5G時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的采用

劉 偉，孫 萍

（1.山東舜雅電力科技有限公司，濟(jì)南 250101；2.山東澤平信息科技有限公司，濟(jì)南 250100）

作為新興的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為各種物品與網(wǎng)絡(luò)之間架起了互連的橋梁，在電力系統(tǒng)中，電力用戶之間以及電力用戶與電網(wǎng)公司之間的關(guān)系是最為主要的兩種關(guān)系，而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)的融合能夠把它們聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的互聯(lián)，提升了電力系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)效性。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)，電力系統(tǒng)在5G時(shí)代下就必須利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進(jìn)電力系統(tǒng)從傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)多元化的發(fā)展，從而更好的滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

1 5G時(shí)代與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)又可以被稱作傳感網(wǎng)，通過(guò)將各種傳感芯片嵌入物體，并借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)物體的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，使得萬(wàn)物互聯(lián)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和推廣需要兩個(gè)重要的條件：首先，要擁有網(wǎng)絡(luò)覆蓋支持的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)體系，自從我國(guó)2013年底正式啟動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起，在eMTC等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，滿足了市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)可靠性和低速低功耗的需求；其次，物聯(lián)網(wǎng)要具有較高的安全性。移動(dòng)通信系統(tǒng)由于QOS的安全保障機(jī)制，以及通訊行業(yè)安全機(jī)制的安全性要求，從而為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了安全性保障，也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速的規(guī)模化發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)也逐漸從4G技術(shù)逐漸走向5G技術(shù)，預(yù)計(jì)到2020年5G通信系統(tǒng)將正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。與當(dāng)前的4G技術(shù)相比，5G技術(shù)擁有更低的延時(shí)性、高容量性，能夠連接千億級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，這為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，這主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

首先，由于5G通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將超過(guò)當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)的百倍以上，大大較少了各種移動(dòng)終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互所學(xué)的時(shí)間，使得各種移動(dòng)終端由現(xiàn)在的控制信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣男畔⒔换ィ沟梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)不再桎梏與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的限制。

其次，5G通信網(wǎng)絡(luò)不但能夠支持各種終端設(shè)備的直接互聯(lián)以及高頻段的數(shù)據(jù)互動(dòng)，還具備了多天線傳輸?shù)认冗M(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這不但轉(zhuǎn)變了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)，還能夠?qū)崿F(xiàn)終端通信方式的多元化。在5G時(shí)代下，物聯(lián)網(wǎng)將擁有更廣闊的覆蓋面積以及更多的頻段，還能夠?qū)崿F(xiàn)終端通訊模塊的小型化、微型化。

最后，隨著5G通訊技術(shù)的即將到來(lái)，為人工智能、智能導(dǎo)航、無(wú)人堅(jiān)實(shí)等新興技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供了網(wǎng)絡(luò)支持。在當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)上所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，也能夠在5G網(wǎng)絡(luò)中逐步得以實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能和應(yīng)用的發(fā)展和創(chuàng)新。

2 5G時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的采用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中應(yīng)用

隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的即將到來(lái)，有力推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。由于5G技術(shù)擁有十倍于4G技術(shù)的數(shù)據(jù)交換和傳播速度，并具有超大容量和低時(shí)延等特點(diǎn)，提高了信息交換的時(shí)效性。風(fēng)力發(fā)電雖然屬于綠色清潔的能源，但是由于其發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益較低，造成大量電力資源的浪費(fèi)和發(fā)電廠的虧損，通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造，能夠通過(guò)各種內(nèi)嵌傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)天氣和風(fēng)力的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的測(cè)量和分析（如圖一），并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果而只能操控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，降低風(fēng)力發(fā)電的成本支出，從而能夠較好的處理?xiàng)夛L(fēng)限電的問(wèn)題。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)中應(yīng)用

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站的智能化操作，使得變電站在各種內(nèi)嵌傳感器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流的信息數(shù)據(jù)采集以及智能測(cè)量和轉(zhuǎn)換，從而降低人工成本的支出。在變電站的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)其做定期檢修，以確保變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的遙感監(jiān)測(cè)和5G網(wǎng)絡(luò)的低延時(shí)、高速率優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，相關(guān)檢修人員通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，安排變電站的檢修計(jì)劃。通過(guò)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的融合，不但實(shí)現(xiàn)了變電站的實(shí)時(shí)檢測(cè)，還提高了檢修的時(shí)效，確保了變電站的正常運(yùn)行。另外，在對(duì)地下電纜進(jìn)行檢修時(shí)，可將傳感器內(nèi)嵌到地下電纜中，然后通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)聯(lián)電纜的即時(shí)監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給檢修部門進(jìn)行分析、判斷和決策（如圖二）。在5G技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站和地下電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)有效的排除生產(chǎn)安全隱患，確保了變電系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)輸配電環(huán)節(jié)中應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的輸配電環(huán)節(jié)，智能傳感器能夠把輸配電線路出現(xiàn)的故障及意外情況即時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)對(duì)輸電線路進(jìn)行故障分析和排除，從而做到故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決，從而實(shí)現(xiàn)了輸配電系統(tǒng)的優(yōu)化配置。另外，監(jiān)測(cè)部門還能夠使用無(wú)人機(jī)載傳感器來(lái)巡檢區(qū)域內(nèi)的輸電線路，并通過(guò)機(jī)載攝像機(jī)對(duì)線路的故障問(wèn)題進(jìn)行攝錄，從而為監(jiān)測(cè)人員提供線路故障的高清數(shù)據(jù)。由于5G技術(shù)的高帶寬、低延時(shí)等特點(diǎn)，大大提高了故障影像的傳輸速率，能夠讓監(jiān)測(cè)部門及時(shí)掌握故障問(wèn)題，從而確保輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)﹄娏τ脩舻挠秒姽β蔬M(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，從而對(duì)電力輸送進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置，提高電能的利用率，評(píng)估配電的風(fēng)險(xiǎn)，提高配電系統(tǒng)的傳送效率。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)用電環(huán)節(jié)中應(yīng)用

在5G技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在電力系統(tǒng)的用電環(huán)節(jié)起到了積極的作用。通過(guò)傳感器測(cè)量技術(shù)的廣泛使用，能夠?qū)υ诰W(wǎng)的每一位電力用戶及電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)信息的雙向互動(dòng)。具體而言，就是在各種用電設(shè)備中嵌入傳感芯片，通過(guò)用電設(shè)備運(yùn)行規(guī)律來(lái)達(dá)到節(jié)能省電的目的，當(dāng)監(jiān)測(cè)到屋里無(wú)人時(shí)實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)與電力價(jià)格信息的關(guān)聯(lián)，并以此來(lái)優(yōu)化配置用電設(shè)備，為電力用戶節(jié)省用電支出。在電力計(jì)量計(jì)費(fèi)等環(huán)節(jié)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電表的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、抄送，并從相應(yīng)電力用戶電費(fèi)賬戶中自動(dòng)收繳，這樣不但節(jié)省了人工抄表的成本支出，還降低了人工操作失誤所造成的問(wèn)題概率。另外，還可以通過(guò)用電數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，避免電力偷竊行為的發(fā)生。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)急通信環(huán)節(jié)中應(yīng)用

電力系統(tǒng)的“發(fā)輸配用”涉及到較多的環(huán)節(jié)范圍，以及各種類型、數(shù)量繁多的終端設(shè)備，每時(shí)每刻都有可能出現(xiàn)安全事故，為此必須要建立其高效運(yùn)轉(zhuǎn)的應(yīng)急通信保障系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的應(yīng)急保障工作中，搶險(xiǎn)檢修人員只用在事故發(fā)生后才能趕赴現(xiàn)場(chǎng)，并檢查故障源并上報(bào)指揮中心，然后由指揮中心制定應(yīng)急方案來(lái)處理事故，這就難免造成大量時(shí)間的浪費(fèi)。通過(guò)5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，可以大幅提高事故搶險(xiǎn)的時(shí)效性，減少指揮調(diào)度中的工作量。通過(guò)內(nèi)嵌在電力設(shè)備中的各種傳感器，能夠智能監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行以及各種電力終端設(shè)備的運(yùn)作情況。當(dāng)出現(xiàn)電力事故時(shí)，傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)并精準(zhǔn)定位故障源，并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到指揮調(diào)度中心，從而讓檢修人員可以做好搶險(xiǎn)準(zhǔn)備工作，提升了事故處理的時(shí)效性。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之。5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效保障電力系統(tǒng)的“發(fā)輸配用”環(huán)節(jié)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不但在電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行中起到積極作用，還改進(jìn)和完善了電力通信系統(tǒng)，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和管理優(yōu)化，提升了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為電力用戶的安全用電提供有力保障。