一终端、5G基站、第二终端、第二保护装置，其中，所述第一终端用于执行如上任意一项所述的基于5G远程通讯的配网差动保护方法；

所述第一保护装置，用于将报文传输给所述第一终端，或者接收所述第一终端发送的报文；

所述第二终端，用于接收所述第一终端通过所述5G基站发送的报文，并将所述报文传输给所述第二保护装置；

所述第二保护装置，用于接收所述第二终端发送的报文，或者将报文传输给所述第二终端。

相较于现有技术，本发明提供了一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法、装置及系统，当该方法应用于5G通讯系统的第一终端，响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与所述第一终端对应的第一保护装置的通信连接；接收所述第一保护装置发送的报文，判断所述报文是否为组播报文；如果是，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送至所述第二终端。本发明利用5G低时延、高可靠和安全技术特征，在较低成本下，让差动保护业务在电力配网规模应用成为可能。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于5G远程通讯的配网差动保护系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种保护装置发送的数据流的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种终端的控制流程图；

图5为本发明实施例提供的一种数据格式的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于5G远程通讯的配网差动保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在本发明实施例中提供了一种5G远程通讯的配网差动保护方法，其中差动保护是输入CT(电流互感器)的两端电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件，从而达到保护输入CT两端之间的设备(该设备可以是线路、发电机、电动机、变压器等电气设备)的目的。差动保护装置将本端采集的电气量通过网络发送给对端设备，同时接收对端发送的数据，并加以比较，判断故障是否在保护范围内，以此可以确定是否启动故障切除。参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种5G远程通讯的配网差动保护系统，在该系统中包括两个5G终端(图1中为5G CPE1和5G CPE2)，保护装置即为差动保护装置，如图1所示保护装置1与5G CPE1连接，保护装置2与5G CPE2连接，5G CPE1通过5G基站对应的5G网络与5G CPE2可以进行数据传输。其中，5G CPE是一种5G终端，可以理解为一种无线转发设备，能够将本地设备的数据通过无线网络发送出现。

参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种基于5G远程通讯的配网差动保护方法的流程示意图，所述方法可以包括以下步骤：

S101、响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与第一终端对应的第一保护装置的通信连接。

第一终端(5G CPE1)和第二终端(5G CPE2)正常工作，通过5G网络给终端分配的IP地址，两个终端之间正常数据通信。为了能够确保两个终端真正地建立了通信连接，可以通过ping(Packet Internet Groper，因特网包探索器)来进行网络连接质量的测试，若测试通过则两个终端可以进行数据传输。

S102、接收第一保护装置发送的报文，判断报文是否为组播报文，如果是，执行S103。

S103、将组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送至所述第二终端。

第一保护装置发送的报文是指将其采集的电气量等信息以报文的形式进行发送。单播是指源主机和目标主机两台主机之间进行的“一对一”的通讯方式，组播也是一种传输方式，允许把所发消息传送给所有可能的目的端中的一个经过选择的子集，即向明确指出的多种地址输送信息，是一种在一个发送者和多个接收者之间进行通信的方法。保护装置通过网线RJ45与终端的LAN(Local Area Network，局域网)连接。

由于目前保护装置之间传递的协议是基于IEC61850的GOOSE和SV协议，是基于二层组播方式的通信。不同组播组不仅组播MAC(Media Access Control)地址相互有区别，同时也携带不同的VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)。因此为了采用5G技术来传递保护装置之间的GOOSE和SV协议数据包，保护装置需要支持TCP/IP协议栈，将组播通信方式修改为基于TCP/IP的单播模式，然后通过5G网络进行数据传输。但是传统的保护装置偏重于计算功能和采集功能，主控单元CPU一般性能比较低，原有保护装置无法直接支持TCP/IP协议栈。因此，在本发明中，保护装置不需要支持TCP/IP协议栈，可以在5G CPE设备端实现将保护装置发送的GOOSE和SV协议报文转换为单播IP包，通过5G网络进行传输，从而实现保护装置的数据收发功能。即当第一终端接收到来自第一保护装置发送的报文后，会判断该报文是否为组播报文，如果是，则将组播报文转换为单播报文后，再发送给对端(即第二终端)。如果接收到的来自第一保护装置的报文为单播报文，则可以直接发送给第二终端。

需要说明的是，为了能够准确地对报文进行传输，在接收到组播报文后需要对其协议格式进行验证，若协议格式正确，则将组播报文通过UDP Socket变成IP单播报文，经由5G空口发送给对端CPE。其中，正确的协议格式为第一终端和第二终端能够进行数据传输的协议格式，如可以判断组播报文是否是0x88ba等，对应的，若不符合该协议，则会丢弃该组播报文不进行传输。

在本发明实施例中第一终端不仅可以将第一保护装置发送的报文传输给第二终端，也可以接收第二终端发送的报文传输给第一保护装置。即该方法还包括：

响应于接收第二终端发送的报文，若所述报文为单播报文，将所述报文发送给第一保护装置。若所述报文为组播报文，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送给所述第一保护装置。

具体的，如图1所示的系统中，保护装置采集的保护数据以5Mbps发送对端保护装置，采用GOOSE(IEC61850中的一种快速报文传输机制)和SV协议，每个包大概300字节左右。保护装置1采样的电气量电流电压数据通过网口发送给5G CPE1，5G CPE1完成将保护装置发的组播包转换成单播的IP包，采用UDP(User Datagram protocol，用户数据报协议)通信，通过5G基站与核心网，发送到5G CPE2，5G CPE2完成将UDP的单播包转换成组播包，然后发送给保护装置2，保护装置完成数据的比较。保护装置2发给保护装置1的数据流向刚好相反，此处不进行赘述。

如图3所示，其示出本发明实施例提供的一种保护装置发送的数据流的示意图，图3说明了保护装置1如何通过5G网络将数据包发送给保护装置2。

在图3中，保护装置1发送的组播报文包括“01-0c-cd-04-aa-01”、“00-53-46-01-08-01”和“Payload(Len＝240B)”。5G CPE1接收到的组播报文与保护装置1发送的一样，即“01-0c-cd-04-aa-01”、“00-53-46-01-08-01”和“Payload(Len＝240B)”。然后5G CPE1对接收到的组播报文进行转换得到单播报文后发出，即其转换后得到的信息为“以太网头(14B)”、“IP头(20B)”、“UDP头(8B)”以及“01-0c-cd-04-aa-01”、“00-53-46-01-08-01”和“Payload(Len＝240B)”，然后5G CPE1通过空口发送给5G CPE2，5G CPE2接收到的与5GCPE1发送的信息相同，5G CPE2对接收到的单播报文进行转换的，得到组播报文“01-0c-cd-04-aa-01”、“00-53-46-01-08-01”和“Payload(Len＝240B)”，然后将其发送给保护装置2。

参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种终端的控制流程图。该流程可以包括以下内容：

(1)、5G CPE1和CPE2正常工作，通过5G网络，获取5G网络给终端分配的IP地址，两个CPE之间能正常数据通信，能互相检验是否连通。

(2)、保护装置通过网线RJ45口与CPE的LAN连接。

(3)、通过近端工具给CPE配置对端CPE的IP地址，其中，极端工具是通过web界面登陆到CPE上，将对端的CPE IP地址配置给本CPE。

(4)、CPE应用程序创建Raw Socket用于与保护装置通信，创建UDP Socket与对端CPE进行通信。

(5)、接收来自保护装置的报文，并进行判断，如果是IP包，则说明保护装置支持TCP/IP协议栈，支持IP单播报文，不需要CPE完成组播包与单播包的转换功能，程序退出，否则程序继续进行。

(6)、CPE通过Raw Scoket接收来自保护装置的数据包，并对数据包格式进行判断，如果是组播包，协议格式正确，则将包通过UDP Socket，变成IP单播报文，经由5G空口发送给对端CPE。

(7)、CPE通过UDP Socket接收来自端CPE的IP报文，并对数据包协议格式进行判断，如果正确，则通过Raw Socket将组播包发送给保护装置。

(8)、保护装置完成对数据的收发和判断。

其中，Raw Socket中文叫原始套接字，它和其他的套接字的不同之处在于它工作在网络层或数据链路层，而其他类型的套接字工作在传输层，只能进行传输层数据操作。传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP(User Datagramprotocol)。Socket(套接字)是进程间通信的一种方式，它与其他进程间通信的一个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于Socket来完成通信的。如图5所示，其示出了图4中对应传输的数据格式的示意图。

本发明实施例中基于5G无线通信实现电力配网差动业务通信的方法，充分利用5G低时延、高可靠和安全技术特性，可在较低的成本投入下，让差动保护业务在电力配网规模应用称为一种可能。通过Raw Socket和UDP Socket软件实现将保护装置组播报文转换成IP单播报文，从而实现保护装置组播报文的收发。通过该方法，现有保护装置不需要支持TCP/IP协议栈，不需要进行技术升级。根据保护装置发送的报文进行判断，如果保护装置本身支持TCP/IP协议栈，则不启动此功能，能自适应不同能力的保护装置。

在本发明实施例中还提供了一种基于5G远程通讯的配网差动保护装置，应用于5G通讯系统的第一终端，参见图6，所述装置包括：

创建单元10，用于响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与所述第一终端对应的第一保护装置的通信连接；

判断单元20，用于接收所述第一保护装置发送的报文，判断所述报文是否为组播报文；

发送单元30，用于如果是，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述发送单元还用于：

若所述报文为单播报文，将所述单播报文发送至所述第二终端。

可选地，所述发送单元具体用于：

判断所述组播报文的通信协议是否正确，如果是，将所述组播报文转换为单播报文。

可选地，所述装置还包括：

接收单元，用于接收第二终端发送的报文，若所述报文为单播报文，将所述报文发送给第一保护装置；若所述报文为组播报文，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送给所述第一保护装置。

本发明实施例提供了一种基于5G远程通讯的配网差动保护装置，应用于5G通讯系统的第一终端，响应于建立与第二终端的5G网络连接，创建与所述第一终端对应的第一保护装置的通信连接；接收所述第一保护装置发送的报文，判断所述报文是否为组播报文；如果是，将所述组播报文转换为单播报文，并将所述单播报文发送至所述第二终端。本发明利用5G低时延、高可靠和安全技术特征，在较低成本下，让差动保护业务在电力配网规模应用成为可能。

本发明实施例还提供了一种基于5G远程通讯的配网差动保护系统，所述系统包括：第一保护装置、第一终端、5G基站、第二终端、第二保护装置，其中，所述第一终端用于执行如上任意一项所述的基于5G远程通讯的配网差动保护方法；

所述第一保护装置，用于将报文传输给所述第一终端，或者接收所述第一终端发送的报文；

所述第二终端，用于接收所述第一终端通过所述5G基站发送的报文，并将所述报文传输给所述第二保护装置；

所述第二保护装置，用于接收所述第二终端发送的报文，或者将报文传输给所述第二终端。

该系统的各个装置及终端的数据处理过程请参见前述实施例，此处不进行详述。

基于前述实施例，本申请的实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，该一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一项的基于5G远程通讯的配网差动保护方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现的基于5G远程通讯的配网差动保护方法的步骤。

需要说明的是，上述处理器或CPU可以为特定用途集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、数字信号处理装置(Digital Signal Processing Device，DSPD)、可编程逻辑装置(Programmable Logic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种。可以理解地，实现上述处理器功能的电子器件还可以为其它，本申请实施例不作具体限定。

需要说明的是，上述计算机存储介质/存储器可以是只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、磁性随机存取存储器(Ferromagnetic Random Access Memory，FRAM)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种终端，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。