5G移動通信技術在電力通信中的應用分析

曹二奎

摘 要 隨著5G技術的逐漸成熟，現已進入規模商用階段，本文結合當前電力行業現狀，對電力通信需求進行了詳細的分析，并從5G關鍵技術特點出發對5G移動通信技術在電力通信中的應用進行了深入探討。

關鍵詞 5G移動通信;電力通信;應用;需求

1 電力通信行業現狀及5G在電力業務環節應用

電力通信系統的重要工作內容就是實時采集測量數據，協調控制大量資源，保障電力系統安全穩定有序運行。如表1，在發輸變配用環節都會涉及通信需求，但當前面臨的主要問題如下：停電多發生于最后5公里，配電自動化程度低;配電保護與控制點多面廣，海量設備需實時監測，信息雙向交互頻繁，運維難度大，公網承載能力有限，現有光纖覆蓋建設成本高。電力通信網作為支撐電力行業發展的重要基礎設施，迫切需要一種先進、可靠、穩定的新興通信技術予以支撐，實現業務接入、承載、安全及端到端的自主管控[1]。

5G的技術特點很好的契合了電力通信網的需求，時延、高可靠性，大帶寬、切片以及授時成為剛需及關注點，可以實現電網更精確的供電和負荷調整，彌補光纖覆蓋不足的劣勢，加快配電網信息化、智能化和自動化發展進程。從時延、帶寬和連接數考慮，主要5G應用場景如表1：

2 電力通信應用對5G的要求

5G主要有以下適配電力通信業務的要求：

2.1 安全的要求

電力系統對安全有著嚴格的要求，所有電力業務應嚴格遵循國家有關部委頒布的電力監控系統安全防護要求，一般在其生產控制大區業務與無線通信公網設置有安全接入區;管理信息大區業務，一般需要實現與外界業務保持邏輯隔離，5G 網絡以其靈活和高強度安全隔離的網絡切片技術來達到邏輯隔離的要求，在無線、傳輸和核心網側均可部署專用網絡切片，在配用電中采用5G來承載管理信息大區業務，不會改變甚至高于現有業務承載的隔離防護等級。在電力終端的安全防護上，可利用5G 提供的統一的認證框架、還可以采用二次認證和密鑰管理的新功能進一步提升終端側的安全管理能力。

2.2 大帶寬的要求

電力通信中對大帶寬的需求一般體現在智能巡檢和實時視頻采集監控的中低速率移動場景。5G網絡可提供至少50/100Mbps的上下行的體驗速率，使得高清圖像和視頻能夠實時回傳，實現自動化的分析判斷預警能力來提升監控效率，避免了人工現場作業帶來的不確定性并減少人力成本。同時，5G可采用不同時隙配比來靈活配置上下行時頻資源，以支持不同的上下行速率要求。

2.3 低時延高可靠的要求

電力系統低時延業務主要在配電業務環節配電自動化和精準負荷控制上。差動保護、自動化三遙、同步相量測量（PMU）等是配網環節常用的技術，如差動保護是在同時刻比較兩端或多端電流值，當值差超過規定閾值時判定為故障發生，斷開開關，執行差動保護動作;為達到精準控制，配電終端在信息交互時必須攜帶高精度時間戳，其中差動保護和PMU對時間同步要求為10us，在時延上要小于10ms，以及99.999%的可靠性。精準負荷控制是指跟蹤電力負荷大小，當負荷超過規定值時，采取先報警后跳閘，優先切斷非重要負荷，保障重要區域用電負荷，以降低影響的監測控制技術，要求負荷管理控制時延小于50ms，達到99.999%的可靠性。

5G空口的授時方案可提供1us高精度時鐘信息，為差動保護和PMU提供精準的時間同步，5G利用空口1ms低時延和UPF下沉來降低端到端的時延，為配電自動化提供時延及可靠性的保障，有效替代當前光纖通信成本高，覆蓋不到位的情況。

2.4 大連接要求

大連接的要求主要體現在用電側分布式能源調控和高級計量上。分布式能源調控指一般分散布置在負荷現場或鄰近地點，一般接入35kV以下等級配用電網，實現發電供能。隨著屋頂分布式光伏、風力發電、分布式儲能站、電動汽車充換電站的發展，連接數量達到百萬甚至千萬級。高級計量是以智能電表為基礎，開展更細顆粒度的用電采集，滿足智能用電和個性化客戶服務需求，未來計量間隔將提升到分鐘級，采集內容將延伸至用戶住宅內，末端設備的連接數將有近百倍的提升。基于5G面向大連接的能力，為海量設備全面接入提供支撐保障，促進智能用電和個性化的服務需求。

2.5 高效管理要求

電力行業相關數據來源廣泛、類型多樣，需求多樣，因此有必要構建一個綜合管理平臺來支撐行業應用。具體實現上，從無線終端或運營商開放網絡能力平臺上獲取采集數據，通過總線與上層平臺交互數據，數據平臺層對數據進行過濾存儲、負載均衡等實現基礎能力的統一封裝，應用層通過調用平臺層提供的封裝，采用特定算法實現終端、業務、切片等管理以及統計分析和其他高級應用，對外提供管理類終端遠程接入操作。橫向接口層主要通過來適配一些傳統的電力業務，如計量自動化等。面對海量的數據采集管理，5G網絡能力開放功能及搭配邊緣計算，為該平臺提供有效的接口和數據處理能力，保障業務管理的可靠運行。

3 結束語

5G通信技術引領著科技創新，驅動著產業升級和商業模式的新發展，為電力行業數字化轉型提供著必要的技術保障，隨著5G標準的不斷完善，也必將為電力通信應用提速，推動電力通信行業不斷向前發展。

參考文獻

[1] 邱意民.電力監控系統安全防護規定[M].浙江人民出版社，2014：79.