智能電網中的5G技術應用

孫藝銘，路 朝，樊周杰，林 雨

（河南理工大學 電氣工程與自動化學院，河南 焦作 454000）

0 引 言

近些年，國家電網公司持續推動智能電網的建設。伴隨著分布式能源接入、新能源汽車配套服務、電力信息監測、配電自動化以及需求側管理等技術的迅速發展[1]，各類電力網絡、電力終端設備以及電力用戶的通信需求呈爆炸式增長。因此，迫切需要一種速度快、故障率低、傳輸信息可靠且高效的新型通信技術為智能電網的發展提供可靠保障。

國家電網公司于2019年提出了泛在電力物聯網的戰略布局，是推動發展“三型兩網”的重要環節[2]。這一理念的提出將發、輸、配以及用等環節全部連接起來，旨在將各級平臺的設備、人及物聯系起來，實現數據共享，為社會提供服務，為各領域和市場的發展創造更多的可能性。當下，以5G為首的通信技術正逐步與大數據平臺和人工智能相結合，開創一個全面物聯網的新時代。得益于5G網絡的高帶寬、低時延以及大規模等優勢[3]，5G將極大地推動行業的運營方式和作業模式做出變革。

相比于現在廣泛使用的4G技術，5G技術具有如表1所示的多種優勢[4]，為海量物聯的場景提供了可靠支持。電網未來的發展方向與5G的應用有著高度重合，對5G行業的落實、推動相關產業發展具有重要作用。在智能電網戰略大背景下，5G技術在電力行業建設中的融合，可為電網的智能信息化建設提供強有力的保障。

表1 5G與4G技術性能對比

1 智能電網發展現狀

智能電網的建設離不開通信網絡，不僅要傳輸數據快，還要在傳輸大量數據的同時具有高度保密和穩定運行的能力。智能電網能實現電力資源的優化設置，快速監測排除故障，清潔能源并網等。這些功能都依賴于高精度的傳感器、可靠的通信方式以及高性能控制調度系統等。

智能電網好比一個有機體，電能的發、輸、配過程構成的電力網絡是這個有機體的骨架，可匯集和輸送整個電路網絡的能源。電力網上的各種傳感設備和實時監控電網狀態的裝置是機體的神經末梢，控制和調度中心是機體的大腦，電力網通信技術是機體的傳輸神經。通過網絡技術匯集整個電力網的信息，聯結每一個傳感裝置和控制設備，從而為電網的智能調度提供穩定可靠的信息源。

2 智能電網中發展5G的意義

為大力發展國家經濟，我國在基礎建設上進行了巨大投入。我國電網已建成全世界規模最大、體量最廣的電網，同時發展了較為完善的電力通信專網，形成了以光纖通信技術為主，無線網絡、電力載波以及衛星通信等[5]相結合的電力通信發展方式。在低壓側配電網絡的控制系統中，不僅存在大量設備終端需要接入網絡的需求，而且需要極短的響應延遲時間等。現有的4G網絡不能滿足這些需求，所以需進一步提升配電側通信網絡的各方面指標。

5G技術憑借其超大的數據傳輸帶寬、極低的傳輸延遲以及支持海量的設備接入等優良的技術指標[6]，提供了完美的解決方案。5G通信技術的切片模式可以無縫對接電網的各種業務，可以適用于電力需求側管理中的負荷參數采集和控制等，為構建全面智能的電力物聯網系統提供了有力支撐。

3 5G技術介紹

3.1 5G通信特點

5G作為近些年逐漸發展的通信技術，核心理念是滿足高性能需求和提供多元化服務，具有架設成本低、通信時延低以及開放的技術架構等特點[7]，在電力行業中擁有巨大的應用市場和發展需求。它的應用場景和對應的技術特點如表2所示。

表2 電力行需求對應的5G技術特點

5G技術具有增強移動寬帶、降低延時、提高通信質量、降低功耗以及提高帶載能力的特點[8]，可以和電力系統相結合。

3.2 5G通信網絡結構

5G系統由基站和核心網組成，如圖1所示。核心網作為系統的控制中樞，關鍵職責在于管控系統和處理信息并傳輸。基站又可分為宏基站和微基站[9]。通過光纖通信方式接入核心網的宏基站主要服務不同場景下的用戶，通過無線方式輸送用戶信息，是通信系統中的“關鍵崗位”。

圖1 5G通信網絡結構

4 智能電網中5G技術的應用與前景

4.1 切片技術的應用

4.1.1 業務隔離

5G特有的切片技術[10]能較好地實現智能電網的3大任務。切片技術能夠把服務商的物理網絡虛擬出多個“切片網絡”，從技術上隔離不在一個切片網絡內的數據。這項技術不僅確保了電力行業的隔離指標，而且使得電力專用網絡與公共網絡之間的數據相互隔離，提高了安全性能。

4.1.2 功能定制

得益于切片技術，5G網絡可以按照設備分類和應用場合的不同需求提供不一樣的服務，有效減少搭建系統的開銷，提升系統效率和用戶的使用體驗，還可以優化網絡數據，使資源得到合理使用。

4.1.3 質量保障

電網的控制和監測可確保網絡通信的可靠性。使用切片技術可以避免網絡中出現數據堵塞或因無響應造成監測短暫失聯等情況。當某一個切片單元發生故障時，其他的切片單元不受影響[11]，進一步提高了電網抵抗風險的能力，也更便于管理網絡。

4.2 多維場景的適配

4.2.1 負荷需求管理的支持

5G支持大量設備的接入，使得智能電網下需求側的管理得到了有效應用。電力部門可通過分析用戶數據了解用電信息，進而得到用戶的負荷需求特征[12]，實現電力部門和用戶的雙向交互。分析用戶的用電行為，可提供更適合用戶的用電方案，從而為終端供電服務提供可靠的數據分析指導。

4.2.2 配電自動化

配電設備需要毫秒級的準確測控[13]，以保證配電質量且避免發生故障。5G技術極低的延遲很好地滿足了這一需求，保障了配電設備的可靠性。

4.2.3 智能巡檢

5G網絡的高帶寬使得遠程視頻傳輸[14]成為可能。無人機搭載巡檢設備通過5G傳輸視頻[15]實現更高效率的巡檢，通過高清畫面可有效分析故障，提高巡檢效率。

4.3 資源互補的支持

5G建設推動了電力行業的設備化身成為資本。區域內大量基站的搭建均借助電力桿塔，龐大的電網體系為5G基站的建設提供了有力支持，在保證基站設備運轉的情況下，根據分時調控基站的功耗，以充分利用電力資源。

5 結 論

智能電網的建設和發展對數據的傳輸、采集、匯總以及分析提出了更多需求。通過分析5G技術的發展，描述了5G技術的應用范圍和未來前景，探討了其應用場合。此外，文章通過探究5G技術與電力行業的交互方式，充分分析了5G技術加持下的各種常見電力需求場景。