一种用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法及系统与流程

1.本发明主要涉及到技术领域，特指一种用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法及系统，这是一种基于openvpn远距离无线通讯方法及装置。


背景技术：

2.随着电力机车技术的不断发展，现有大功率交流传动电力机车与高速动车组均已采用具有调速范围大、防滑性能好、有效减少闸瓦与轮缘摩擦等优点的再生制动方式，其能够将制动时产生的动能转化为电能并通过传动系统反馈至牵引供电系统从而大幅节约电能。
3.但由于目前我国的电气化铁路采用单相分段供电方式，为避免相间短路或者环流的发生，牵引供电系统在变电所之间设置了电分相，分区所两边供电臂之间相互独立不连通，导致不同变电所供电区间内的再生制动能量不能相互利用。
4.现有技术中，有从业者通过在两个变电所之间装设一套再生制动能量调度装置，在两个变电所分别装设控制单元对其牵引和制动能量详细情况进行检测并与能量利用装置进行实时通讯，即可实现两个变电所之间制动能量的相互流通，从而实现两侧变电所再生制动能量的利用率实现最大化。
5.目前在铁路供电系统中通常采用的通讯方式为布置远距离光纤的方法。但是，通常两个变电站与中间分区所的距离一般在数十到100km，如果通过假设光纤或者以太网的方式将带来相当大的硬件成本，由此可见，这种方案虽然能够保证两侧变电所与分区所之间的通讯速率满足线路能量调度的要求，但是存在成本过于昂贵的缺点，并且在对既有设备进行改造的场合，在前期施工期间如果未预布置光纤，还存在重新施工架设光纤的费用，其成本远超光纤造价本身。
6.通过总结，发现上述现有技术存在以下技术不足：
7.(1)大部分铁路供电应用场合，两侧变电所与分区所的距离都在几十到百公里之间，长距离的光纤带来较高的物料成本。
8.(2)对于改造项目，在前期施工期间如果未预布置光纤，还存在重新施工架设光纤的费用，其成本远超光纤造价本身，并且组网方式在完成施工后即固化，后期无法灵活更改。
9.为此，需要寻找其他的方案来寻求通讯速率与成本上的最优解。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、能够提高灵活性的用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法及系统。
11.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
12.一种用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法，其包括：
13.利用移动通信基站，让分区所与若干个变电所之间建立远程通讯；
14.变电所电能柜的数据经过远程通讯传输到分区所主控柜，同时变电所电能柜经过远程通讯接受分区所主控柜的相关指令数据，实现变电所与分区所的双向通讯。
15.作为本发明方法的进一步改进：所述变电所内设置有变电所移动通信模块，所述分区所内设置有分区所移动通信模块，所述变电所移动通信模块与分区所移动通信模块之间的通讯协议采用udp协议进行传输。
16.作为本发明方法的进一步改进：所述变电所中电能柜的数据周期性经过远程通信传输给分区所的主控柜。
17.作为本发明方法的进一步改进：所述主控柜进行分析处理后，通过远程通讯发送相关控制指令数据至电能柜，以实现对电能柜的控制。
18.作为本发明方法的进一步改进：所述分区所用来控制相邻的、需要进行能量调度的两个变电所；或者，所述分区所用来对两个以上的、需要进行能量调度的变电所进行综合控制。
19.作为本发明方法的进一步改进：发送方周期性发送数据帧长度固定的udp数据包，接收方通过如下的方式进行处理：
20.通过帧头、帧尾判断应用数据内容的完整性，不满足则舍弃该帧数据；
21.针对udp协议的传输特性，对传输过来的数据包通过数据包序号进行排序；
22.分区所接收数据时，通过识别号来判断数据来源于哪个变电所。
23.作为本发明方法的进一步改进：在远程通讯网络中，每个节点具备诊断当前通信质量的能力，通过节点与节点之间的应用层数据交互，统计分析一段时间内数据的丢失情况，进而推测通信质量；然后，每个节点将自身的通信质量情况通知给应用层，应用层进行通信保护。
24.作为本发明方法的进一步改进：在远程通讯网络中，在远程通讯网络中，有主从两类节点，主节点是通信建立启动方，隶属于分区所能量调度控制中心，负责调度若干个从节点，达到能量分配的作用；从节点是通信接收方，隶属于变电所被控中心，负责接收分区所相关指令，属于被控单元；主节点具备探查子节点的功能，实现子节点自动连接应用网络，实现上线连接；主节点通过固定周期在vpn网络中发送特定格式广播报文，从节点在上线后连接被动接收到主节点的广播报文，接收后发送子节点信息给主节点，主节点接收到子节点信息后，自动分配通信端口进行应用通信。
25.一种用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯系统，其包括：
26.变电所移动通信模块，设置于每一个变电所，用于与就近的移动通信基站进行通讯；
27.分区所移动通信模块，设置于分区所；
28.变电所电能柜的数据经过变电所移动通信模块、分区所移动通信模块传输到分区所主控柜，同时接受分区所主控柜的相关指令数据，实现变电所与分区所的双向通讯。
29.作为本发明系统的进一步改进：所述变电所移动通信模块与分区所移动通信模块之间的通讯协议采用udp协议进行传输。
30.作为本发明系统的进一步改进：所述变电所移动通信模块用来将变电所中电能柜的数据周期性经过分区所移动通信模块传输给分区所移动通信模块。
31.作为本发明系统的进一步改进：所述分区所移动通信模块将数据传输给分区所的主控柜，所述主控柜进行分析处理后，发送相关控制指令数据至变电所移动通信模块；由变电所移动通信模块转给电能柜，以实现对电能柜的控制。
32.作为本发明系统的进一步改进：所述分区所用来控制相邻的、需要进行能量调度的两个变电所；或者，所述分区所用来对两个以上的、需要进行能量调度的变电所进行综合控制。
33.与现有技术相比，本发明的优点就在于：
34.1、本发明的用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法及系统，原理简单、操作简便、能够提高灵活性，直接解决了在进行轨道交通能量调度时分布在较远距离的多个控制设备之间的通讯控制问题，保证了远端控制设备与通讯终端之间的实时通讯时间在100ms左右，满足了系统调度控制的实际需求。
35.2、本发明的用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法及系统，针对分布在较远距离的多个控制设备，进一步解决了长距离有线通讯带来的昂贵物料及施工成本及后期维护费用的问题，并且提供灵活的网络拓扑配置修改空间。且可以根据具体项目使用的需求，灵活配置网络拓扑结构，经过实际项目的使用，数据稳定可靠。
附图说明
36.图1是能量调度系统的原理示意图。
37.图2是能量调度系统的结构组成示意图
38.图3是本发明系统在具体应用实例中的拓扑结构原理示意图。
39.图4是本发明在具体应用实例中的通讯数据帧格式示意图。
具体实施方式
40.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
41.参见图1，为能量调度系统的原理示意图。假设1#牵引变电所β供电臂在某一时段持续存在10mw的牵引负荷，同时2#牵引变电所α供电臂在同一时段持续存在10mw的制动功率。当两个变电所之间不能进行能量调度利用时，1#牵引变电所电表处计量的功率为10mw，并通过时间积分进行电能计费，而2#牵引变电所α供电臂的10mw制动功率持续反送公共电网。按照现有计费规则，未产生任何收益。若在两个变电所之间装设一套再生制动能量利用装置，就能够实现双边再生能量调度。当不考虑传输损耗时，2#牵引变电所α供电臂的10mw制动功率可以直接输送至1#牵引变电所β供电臂，1#牵引变电所电表处计量的功率及电量均为0，满足10mw的牵引负荷需求而未计费。
42.参见图2，为能量调度系统构成示意图。变电所间能量调度系统主要由能量管理装置和能量调度装置两部分构成，能量管理装置属于控制中枢，采集两个变电所的电压和电流等电气信息并按照预定控制逻辑生成调度指令，能量调度装置属于执行机构，接收能量管理装置发送的指令，控制双边变电所之间的能量流动。
43.为实现两侧变电所与中间分区所控制单元之间的毫秒级别通讯，本发明采用了4g或5g远程路由器作为通讯终端，在公网传输的条件下，搭建openvpn(虚拟专用通道)虚拟专网，用以实现两侧变电所控制单元与中间分区所控制单元之间的端到端通讯。
44.本发明的用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯方法，包括：
45.利用移动通信基站，让分区所与若干个变电所之间建立远程通讯；
46.变电所电能柜的数据经过远程通讯传输到分区所主控柜，同时变电所电能柜经过远程通讯接受分区所主控柜的相关指令数据，实现变电所与分区所的双向通讯。
47.在具体应用实例中，变电所内设置有变电所移动通信模块，分区所内设置有分区所移动通信模块，所述变电所移动通信模块与分区所移动通信模块之间的通讯协议采用udp协议进行传输。其中，udp为internet协议集支持的一个无连接的传输协议，该协议成为用户数据报协议。
48.在具体应用实例中，所述变电所中电能柜的功率等数据周期性经过远程通信传输给分区所的主控柜。
49.在具体应用实例中，所述主控柜进行分析处理后，通过远程通讯发送相关控制指令数据至电能柜，以实现对电能柜的控制。
50.在具体应用实例中，所述分区所主要用来控制相邻的、需要进行能量调度的两个变电所。可以理解，也可以对两个以上的、需要进行能量调度的变电所进行综合控制。
51.在具体应用实例中，远程通讯可以根据实际需要来选择，如选择4g或5g格式。为此，分区所移动通信模块和变电所移动通信模块可以配备电信、移动、联通三大运营商数据流量卡。
52.作为较佳应用实例，本发明中发送方周期性发送数据帧长度固定的udp数据包，接收方通过如下的方式进行处理：
53.通过帧头、帧尾判断应用数据内容的完整性，不满足则舍弃该帧数据；
54.针对udp协议的不靠性传输特性，对传输过来的数据包通过数据包序号进行排序；
55.分区所接收数据时，通过识别号来判断数据来源于哪个变电所。
56.如图4所示，为变电所与分区所中移动通信模块所采用的数据通讯协议，其通讯数据帧格式包括：帧头、数据包序号、识别号、数据内容及帧尾。
57.在具体应用实例中，由于远程移动网络通信存在信号强弱问题，为了保证远程数据正常交互。本发明的每个节点具备诊断当前通信质量的能力，通过节点与节点之间的应用层数据交互，统计分析一段时间内数据的丢失情况，进而推测通信质量；然后，每个节点将自身的通信质量情况通知给应用层，应用层进行通信保护；该能力一方面可以进行相关应用保护，另一方面可以帮助部署过程中找到最佳通信位置。
58.进一步，在本发明的远程通信方案中，在远程通讯网络中，有主从两类节点，主节点是通信建立启动方，隶属于分区所能量调度控制中心，负责调度若干个从节点，达到能量分配的作用；从节点是通信接收方，隶属于变电所被控中心，负责接收分区所相关指令，属于被控单元；主节点具备探查子节点的功能，实现子节点自动连接应用网络，实现上线连接。主节点通过固定周期在vpn网络中发送特定格式广播报文，从节点在上线后连接被动接收到主节点的广播报文，接收后发送子节点信息给主节点，主节点接收到子节点信息后，自动分配通信端口进行应用通信。
59.如图3所示，本发明进一步提供一种用于轨道交通能量调度的远距离无线通讯系统，其包括：
60.变电所移动通信模块，设置于每一个变电所，用于与就近的移动通信基站进行通
讯；
61.分区所移动通信模块，设置于分区所；
62.变电所电能柜的数据经过变电所移动通信模块、分区所移动通信模块传输到分区所主控柜，同时接受分区所主控柜的相关指令数据，实现变电所与分区所的双向通讯。
63.在具体应用实例中，所述变电所移动通信模块与分区所移动通信模块之间的通讯协议采用udp协议进行传输。其中，udp为internet协议集支持的一个无连接的传输协议，该协议成为用户数据报协议。
64.在具体应用实例中，所述变电所移动通信模块用来将变电所中电能柜的功率等数据，且周期性经过分区所移动通信模块传输给分区所移动通信模块。
65.在具体应用实例中，所述分区所移动通信模块将数据传输给分区所的主控柜，所述主控柜进行分析处理后，发送相关控制指令数据至变电所移动通信模块；由变电所移动通信模块转给电能柜，以实现对电能柜的控制。
66.在具体应用实例中，所述分区所主要用来控制相邻的、需要进行能量调度的两个变电所。可以理解，也可以对两个以上的、需要进行能量调度的变电所进行综合控制。
67.在具体应用实例中，分区所移动通信模块和变电所移动通信模块可以根据实际需要来选择，如选择4g或5g格式。为此，分区所移动通信模块和变电所移动通信模块可以配备电信、移动、联通三大运营商数据流量卡。
68.综上所述，本发明的方法及系统可以完美应用于铁路供电能量调度场合，以及其他需要使用到远距离通讯的场合，在需要保证通讯稳定性和较高的通讯速率的条件下，能够大大节省施工成本和施工时间。而且，本发明在满足远距离多地控制设备毫秒级别的实时通讯速率以外，还能够极大地减少了通讯方案的成本，并且可以根据具体项目使用的需求，灵活配置网络拓扑结构，经过实际项目的使用，数据稳定可靠。
69.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。