带授时功能的5G能源互联网网关及所组网络的工作方法

带授时功能的5g能源互联网网关及所组网络的工作方法
技术领域
1.本发明属于电力、通信技术领域，尤其涉及一种带授时功能的5g能源互联网网关及所组网络的工作方法。


背景技术：

2.通信系统作为电力的三次设备，主要是保证一次设备和二次设备的安全可靠运行。通信系统除了实现远程人与人之间的语言交流外，另一个功能就是保证电网所有设备的信号及时传输并判断设备是否正常，如有异常可立即启动保护装置，切断故障，恢复正常的电网运行。当前电力通信设施由通信设备、架空线路、入地光纤等设备设施组成电力通信网络，遍布站房内外、架空入地，需要基于智能化的视频图像识别监视技术的高宽带、低时延的通信网络。未来可能实施的无人机巡线、移动智能穿戴的多媒体交互巡查等装备的移动、宽带、低时延的应用，也对通信网络提出了高带宽、低时延、大容量的通信网络要求。
3.当前智能电网在综合自动化设备、自动保护设备等自控、遥控设备的用量不断加大，电网在发电、输电、配电等领域，对全网时间同步精度、安全性、稳定性、可靠性等性能提出越来越高的要求。
4.目前现有变电站和中心站一般采用独立的授时装置(电力同步钟)进行授时。现有的电力同步钟功能单一，只具备单一的授时功能，授时精度无法监测和保证，以gps/北斗为参考信号源，在gps/北斗信号受到干扰的区域，容易引起授时时间异常，可靠性不高。电网的授时由各站点分散提供、开环运行，全网时间无法统一，无法抵御空间干扰，严重制约了智能电网发展。
5.此外，对基于分布式清洁能源发电的微电网而言，各设备在空间上分散，时间上又需要统一协调工作，如果采用与传统配电网类似的专用通讯网络和独立授时装置，在成本和实施上都带来比较大的代价。


技术实现要素：

6.有鉴于此，为了填补现有技术的空白，克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种带授时功能的5g能源互联网网关及所组网络的工作方法，同时解决了分布式微电网的低时延通讯和高精度授时问题，具有成本低，安装实施便捷的优点。
7.其核心设计要旨在于与5g基站建立连接，并在硬件上集成有授时信号输出模块，使网关可以利用5g的高精度授时从5g基站直接对能源互联网设备进行授时，以满足于分布式清洁能源发电的微电网的基本同步要求。
8.本发明具体采用以下技术方案：一种带授时功能的5g能源互联网网关，其特征在于，包括：中央处理器、以及分别连接中央处理器的5g通信模块、授时信号输出模块和协议转换模块；所述5g通信模块用于连接5g基站；所述协议转换模块用于通过能源互联网设备对应的接口与能源互联网设备构成连接；所述授时信号输出模块与能源互联网设备连接用于输出时基信号，其时基信号直
接来源于5g基站，网关在此处起到信号中转的作用。
9.进一步地，所述协议转换模块连接有：iic接口和/或spi接口和/或rs232总线和/或rs485总线和/或can总线和/或modbus总线和/或lora模块和/或zigbee模块和/或wi-fi模块和/或gprs模块，用以适配不同类型的能源互联网设备，可以根据实际需要增加或者删减。
10.进一步地，所述中央处理器还连接有i/o接口，用于连接传感器和继电器。
11.进一步地，所述中央处理器还连接有视频接口，用于连接摄像头。
12.进一步地，所述中央处理器还通过gps/北斗卫星系统接口连接有卫星定位系统，作为备用的时基信号获取通道，在5g基站失去连接的情况下可以其冗灾的作用。
13.以及，提供网关所组网络的工作方法，其特征在于：所述能源互联网设备经网关和5g基站连接能源互联网云端；由所述能源互联网设备将设备状态信息发送至协议转接模块，协议转接模块将信息转换协议后发送至中央处理器，中央处理器再将信息发送至5g通讯模块，信息经5g基站上传至能源互联网云端，用户可在云端对设备状态数据进行监控与处理；用户控制指令通过能源互联网云端进行下发，经5g基站发送，5g通讯模块接收后发送至中央处理器，中央处理器根据控制指令的不同，控制i/o口或将控制指令发送至协议转接模块，并将控制指令转换协议后与授时信号一同发送至能源互联网终端设备，以保证各终端设备在时间上统一协调工作。
14.进一步地，高清摄像头采集的图像信号实时传输至网关；设备状态与图像信号经网关发送至5g基站后，上传至能源互联网云端，用户可对能源互联网设备状态进行实时监控，并对状态数据进行分析处理，进而下发新的控制指令。
15.进一步地，网关将包括无线和有线的不同通讯形式和包括modbus和profibus的不同通讯协议的设备层，经过协议转换，成为标准统一的协议，以便于云端的数据汇集和处理。
16.进一步地，包括以下步骤：步骤s1：网关系统初始化，对协议转换模块与5g通讯模块进行初始化；步骤s2：网关对云端控制指令进行检测；步骤s3：网关接收到云端下达的控制指令后，判断该命令是否需要进行协议转接；步骤s4：若该控制指令无需进行协议转接，则中央处理器根据控制指令直接控制进行工作；步骤s5：若该指令需要进行协议转接，则该指令经协议转接模块处理后，与授时信号一起下发至能源互联网终端设备；步骤s6：能源互联网终端设备接收到控制指令后开始工作，并上传设备状态信息；步骤s7：设备状态信息由协议转接模块处理后，发送至5g通讯模块，再上传至能源互联网云端。
17.与现有技术相比，本发明及其优选方案通过在网关的信号通道上增加授时信号输出模块以利用5g的高精度授时功能，取代电力系统中常用的电力同步钟与gps/北斗卫星授时具有如下优势：1、无需布线即可满足时钟误差要求极低的高精度时钟同步，大大节约了架设光纤线路的成本。
18.2、由于5g基站部署位置灵活，可确保通信信号与授时信号无缝覆盖，相较于gps/北斗卫星授时信号覆盖更好，并且不易受天气和环境影响。
19.3、将授时模块与网关固有的通信模块进行连接结合，使用一套设备即可完成高精度授时功能与能源互联网设备通信功能，大大降低了设备成本。
20.4、可根据实际设备需要转接多种通信协议，极大地降低了开发和应用的难度，提高了系统的可扩展性和可维护性。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1为本发明实施例带授时功能的5g能源互联网网关结构示意图；图2为本发明实施例带授时功能的5g能源互联网网关所组网络工作流程示意图；图3为本发明实施例带授时功能的5g能源互联网网关主要工作过程示意图。
具体实施方式
22.为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：如图1所示，本实施例提供的带授时功能的5g能源互联网网关的硬件结构包括：包括中央处理器、5g通信模块、授时信号输出模块、协议转换模块、i/o接口、视频接口、千兆网口。
23.其中，授时信号输出模块通过高精度授时信号接口连接至能源互联网设备，从而实现将5g基站的高精度时基信号提供给能源互联网设备，起时基信号中转的作用；同时，协议转换模块可根据能源互联网设备的不同需求，与iic接口、spi接口、rs232总线、rs485总线、can总线、modbus总线、lora、zigbee、wi-fi等不同模块相连接，中央处理器可通过协议转接模块与上述模块进行通信，实现与不同协议的设备进行通信；以上构造使授时和基本的通信功能均在网关上实现。
24.此外，提供i/o接口可读取传感器信号并控制继电器等模块，后续可以搭配控制策略实现对能源互联网尤其是分布式微电网中的设备进行控制；视频接口可连接高清摄像头并实时传输高清图像，对能源互联网设备状态进行实时监控，后续可以搭配识别方案可对视频信号进行图像识别，对设备故障进行诊断；gps/北斗卫星系统接口可连接卫星定位系统，精确地获取设备的定位信息，同时设备可以从卫星上获取标准的时间信号。
25.如图2所示，本实施例带授时功能的5g能源互联网网关所组网络工作流程如下：步骤s1：网关系统初始化，对协议转换模块与5g通讯模块进行初始化；步骤s2：网关对云端控制指令进行检测；步骤s3：网关接收到云端下达的控制指令后，判断该命令是否需要进行协议转接；步骤s4：若该控制指令无需进行协议转接，则中央处理器根据控制指令直接控制控制继电器等模块进行工作；步骤s5：若该指令需要进行协议转接，则该指令经协议转接模块处理后，与授时信号一起下发至能源互联网终端设备；步骤s6：能源互联网终端设备接收到控制指令后开始工作，并上传设备状态信息；步骤s7：设备状态信息由协议转接模块处理后，发送至5g通讯模块，再上传至能源
互联网云端。
26.如图3所示，用户可以通过能源互联网云端，对设备发出控制指令，以及接收指令：（1）控制指令下发：用户通过能源互联网云端，对设备发出控制指令，控制指令经过5g基站发出，本发明网关接收到控制指令后，由协议转接模块对指令进行处理，随后将控制指令发送至能源互联网终端设备，同时授时信号也一并发送至该终端设备，保证终端设备实现同步与高效运行。
27.（2）设备状态上传：能源互联网设备状态信息与时钟同步信号经协议转接模块处理后，发送至本发明网关，同时高清摄像头采集的图像信号也实时传输至本发明网关。设备状态与图像信号经网关发送至5g基站后，上传至能源互联网云端，用户可对能源互联网设备状态进行实时监控，并对状态数据进行分析处理，进而下发新的控制指令。
28.本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的带授时功能的5g能源互联网网关及所组网络的工作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。