淺談5G技術對電力業務的影響

王艷艷，張海峰，原義棟

（北京智芯微電子科技有限公司，北京 100029）

2019年，國家電網公司圍繞“三型兩網”世界一流能源互聯網企業建設要求，提出了建設以特高壓電網為骨干網、各級電網協調發展，利用先進的通信技術、信息技術和控制技術，構建信息化、自動化、互動化的泛在電力物聯網的戰略發展目標[1]。要求發、輸、變、配、用和調度等各環節設備實現泛在接入、全程在線，全面感知電網信息和設備狀態，實現能源生產和消費系統的互聯互通、信息數據實時共享[2]。

隨著5G技術的發展，各個行業都在積極探索5G、物聯網、云計算等前沿技術在本行業中的應用，電力領域也開啟了探尋5G技術在電力業務上的應用的可能性。國際標準化組織3GPP定義了5G技術的三大業務應用場景：URLLC指低時延、高可靠連接的業務，eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務，mMTC指大規模物聯網業務，5G的三大典型場景可為電網各類型業務提供支撐。今年6月份，我國首例“特高壓+5G”基站在安徽古泉換流站建成，利用5G技術的低時延、高可靠、大規模接入等特點，實現了變電站內監測監控設備和智能運維設備靈活高效、安全可靠的接入系統。電力5G技術不僅促進了原有電力業務向大帶寬、低時延方向的發展和應用，同時也催生了一系列的電力新業務[3]。

1 電力5G對原有電力業務的提升

5G技術在電力領域的應用，對發電、輸電、變電、配電、用電各環節的業務都有提升[4-5]，電力系統業務結構如圖1所示。

圖1 電力系統業務示意圖

1.1 發電環節業務

實現發電系統協調控制，提高清潔能源的利用率。通過在設備上應用智能傳感設備，全面感知源、網、荷、儲等設備運行、狀態和環境信息，利用智能傳感測量技術和數據挖掘技術分析來優化調度，利用5G技術實現發電廠與用電端低時延、高可靠的協調控制。典型業務場景為風力電廠，借助5G無線專網，調度中心實時掌握風機的出力情況，并實時調整風機出力，確保分布式電源出力在可控范圍之內，避免產生棄風限電現象[6]，提高清潔能源的利用率。

1.2 輸電環節業務

實現輸電線路實時監控，提高輸電線路運行安全。通過在輸電線路上部署智能傳感系統，對輸電線路/鐵塔進行實時監測，利用5G技術將線損、絕緣損壞、故障異常等消息實時反饋給監控中心，實現告警實時抓拍和實時視頻監控，確保輸電線路的安全運行。另外，在5G專網模式下，無人機巡檢輸電線路時可同時搭載高清攝像頭、超聲波測距、紅外感應器等設備進行航拍，無人機可以拍攝和傳輸更多、清晰度更高的圖片和視頻，提升輸電線路巡檢時故障定位的精度和準確度。

1.3 變電環節業務

實現變電站監控和故障預判，提高變電站檢修效率。通過在變電站、配電房等區域安裝高清攝像頭和智能傳感設備，實現自動信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等功能[7]。在變電站帶電檢修方面，通過視頻監控攝像頭，結合人工智能技術，實時監測變電站環境和操作人員狀態變化，利用5G專網和物聯網技術，實現4K高清監控視頻信號的實時回傳，實現變電站內巡檢機器人的遠程監控，實現設備狀態檢測環節和狀態評估環節實時互聯，設備狀態信息可實時反饋給現場檢修人員，實現遠程維護與操作，大大提高檢修效率。

1.4 配電環節業務

實現分布式電源大規模接入，拓展配電自動化應用范圍。通過5G技術為光伏云網中的數據采集、運行監控、電費結算等業務提供大寬帶傳輸通道，滿足不同業務的差異化需求，更加安全高效地實現個性化、智能化的綜合服務。5G技術可有效解決分布式電源的用戶數量多、數據采集難、站點覆蓋廣等問題，實現配電環節業務自動化的全覆蓋、全采集、全費控。河北省淶水縣南郭下村的分布式光伏電站已經通過5G技術成功實現了將電站的發電量、功率、轉化率等信息以100G每秒的速度上傳。

1.5 用電環節業務

實現用電供需端精準匹配，引導用電管理新模式。通過5G技術實現更高頻次的用電信息采集，對用戶用電信息進行實時采集、監控，實現用電信息的計量異常監測、電能質量監測等功能。5G無線專網實現未來新業務帶來用戶用電信息數據實時/準實時上報的新需求，可實時發布用電需求，發布實時電價，實現需求側響應和調節，可實現實時性的雙向互動，引導用戶合理錯峰式用電，達到供需平衡，提高能源輸送和使用效率。

2 電力5G催生的電力新業務

電力5G技術能夠在準負荷控制、移動巡檢、基建工程現場視頻感知、電動汽車充電樁管控、廣告營銷和大數據銷售等業務方面實現突破，并可提供一系列的智能服務。具體表現在：

2.1 智能用電精準負荷控制業務

利用電力5G網絡的URLLC低時延、高可靠連接場景，通過提高現網監測信息的采集頻度和對用戶用電狀態進行實時監測，實現對電網資源、負荷的精準控制。例如，在智能家居方面，電力5G網絡實現用戶在照明燈、熱水器、冰箱等家電與網絡設備相連接的革新，以更快的速度、更強的穩定性，實現家電的遠程控制，合理地、有計劃地安排和組織各類家電的用電。既可以優化電力資源配置，實現電力網絡的削峰填谷，又可以為用戶節省費用，可以讓用戶體驗更智能的居家生活。

2.2 移動巡檢、基建工程實時管控業務

利用5G技術中eMBB場景的3D/超高清視頻等大流量可視化移動寬帶業務，實現對高壓線路、管道、設備等現場巡檢視頻、高清拍照實時上傳，能更快速、準確的發現電力線路的故障點，可提高輸電線路日常巡檢的效率和精度。通過在基建現場安裝超高清視頻采集終端設備，采用電力5G技術通道接入，把基建現場的視頻數據實時上傳至視頻監控平臺，實現基建工程現場實時管控。

2.3 電動汽車充電樁管控業務

利用電力5G技術中支持大規模物聯網的mMTC業務場景，通過電力5G專網與充電運營企業的監控運營中心建立連接，實現充電設施與監控運營中心之間的快速、雙向數據傳輸，實時監控充電樁的采集網絡監控系統信息，如電壓、電流、功率、開關狀態等運行參數，通過遠程控制充電開關和修改充電樁的參數，可以實現對位置分散、數量龐大的電動汽車充電樁遠程監控和故障管理。

2.4 廣告營銷業務

通過電力5G專網，利用泛在電力物聯網的平臺推送方式，將企業廣告最大化的傳播給受眾人群，充分利用網絡大數據精準地投給那些對特定廣告內容比較關注和敏感的人群，實現廣告與用戶的精準匹配，實現電網上下游產業公司廣告營銷業務。

2.5 大數據銷售業務

借助電力5G專網，全面采集泛在電力物聯網各類數據，形成大數據平臺，通過后臺大數據分析，挖掘消費者和企業的精細需求，提供消費互聯網和產業互聯網的數據匹配服務。通過向商家或設備廠商出售各類非涉密數據，提供數據挖掘、數據分析服務，按照客戶要求提供數據定制服務或者銷售經過加工的大數據處理軟件，實現大數據銷售業務。

3 結束語

國家電網致力于世界一流的能源互聯網企業的建設，通過5G技術的低時延、高可靠、大寬帶和海量接入的特點，推動電網業務實現了高質量發展，提升原有業務的服務水平并拓展出新業務模式。通過在電力業務中利用5G技術，提升了泛在電力物聯網全息感知、泛在連接、融合創新的能力，進一步推動了公司“三型兩網、世界一流”戰略目標的實現。