基于5G+MEC的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設

馬 丹，曹廣山，王 榮，張巾瑩，張勝東

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司山東省分公司，濟南 250000）

1 用5G+MEC技術打造新一代智慧電網(wǎng)

為貫徹落實國家電網(wǎng)有限公司“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略部署及國網(wǎng)山東省電力公司電力物聯(lián)網(wǎng)示范建設工作要求，國網(wǎng)山東省電力公司向我司提出，在濟南漢峪金谷高可靠性現(xiàn)代配網(wǎng)示范區(qū)基礎上，借助5G+MEC技術打造新一代智慧電網(wǎng)，主要驗證目標如下：

1.1 變電站集中監(jiān)控和移動巡檢

5G的大帶寬特性可以有效解決變電站高清視頻監(jiān)控的回傳帶寬問題，實現(xiàn)變電站各區(qū)域的高清實時監(jiān)控；5G的大帶寬和低時延特性可以實現(xiàn)無人機巡站、巡線等業(yè)務，降低電網(wǎng)運行維護成本和難度，提高運維檢修的效率。

1.2 配電站配電狀態(tài)感知

在智能配用電環(huán)節(jié)，利用5G技術的高穩(wěn)定性、高可靠性和大帶寬特性，將采集的高精度錄波波形、海量實時電氣量數(shù)據(jù)實時上傳至配電自動化主站，更好地滿足電網(wǎng)業(yè)務的安全性、可靠性和靈活性需求。

1.3 開關站線路縱差保護

5G的超低時延和超高安全性可以有效承載線路縱差保護，滿足線路保護信號傳輸時延要求，探索線路縱差保護新的傳輸方式，助力電網(wǎng)運行。

圖1 變電站5G+MEC組網(wǎng)架構圖

2 基于5G+MEC的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)試點方案

2.1 變電站試點方案

（1）業(yè)務需求：通過5G實現(xiàn)變電站集中監(jiān)控和移動巡檢業(yè)務，包括220 kV變電站站端輔控系統(tǒng)、變電站高清視頻、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、機器人巡檢的實時遠程監(jiān)視和控制，在220 kV變電站內(nèi)實現(xiàn)變電移動作業(yè)和AR巡檢，通過5G網(wǎng)絡實時回傳移動終端現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)和遠程會商等。網(wǎng)絡要求：總帶寬50 M，時延100 ms。

（2）覆蓋區(qū)域：220 kV變電站全站覆蓋5G信號，包括站內(nèi)院區(qū)、220 kV生產(chǎn)綜合樓和110 kV生產(chǎn)綜合樓，實現(xiàn)室內(nèi)室外全覆蓋。

（3）MEC建設方案：在下沉的園區(qū)機房建設MEC，包括三套服務器、三套交換機和兩套防火墻，可支持15G流量并發(fā)，用戶數(shù)不限。

核心網(wǎng)GW-U功能下沉到邊緣機房，實現(xiàn)本地分流功能，滿足大帶寬、低時延業(yè)務訴求，同時配置防火墻確保業(yè)務安全；核心網(wǎng)GW-C放置于核心機房，與控制面鏈接，對用戶進行鑒權、計費、策略控制等。

（4）基站建設方案：一是室外基站：占地面積為74 m（南北）×70 m（東西），在樓頂新建室外NSA 5G基站1座即可覆蓋變電站室外區(qū)域。二是室內(nèi)基站：采用3/4/5G共模的新型室分，共配置1臺BBU，2臺RHUB，5個PRRU。

圖2 變電站5G室分系統(tǒng)連接圖

變電站110 kV生產(chǎn)綜合樓3個PRRU通過光電復合纜（2芯電2芯光）以并聯(lián)的方式上聯(lián)到RHUB1-1，志遠變電站220 kV生產(chǎn)綜合樓2個PRRU通過光電復合纜以并聯(lián)的方式上聯(lián)到RHUB1-2。RHUB1-1需要2芯光纜以級聯(lián)方式連接RHUB1-2，RHUB1-1需要2芯光纜上聯(lián)到聯(lián)通5G BBU機房。

（5）基站回傳方案：5G基站采用DRAN部署方式，5G RRU至BBU采用光纖直連方式，BBU集中安裝于聯(lián)通綜合業(yè)務接入點機房。基站由聯(lián)通綜合業(yè)務接入點機房回傳至MEC邊緣計算中心均通過聯(lián)通IPRAN傳輸設備上聯(lián)。5G BBU采用10GE光口與新增IPRAN設備互聯(lián)，通過IPRAN網(wǎng)絡實現(xiàn)5G基站信令和數(shù)據(jù)的傳輸。

2.2 配電站試點方案

圖3 配電站5G+MEC組網(wǎng)架構圖

（1）業(yè)務需求：通過5G感知配電狀態(tài)。配電終端TTU設備2部、視頻監(jiān)控系統(tǒng)1套、室內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)顯示器2臺，通過5G網(wǎng)絡實現(xiàn)配電終端TTU業(yè)務和視頻監(jiān)控業(yè)務實時回傳至主站監(jiān)控平臺。網(wǎng)絡要求：采集設備幾十個，總帶寬50 M，時延50 ms。

（2）覆蓋區(qū)域：配電室實現(xiàn)室內(nèi)5G信號全覆蓋。

（3）基站建設方案：采用3/4/5G共模的新型室分，共部署1臺BBU，1臺RHUB，1個PRRU。

圖4 東城逸家地下配電室室分設備連接圖

2.3 開關站試點方案

圖5 開關站5G+MEC組網(wǎng)架構圖

（1）業(yè)務需求：通過5G實現(xiàn)開關站線路縱差保護業(yè)務（即配電自動化業(yè)務）。網(wǎng)絡要求：帶寬1 M，時延50 ms。本試點項目接入漢峪金谷雙環(huán)網(wǎng)北環(huán)7個開關站配電自動化業(yè)務，每個開關站站內(nèi)配置配電自動化交換機1臺，用于傳輸站內(nèi)各高壓柜“三遙”數(shù)據(jù)至配電自動化主站Ⅰ區(qū)；配置保護交換機1臺，用于傳輸環(huán)網(wǎng)內(nèi)部開關站點間保護數(shù)據(jù)在雙環(huán)網(wǎng)內(nèi)部獨立成環(huán)；配置綜合監(jiān)測裝置通信設備1臺，用于傳輸站內(nèi)溫濕度、水位等環(huán)境量和開關站視頻換面至配電自動化主站Ⅲ區(qū)。

（2）覆蓋區(qū)域：漢峪金谷雙環(huán)網(wǎng)北環(huán)7座開關站，其中A3開關站為戶外地上開關站，其余均為地下開關站。5G信號實現(xiàn)開關站所在區(qū)域的全覆蓋。

（3）基站建設方案：一是漢峪金谷A3地上開關站：利舊原有角鋼塔，新增NSA 5G宏站一套。二是其余6個地下開關站：采用3/4/5G共模的新型室分，分別部署1臺BBU，1臺RHUB，1個PRRU。

（4）基站回傳方案：新增5G基站采用DRAN部署方式，5G RHUB至BBU采用光纖直連方式，環(huán)網(wǎng)內(nèi)開關站間保護信息由上聯(lián)基站通過IPRAN傳輸設備，回傳至MEC設備，然后通過IPRAN設備傳至目標開關站點，實現(xiàn)保護信息環(huán)網(wǎng)內(nèi)獨立成網(wǎng)。配網(wǎng)自動化Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的業(yè)務由上聯(lián)5G基站通過IPRAN設備回傳至MEC邊緣計算中心，經(jīng)防火墻后由電力自有傳輸網(wǎng)絡上傳至配網(wǎng)自動化主站。

3 試點結果分析

山東聯(lián)通聯(lián)合國網(wǎng)山東省電力公司，在變電站、開關站和配電站進行了5G試點和業(yè)務驗證，驗證結論如下：

（1）無人機攜帶4K攝像頭，實現(xiàn)變電站及線路的實時巡檢，整個回傳清楚流暢，單CPE上行帶寬可穩(wěn)定達到80 M以上。相對之前由于網(wǎng)絡限制，視頻圖像只能存儲本地后再調取。本次基于5G的無人機實時巡檢驗證成功，極大提升了發(fā)現(xiàn)故障后的處理效率，同時由于可以實現(xiàn)更高清的4K圖像回傳（上行帶寬需求20 M以上），使得后續(xù)基于人工智能圖像識別的自動巡檢成為可能。

（2）線路保護時延最長41 ms、最短32 ms，可以滿足配電網(wǎng)絡下線路保護要求。室內(nèi)室外的端到端平均時延均控制在38 ms以下，最大時延控制在47 ms以下，時延波動較小，可以滿足配電網(wǎng)50 ms以內(nèi)的要求

（3）10 kV開關三遙測試，在線率、成功率均達到100%，滿足實際應用需求。綜上，5G網(wǎng)絡憑借其超高帶寬、超低時延、超高可靠性、超大規(guī)模連接等優(yōu)勢，滿足了電力行業(yè)變電站、配電站、開關站的多樣化、智能化的需求，實現(xiàn)智能電網(wǎng)低成本、快速便捷、安全可靠的無線通信接入承載，進一步提升電網(wǎng)企業(yè)對自身業(yè)務的自主可控能力。

4 結束語

山東聯(lián)通基于5G+MEC技術的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實踐，證明了5G技術為智能電網(wǎng)，尤其在配電網(wǎng)領域，提供了一種更優(yōu)的無線解決方案，智能分布式配電自動化、低壓集抄、分布式能源接入等業(yè)務未來可借力5G取得更大的技術突破。