5G網絡切片技術在智能變電站中的應用研究

焦建通 彭丹

摘要：智能電網是智慧能源的基本保障，是推動我國經濟社會協調、可持續發展進程的重要物質基礎;本文通過5G網絡切片技術來研究變電站的智慧化提升。

5G技術“超高帶寬”、“超大規模連接”、“超低時延”的特征契合智能變電站無人機巡檢、高清AI監控和高級計量等新型應用場景;通過研究5G網絡切片技術在智能變電站中的應用，有利于使能更多的智能電網應用創新，從而建設安全、可靠、高效、環保的現代化電網。

關鍵詞：5G;網絡切片;智能變電站

引言：近年來，隨著用電信息采集、分布式能源接入、電動汽車服務等業務快速發展，各類電網設備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發式增長，迫切需要適用于電力行業應用特點的實時、穩定、可靠、高效的新興通信技術及系統支撐，實現智能設備狀態監測和信息收集。5G技術的出現，極大地契合了堅強智能電網的需求，使泛在物聯成為可能，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全、自由的連接，也將驅動更多新的業務場景。

1 5G技術關鍵特性

5G網絡最重要且顯著的特征是它的網絡管理，它使得運營商可以基于單個5G網絡的物理層構造多張虛擬網絡，也稱作“網絡切片”[1]。5G網絡切片提供按需網絡定制，業務隔離和自動化運維。客戶可以通過差異化SLA（Service Level Agreement，服務等級協議）協議，按需定制一張虛擬專屬網絡。以下是5G技術最為顯著的特征，它們都可以應用于智能變電站：

1.1 增強型移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB ）

eMBB聚焦對帶寬有極高需求的業務，該類型網絡切片的特征是其增強型的移動寬帶，用戶平均移動寬帶可達到10Gbit/s，峰值寬帶為20Gbit/s;增強型移動寬帶不僅可將蜂窩網覆蓋至更廣闊的地區，并且可帶來對巨大數據量的處理性能提升，使得數據傳輸更高效，成本更低。

1.2 海量機器類通信/大規模物聯網（Massive Machine Type Communications ，mMTC）

mMTC覆蓋對于聯接密度要求較高的場景，該類型網絡切片支持連接數密度達100萬/平方公里，達4G參考值10倍;這將有效促進物聯網規模的擴大，真正實現“泛在物聯網”的落地并推動更多移動技術的應用用來處理大型物聯網的應用。

1.3 超高可靠超低時延通信 （Ultra-reliable and Low-latency Communications ，uRLLC）

uRLLC聚焦對時延極其敏感的業務，例如自動駕駛/ 輔助駕駛，遠程控制等，滿足人們對于數字化工業的需求;該類型網絡切片空口時延為0.5ms，約為4G參考值的十分之一。

2 5G網絡技術在智能變電站中的應用

2.1 基于無人機的電網智能巡檢

5G無人機可用于站區高空設備巡檢及電力線巡檢;傳統人工巡視檢查線路及設備缺陷的效率較低;另外，輸電鐵塔、導線、絕緣子等設備位處高空，應用無人機巡查，既能避免高空爬塔作業的安全風險，亦可以360°全視角查看設備細節情況，提高巡視質量。當前4G網絡只能支持1K的圖傳，對于某些細節檢查，視頻和圖片的清晰度明顯不足，而5G網絡切片技術可實現上行單用戶體驗速率100Mbps以上，空口時延10ms，將使得實時視頻12更加流暢、更加清晰、巡查效果更優。

5G網絡的大帶寬、低時延實時視頻流回傳至控制中心，融合AI深度學習能力，快速視頻分析實現多手段的目標鎖定及實時跟蹤監控，控制中心能通過5G網絡向無人機飛行控制系統發送控制指令，實現空地巡檢一體化，極大地提升傳統無人機用于巡視和安防等場景的效率。

2.2 5G高清AI攝像頭

5G高清AI攝像頭可回傳4K/8k高清視頻及圖片，具備分區偵測、紅外偵測、勞保識別、非法車輛/人員入侵警示、雙向語音通話等功能。5G技術具有的海量鏈接的特性也進一步擴大了安防監控的范圍，能夠為IT系統上智能安防云端提供更多維、更全面的參考數據。而且，5G的高傳輸率、高寬帶、高可靠的特性，使其以更快的速度為云端提供更加高清的監控數據，從而助力安防云端做出更精確、更有效、更快速的安全防范決策。

2.3 智能電表和智能傳感器等高級計量技術

5G智能電表是智能電網的智能終端，它已經不是傳統意義上的電能表，智能電表除了具備傳統電能表基本用電量的計量功能以外，為了適應智能電網和新能源的使用，它還具有雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能（當前4G電表以數據上行為主、以小時為單位、頻次低、信息粗放）、防竊電功能等智能化的功能，智能電表代表著未來節能型智能電網最終用戶智能化終端的發展方向。

溫濕度傳感器、壓力傳感器、電壓電流傳感器、距離傳感器、紅外傳感器、噪聲傳感器、煙霧粉塵傳感器、傾斜傳感器等已經覆蓋了日常生活各種應用場景的邊邊角角，然而，受限于傳統3G/4G等通信技術的限制，傳感器的應用呈獨立分散和無序的狀態。5G技術的支持海量機器類通信特征可真正實現“萬物互聯”，使企業可充分利用5G帶來的數據改進，并實現實時分析。

3 5G技術應用展望

3.1 “共享鐵塔”

由于5G基站的建設密度要求高，借助共享電力塔等方式增加基站布局十分必要。共享鐵塔即在電力桿塔上加裝通信設備，將光纜、通信基站、移動天線等通信設施附屬在輸電電力桿塔上，使電力通道資源獲得再利用和綜合利用。共享鐵塔不僅充分盤活存量鐵塔資源，實現電力鐵塔功能延伸，而且顯著降低5G基站的建造成本，減少新增通信鐵塔基站占用土地資源及其對環境的影響。

3.2 ?智能分布式配電自動化實現故障毫秒級定位

智能分布式配電自動化是未來配網自動化發展的方向和趨勢之一[2]。其特點在于將原來主站的處理邏輯分布式下沉到智能配電化終端，通過各終端間的對等通信，實現智能判斷、分析、故障定位、故障隔離以及非故障區域供電恢復等操作，從而實現故障處理過程的全自動進行，最大可能地減少故障停電時間和范圍，使配網故障處理時間從分鐘級提高到毫秒級。然而，智能配電化終端的對等通信不僅僅依賴于5G通信技術的進步，還需依賴智能電表、SCADA系統、饋線終端單元以及電子工業等的共同進步來實現。

結論：本文研究了5G“超高帶寬”、“超大規模連接”、“超低時延”三種特征網絡切片技術在智能變電站無人機巡檢、高清AI監控和高級計量等方面的新型應用，有利于全面提升智能電網的運營效率和決策智能化水平等。為“十九大”提出的人民生活更美好、環境更清潔、社會更和諧提供有力支撐;從而推動能源由粗放型管理向精細化轉變，真正實現清潔能源替代和電能替代的核心戰略的落地。

參考文獻：

[1] 王睿，張克落. 5G網絡切片綜述[J]. 南京郵電大學學報（自然科學版），2018，38（5）：19-27

[2]?何富昌.配電自動化在智能電網中的建設研究[J].科技資訊，2019，13（05）：62-65.