5G通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

申小霜 國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司

近年來(lái)，電網(wǎng)通信一直以光纖網(wǎng)絡(luò)為主，然而城市配電網(wǎng)光纖通道建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高，且難以解決配電網(wǎng)點(diǎn)無(wú)光纖覆蓋的保護(hù)配置問(wèn)題，已經(jīng)成為配電網(wǎng)故障快速處理技術(shù)在推廣過(guò)程中的主要影響因素。隨著以5G為代表的新型通信技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，特別是在高帶寬、低時(shí)延方面的突破，可通過(guò)增加信息量?jī)?yōu)化配電網(wǎng)保護(hù)原理，提升配電網(wǎng)保護(hù)的動(dòng)作性能。

一、通信方案

5G通信技術(shù)是在4G通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的通信技術(shù)，與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度大幅度提升。4G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸峰值為150Mb/s，而5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為15Gb/s，與此同時(shí)，5G通信技術(shù)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)進(jìn)行有效的控制。由于5G技術(shù)具備超低時(shí)延、超高帶寬、更高移動(dòng)速率以及海量接入的優(yōu)勢(shì)性能，4G無(wú)法承載的時(shí)延敏感及大帶寬業(yè)務(wù)將通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)承載應(yīng)用，根據(jù)ITU的正式定義，5G有3個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）、mMTC（大連接物聯(lián)網(wǎng)）、uRLLC（低時(shí)延和高可靠通信），可有效滿足用戶對(duì)于大連接、大流量及低時(shí)延的基本需求。

二、5G通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

5G標(biāo)準(zhǔn)面向不同的需求場(chǎng)景，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的安全性、移動(dòng)性、時(shí)延和可靠性的要求是不一樣的，因此需要采用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將一張物理網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)切片資源面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求，邏輯上進(jìn)行隔離，相互獨(dú)立。針對(duì)電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景需求，網(wǎng)絡(luò)切片不僅有助于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隔離，還有助于提升數(shù)據(jù)的安全性，相對(duì)無(wú)線公網(wǎng)的“軟”切片，可以采取更嚴(yán)格的“硬”切片技術(shù)，這樣不僅要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，而且要求對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行更精準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)，所以從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)到端到端不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，從無(wú)線頻率的規(guī)劃使用到核心網(wǎng)的分區(qū)而治，從通道隔離到處理板的分工，均需要詳細(xì)設(shè)計(jì)。安全隔離設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則，基站應(yīng)通過(guò)獨(dú)立的時(shí)頻資源、基站傳輸單板/端口為特定業(yè)務(wù)提供專線通道，滿足不同安全大區(qū)業(yè)務(wù)物理隔離的要求。

（二）規(guī)劃5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布式基站

在分布式基站的基礎(chǔ)上規(guī)劃5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)設(shè)計(jì)基本的規(guī)劃方案，該計(jì)劃方案主要指的是通過(guò)利用射頻處理單元和基帶處理單元對(duì)網(wǎng)絡(luò)基站模式進(jìn)行構(gòu)建，從而為5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作奠定基礎(chǔ)。在分布式基站基本規(guī)劃方案中，主要是將基帶處理單元設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)部，將射頻處理單元設(shè)置在機(jī)房外部，這里需要注意的是，射頻處理單元要在覆蓋區(qū)域內(nèi)，進(jìn)而能夠通過(guò)鐵塔以及天面等保證射頻處理單元的穩(wěn)定運(yùn)作。通過(guò)這種布置方式，能夠使射頻處理單元能夠統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)射頻濾波與放大，還能夠進(jìn)行變頻處理，并且，通過(guò)設(shè)置饋線還能夠與天線進(jìn)行連接。這意味著，相較于其他基站，通過(guò)按照該方法建設(shè)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠有效提升分布式基站對(duì)頻譜的利用效率，從而達(dá)到高頻譜的利用目的。通過(guò)將基帶處理單元統(tǒng)一放置在機(jī)房?jī)?nèi)部，能夠有效實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸、處理基帶信號(hào)以及主控信號(hào)等功能。但是，該設(shè)置方案具有兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是：在將射頻處理單元設(shè)置在機(jī)房外部、將基帶處理單元設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)部，運(yùn)維成本得到了增加，且需要較強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)管控能力；第二個(gè)問(wèn)題是：給信息數(shù)據(jù)的傳輸接入方面提出了更高的要求。這主要是因?yàn)?G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同于3G和4G，該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)帶寬和容量具有更高的要求，這造成在以分布式基站為基礎(chǔ)構(gòu)建5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)信息數(shù)據(jù)的傳輸管道的性能提出了更高的要求。

（三）網(wǎng)絡(luò)切片管理

網(wǎng)絡(luò)切片管理應(yīng)該考慮本行業(yè)的終端和服務(wù)器系統(tǒng)，針對(duì)分布式電源調(diào)控進(jìn)行調(diào)整。可以應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化管理機(jī)制（MANO）提供管理方式，如虛擬資源的分配、上報(bào)和硬件故障報(bào)警等。網(wǎng)絡(luò)切片管理由業(yè)務(wù)管理層、切片管理層和切片子網(wǎng)管理層組成。網(wǎng)絡(luò)切片管理還將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化所需操作，包括電力業(yè)務(wù)通訊頂層設(shè)計(jì)、工作票準(zhǔn)備、網(wǎng)絡(luò)配置、保護(hù)激活、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)上傳報(bào)告、參數(shù)修改以及工作終止等業(yè)務(wù)操作，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)全生命周期管理。

（四）安全性分析根據(jù)相關(guān)分析

基站服務(wù)中斷現(xiàn)象中，50%與電源室相關(guān)的。對(duì)于2G、3G語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的移動(dòng)通信系統(tǒng)，小范圍的網(wǎng)絡(luò)中斷，影響的僅僅是語(yǔ)音業(yè)務(wù)或者少量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，相對(duì)屬于可控范圍之內(nèi)；5G業(yè)務(wù)面對(duì)eMBB（移動(dòng)增強(qiáng)寬帶）、mMTC（海量物聯(lián)）和uRLLC（高可靠低時(shí)延連接）三大應(yīng)用場(chǎng)景，一旦電源中斷，將導(dǎo)致移動(dòng)支付、虛擬技術(shù)、人工智能等等萬(wàn)物互連的影響，將大面積影響工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活等等嚴(yán)重社會(huì)后果，帶來(lái)的損失將無(wú)法估量。因此，5G基站建設(shè)中的電源安全可靠性，將是重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素之一。

三、結(jié)束語(yǔ)

基站電源等基礎(chǔ)設(shè)施的配置，是電源新設(shè)備技術(shù)應(yīng)用的重要?jiǎng)?chuàng)新延伸。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，需要大規(guī)模的基站網(wǎng)絡(luò)部署，以滿足高頻率通信、大容量接入和高速率移動(dòng)需求。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、分布式基站、安全性等基礎(chǔ)設(shè)施上做好規(guī)劃和創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用，是當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)，也是取得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要手段，我們有責(zé)任有義務(wù)做好這項(xiàng)基礎(chǔ)工作，以促進(jìn)5G通信在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。