一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法及系统与流程

1.本发明涉及电力工程、通信技术领域，特别是涉及用于一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法及系统。


背景技术：

2.随着电力系统的不断发展，规模也越来越大。在电力系统的日常的运行中其可靠性容易受到诸多内外部因素所带来的影响，从而导致各类故障的产生，影响供电的可靠性。在故障发生后，运维人员需要尽早的知晓相关的故障信息，以便快速的采取相应的处理措施。目前，故障信息的获取主要来自变电站内故障录波器，并且采取传统的有线网络向录波主站传输相关信息，运维人员在收集信息时，需要前往主站系统进行数据调阅分析，才能获取相应的故障信息，效率较低。同时，在日常运行中，会产生大量的非故障信息，实际可用数据较少，因此会产生数据的上传量很大且对数据处理有较高的要求。目前采用额结构和方法如图1所示。由录波器主站连接主站端网络设备，并通过远距离光纤，分别连接各个站点的故障录波器。然而当前的结构下主要存在着如下问题：通信结构均采用有线方式连接，站内和主站端均需要布置大量的交换机、路由器设备，需要布置大量的网线和远距离光纤，结构复杂，投资成本高；故障波形采用无差别全部推送，数据流量大，消耗大量的网络资源；且故障信息无法实时推送，需人员前往主站端手动查看，效率低。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种智能故障录波器测试方法”，其公告号cn111610390a；包括以下步骤：将测试主机布置于智能录波器管理单元处，将数据终端布置于一次互感器处；根据变电站一次配电装置布置情况，灵活选择全无线网络或有线无线网络相混合的传输模式；测试主机提供正常运行态及各类故障电流、电压值，并通过无线网络远程控制数据终端的输出；数据终端接收测试主机的电流电压及各种控制指令，对智能录波器各项功能进行测试，并将一次设备开关量信号反馈给测试主机；测试人员通过综合分析录波器和继电保护装置的采集数据，判断各种功能是否正常。该发明将无线收发机的基带部分和中频/射频部分分开设计，可以形成有线、无线不同组合的传输模式，以灵活适应各种结构的变电站。然而该方法仍然将检测到的全部数据均上传至测试主机，大量的非故障数据上传会导致传输速度较慢，而有线的设置仍需要布置交换机、路由器等设备，投资成本高。


技术实现要素：

4.针对现阶段故障数据只能通过有线网络向主站端进行发送并人工解析、且故障波形采用无差别全部推送，数据流量大，消耗大量的网络资源的问题；提供了一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法及系统；采用upf+mec的改进故障信息快速推送组网架构，upf连接故障录波器，通过upf实现故障录波数据的转存，同时在mec部署故障录波器数据计算分析服务，把需要就近访问的业务部署在mec的服务器上，完成了故障录波数据快速传输业务的部署。通过5g网络快速发布故障分析结果，实现电力故障信息收集的智能化，不仅减
少了传统架构里大量交换机、网线、转换设备的部署，节省设备投资费用，还可以实现快速的数据传输服务，为可靠性及安全较高的用户提供优质的通信服务。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，包括：cpe：用于转发站内故障录波数据至upf并接收upf转发报文，并将符合规则的报文转发至故障录波器；upf：用于收集、存储、转发故障录波数据，并按照数据规则筛选数据，收集mec服务的计算策略并转发至主站ap；mec：用于对upf转发的数据进行边缘计算，并根据计算结果与upf进行交互；主站ap：用于接受mec边缘计算分析结果并通过短信服务向用户手机推送故障信息。
6.upf连接故障录波器，通过upf实现故障录波数据的转存，同时在mec部署故障录波器数据计算分析服务，把需要就近访问的业务部署在mec的服务器上，完成了故障录波数据快速传输业务的部署。通过5g网络快速发布故障分析结果，实现电力故障信息收集的智能化，不仅减少了传统架构里大量交换机、网线、转换设备的部署，节省设备投资费用，还可以实现快速的数据传输服务，为可靠性及安全较高的用户提供优质的通信服务。
7.作为优选，包括分别连接upf的主站ap、cpe和mec；所述故障录波器连接cpe；所述cpe接入5g网络，所述upf同样接入5g网络。在整体结构中，cpe相比传统的系统来说，主要实现了录波器与5g网络之间的通信，避免了需要在站内布置有线网络的问题。upf和mec分别布置，分别实现收集存储转发数据和计算分析数据，主站ap主要作为系统管理端，该网络架构布置避免了所有工作均需要在主站系统内进行导致系统长时间高负荷运转的问题。
8.作为优选，所述mec对upf转存的上送的故障波形数据按照应用要求进行计算分析；所述mec根据计算要求对向upf下发远程启动、召唤数据策略并将边缘计算分析结果通过upf向主站ap转发。mec负责对upf转发的数据进行边缘计算，mec可由自行配置服务管理，在mec实现部署故障录波器数据计算分析服务，把需要就近访问的业务部署在mec的服务器上，加快了数据处理速度，再通过5g网络快速发布故障分析结果，实现电力故障信息收集的智能化。
9.作为优选，所述系统正常运行时，故障录波器按照固定的时间频率向主站ap发送报文帧，解决了数据流量无差别推送导致数据流量大的问题，且无差别推送数据时，传输的数据大部分为无用数据的问题，用分频传输的方式可以节省无效数据流量。
10.作为优选，当故障录波启动后，故障录波器产生相应的录波文件，所述故障录波器通过cpe向主站系统传输故障文件；故障文件传输至upf，upf储存故障文件，并按照故障数据规则对故障文件内数据进行分析筛选；将符合故障数据规则的数据转送至mec，mec对upf转发的数据进行边缘计算。当故障录波启动后，产生相应的录波文件，此时系统进入故障数据处理流程，故障录波器主动通过cpe和5g网络向upf传输故障录波数据，由upf作为数据转存中转站，实现数据的分析和发布。从upf开始进行数据的逐步筛选，减少顶层应用服务的计算量，确保实用数据的精确定位分析和计算。
11.一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法，采用上述系统，所述分析过程包括：
步骤s1、故障发生后，故障录波器产生相应的录波文件并生成故障文件，upf接收到波形数据后按照故障数据规则判断数据波形是否为故障波形，如非故障波形，则进行数据保存；如为故障波形，则将数据转送至mec进入分析流程；步骤s2、mec边缘计算服务进入故障分析流程，读取并计算分析录波数据；步骤s3、将分析结果信息由upf转送至主站ap，并完成信息格式的结构化编辑，主站ap通过短信服务向用户手机推送故障信息。
12.故障录波器通过cpe接入5g网络，并传输故障录波的波形数据。
13.故障录波数据从upf开始进行数据的逐步筛选，由mec完成数据计算分析服务，减少顶层应用服务的计算量，确保实用数据的精确定位分析和计算，由故障录波器、cpe、upf、mec等设备组成的以推送故障信息为目的无线网络结构，实现了分布式的数据传输，无需物理网络的建设。
14.作为优选，所述mec的计算分析过程包括：匹配变电站信息，根据故障波形分析匹配故障波形的故障间隔、故障相别、短路电流和故障测距。故障录波数据从upf开始进行数据的逐步筛选，由mec完成数据计算分析服务，减少顶层应用服务，即主站ap的计算量。
15.本发明的有益效果是：1.减少物理设备和物理线路的建设，网络结构简单，大大减少设备投资；2.采用5g upf+mec的 组网架构，充分发挥5g通信的优点，数据传输速度快，提高故障处理反应能力；3.针对数据量大的问题，从upf开始进行数据的逐步筛选，减少顶层应用服务的计算量，确保实用数据的精确定位分析和计算；4.利用短信服务实现故障信息分析并快速推送，使运维人员无需前往主站即可获取故障信息，为故障的快速处理提供保障。
16.5.节省网络通道资源。变电站与主站端无需配置单独通道即可完成数据交互，相比传统模式下如需实现该功能则各系统均需要配置通道，减少了网络通道资源的配置。
附图说明
17.图1为现阶段采用的系统结构图；图2为故障录波信息快速推送系统结构图；图3为分频传输模式框图；图4为故障分析流程图。
具体实施方式
18.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
19.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
20.一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法及系统，以5g网络为基础，采用upf+mec的改进故障信息快速推送组网架构，取代原有的需要大量布置设备、网线和光纤的结构，如图2所示，主要包括：
cpe：主要将站内故障录波数据转发到upf，同时接收upf转发的报文，将符合规则的报文转发给故障录波器。故障录波器通过cpe接入5g网络，并传输故障录波的波形数据。
21.upf：系统通信架构的的核心设备之一。主要负责实现故障录波数据收集、存储、转发，按照数据规则筛选数据，收集mec服务的计算策略，并向ap就地转发。
22.mec：负责对upf转发的数据进行边缘计算，可由自行配置服务管理。主要功能包括：一，对upf转存的上送的故障波形数据按照应用要求进行计算分析；二，根据计算要求对向upf下发远程启动、召唤数据等策略；三，将边缘计算分析结果通过upf向主站ap转发。
23.主站ap：接受mec边缘计算分析结果，通过短信服务向用户手机推送故障信息。
24.在整体结构中，cpe相比传统的系统主要实现了录波器与5g网络之间的通信，避免了需要在站内布置有线网络的问题。
25.upf和mec分别布置，分别实现收集存储转发与计算分析数据的功能，主站ap主要作为系统管理端，避免了所有工作都需要在主站系统内进行，导致系统长时间高负荷运转的问题。
26.为解决数据流量无差别推送，数据流量大，且输送数据中大部分为无用数据的问题，提出一种分频传输的方法。为节省无效数据流量，正常运行时，故障录波器不向5g网络传输数据，仅按照一定的时间频率向主站系统发送报文帧，也就是分频传输。即正常运行状态下，数据采用分频传输的方式，即录波器非启动方式下的稳态数据不进行实时传输，仅以少量的报文进行低频率传输，以测试通信业务的运行状态，避免大量实时数据的流量的产生。其过程如图3所示，通过分频传输确认通信是否正常。
27.当故障录波启动后，产生相应的录波文件，此时进入故障数据处理流程，故障录波器主动通过cpe和5g网络向upf传输故障录波数据，由upf作为数据转存中转站，实现数据的分析和发布。该系统的整体结构如图2所示。
28.当故障录波启动后，产生相应的录波文件，此时故障录波器主动通过cpe接入5g网络向主站系统传输故障文件。数据传输至upf设备，upf设备对收到的数据进行存储，同时，按照故障数据的判断规则对数据进行初步筛选，将符合条件的数据转送至mec服务，mec服务对收到的数据进行计算。
29.整体数据分析流程如图4所示：1）故障发生后，故障录波器生成故障文件，是否故障的判断由故障录波器完成，目前主流录波器均采用在录波文件名后面增加后缀_f的方式以区分故障波形和正常召唤的启动波形。upf接收到波形数据后按照规则初步判断波形是否为故障波形，如仅为常规启动波形则进行数据保存，如为故障波形则将数据转送至mec服务进入分析流程；2）mec边缘计算服务进入故障分析流程后读取并计算分析录波数据，首先完成变电站信息匹配，再根据故障波形分析匹配到故障间隔、故障相别、短路电流、故障测距等信息；3）将分析结果信息由upf转送至主站ap，并完成信息格式的结构化编辑，通过短信的形式发布。
30.本系统由故障录波器、cpe、upf、mec等设备组成的以推送故障信息为目的无线网络结构，实现了分布式的数据传输，无需物理网络的建设。全程通过5g网络服务实现文件、故障信息等相关数据的传输，充分发挥5g通信的优点，数据传输速度快，提高故障处理反应
能力。

技术特征：
1.一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，其特征在于，包括：cpe：用于转发站内故障录波数据至upf并接收upf转发报文，并将符合规则的报文转发至故障录波器；upf：用于收集、存储、转发故障录波数据，并按照数据规则筛选数据，收集mec服务的计算策略并转发至主站ap；mec：用于对upf转发的数据进行边缘计算，并根据计算结果与upf进行交互；主站ap：用于接受mec边缘计算分析结果并通过短信服务向用户手机推送故障信息。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，其特征在于，包括分别连接upf的主站ap、cpe和mec；所述故障录波器连接cpe；所述cpe接入5g网络。3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，其特征在于，所述mec对upf转存的上送的故障波形数据按照应用要求进行计算分析；所述mec根据计算要求对向upf下发远程启动、召唤数据策略并将边缘计算分析结果通过upf向主站ap转发。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，其特征在于，所述系统正常运行时，故障录波器按照固定的时间频率向主站ap发送报文帧。5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送系统，其特征在于，当故障录波启动后，故障录波器产生相应的录波文件，所述故障录波器通过cpe向主站系统传输故障文件；故障文件传输至upf，upf储存故障文件，并按照故障数据规则对故障文件内数据进行分析筛选；将符合故障数据规则的数据转送至mec，mec对upf转发的数据进行边缘计算。6.一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法，采用上述系统，其特征在于，所述分析过程包括：步骤s1、故障发生后，故障录波器产生相应的录波文件并生成故障文件，upf接收到波形数据后按照故障数据规则判断数据波形是否为故障波形，如非故障波形，则进行数据保存；如为故障波形，则将数据转送至mec进入分析流程；步骤s2、mec边缘计算服务进入故障分析流程，读取并计算分析录波数据；步骤s3、将分析结果信息由upf转送至主站ap，并完成信息格式的结构化编辑，主站ap通过短信服务向用户手机推送故障信息。7.根据权利要求6所述的一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法，其特征在于，所述mec的计算分析过程包括：匹配变电站信息，根据故障波形分析匹配故障波形的故障间隔、故障相别、短路电流和故障测距。

技术总结
本发明公开了一种基于边缘计算的改进故障信息快速推送方法及系统；采用UPF+MEC的改进故障信息快速推送组网架构，UPF连接故障录波器，通过UPF实现故障录波数据的转存，同时在MEC部署故障录波器数据计算分析服务，把需要就近访问的业务部署在MEC的服务器上，完成了故障录波数据快速传输业务的部署。通过5G网络快速发布故障分析结果，实现电力故障信息收集的智能化，不仅减少了传统架构里大量交换机、网线、转换设备的部署，节省设备投资费用，还可以实现快速的数据传输服务，为可靠性及安全较高的用户提供优质的通信服务。高的用户提供优质的通信服务。高的用户提供优质的通信服务。


技术研发人员：张磊 杨晓伟 孙求正 严慜 曾蕾 蔡清南 赖旬阳 张霄霄 肖瑶 肖凯文 崔屹 朱晗 周开运 陈英夫 范斯宸 朱开成 钱卓蕾 吴亦乐 朱思宇
受保护的技术使用者：中国电信股份有限公司湖州分公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/22