5G技術在電力系統中的應用

張馳

（中國電信股份有限公司南京分公司 江蘇省南京市 210000）

1 5G的優勢

無線通信技術的發展從技術層面而言，實現了從2G 到3G 的轉變，即從傳統語音通信跨越到了個人移動應用，而4G 到5G 的轉變則主要實現了個人移動應用到垂直行業應用的轉變，業界將5G 劃分為增強型移動寬帶、海量機器通信以及超高可靠低時延這三類場景，其優勢和特征如圖1 所示。其中，增強型移動寬帶的使用能夠給用戶提供更好的使用體驗，然而，海量機器通信和超高可靠低時延能夠根據行業應用推出全新的場景。5G 可以帶來超出4G用戶10 倍的體驗速率，低至1ms 的空口時延，高達20Gbit/s 的峰值速率，100 萬/km2的連接密度，99.999%的超高可靠性，借助新型網絡架構以及統一靈活空口，能夠實現“萬物互聯”，這也就表明無線通信技術進入到了最新的發展領域。基于政策層面，我國5G 產業在全球產業中處于第一梯隊，并且成為了5G 技術標準產業的引領者之一。相關政策的大力推動，使得我國三大運營商在不同的城市逐漸開展了5G 試驗網建設工作，并且三大運營商和中國廣電也得到了工信部發放的5G 商業牌照，這也是正式開啟5G 時代的主要標志。

2 5G關鍵技術

2.1 大規模MIMO技術

在5G 通信技術中，大規模多輸入多輸出技術是其中一項核心技術，其具有在基站側布置數十根甚至上百根收發天線陣列的特點，分布在同一小區中的多個用戶通過利用基站能夠在同一時頻資源上完成大規模天線陣列的布置，由此而提供的空間自由度能夠與基站同時完成通信。波束成型技術的使用，能夠加強多個用戶之間時頻資源的抗干擾能力，可以從基站中發送信號到非常狹小的范圍，由此可見，大規模多輸入輸出系統具有增加正交導頻數量、開發更多空間自由度的優勢，在降低小區用戶間導頻干擾方面意義重大，進而提升系統的接入能力，為大規模機器類通信業務的正常開展提供可靠的保障。同時，5G 移動通信系統也能夠明顯增強系統的接入能力。

2.2 網絡切片技術

網絡切片技術能夠提高網絡資源的使用效率，對網絡資源進行切片，并且能夠將單一物理網劃分成多個邏輯虛擬網絡，網絡基礎設施則由多個網絡切片共同使用，這樣一來也就達到了提高網絡資源使用效率的作用。同時，從邏輯層面而言，切片和切片之間互不干擾，處于相互獨立的狀態，即切片中的傳輸網、核心網、設備以及接入網是相互獨立的。基于網絡切片利用軟件定義網絡技術的集中控制，能夠提高路由配置效率，簡化網絡管理，使數據平面和控制平面實現解耦合。值得注意的是，網絡切片技術的使用應該嚴格按照行業要求，對運營商的物理網絡進行劃分，從而形成多個虛擬網絡，以便其能夠滿足不同行業的需求。對于行業專網而言，先進的能源互聯網對其提出了更高的要求，這就要求來自運營商的電子切片應該和其他通信業務處于相互隔離的狀態。為了全面保障電力業務的安全性，為用戶提供滿意的服務，就應該借助硬件設備來劃分獨立的時頻資源塊。

圖1：5G 的特征和優點

2.3 邊緣計算技術

針對移動邊緣計算，歐洲電信標準化協會給出了標準定義，認為邊緣計算是一種致力于打造網絡、計算、存儲以及應用為一體的綜合性平臺，同時，該平臺還具有開放性的特點，能夠為網絡中斷提供相應的服務，供業務完成實時性、安全性以及智能性等狀態的判斷。以網絡中開展邊緣計算工作的位置為邊緣節點，該位置在移動終端和核心云中間，將擁有網絡資源，并且能夠計算資源的所有節點都可以作為邊緣節點。使用邊緣計算方法，能夠實現對核心云中大型服務的有效分解，并且將其分解成小型業務、容易處理的業務，再由接近移動終端的邊緣節點進行處理。邊緣計算技術的應用場景廣闊，其可以被用在工業、交通行業以及互聯網等領域中。由于智能電網中涉及到的業務對時效性和安全性的要求比較高，并且對服務響應速度也提出了更高的要求，因此，應該在5G 通信中合理使用邊緣計算。比如，邊緣計算的低時延作用，借助5G 通信技術的配網自動化能夠加快電網響應異常狀態的速度，使其優勢得以充分發揮。又比如，智能巡檢業務的開展，借助網絡邊緣計算就能夠完成對高清視頻以及圖片的處理，從而盡可能減少數據資源對承載網的占用。在用電信息采集工作中，味道能夠有效避免運營商對用戶的數據進行公網傳輸，就需要用到移動邊緣計算的本地存儲性能，因為用戶的隱私安全提供可靠的保障。

3 電力系統中5G通信技術的實際應用

在電力系統中，5G 通信技術的使用包含了多方面的內容，比如，輸電線路巡檢、智能電網、泛在電力物聯網以及智能配電網等等。在電力系統中使用5G 通信技術，能夠為整個電力系統帶來質的改變。

3.1 智能電網

智能電網所發揮的主要作用是控制精準負荷、實現智能自動化配電，但是，必須有先進的設備、技術和網絡為支撐。電網的發展，由于受到快速發展的數字化以及智能化等各項信息技術的影響，也逐漸朝著低時延的方向發展，并且對可靠性的要求也越來越高。基于這一現狀，為了能夠盡可能減少由于故障而導致的長時間停電給人們的生產生活帶來的不便，5G 通信技術也應該在功能上實現智能定位、智能識別以及智能處理等功能。為了能夠高效解決電力負荷問題，就應該從根源入手，傳統解決方法是將整條線路切斷，或者切斷整個區域的線路，而使用5G 網絡之后，可以采取先切斷非重要負荷的方法，這樣一來，也能夠減少由于大面積停電而造成的經濟損失以及社會影響。

3.2 輸電線路巡檢

存在于輸電線路中的缺陷比較多，比如，對空距離超限、金具銹蝕、導線斷股以及絕緣子掉串等等，輸電線路的巡檢工作，電力運維部門每年都需要定期進行。傳統電路的巡檢主要使用的是人工巡檢的方法，在受到地形環境影響以及惡劣天氣狀況影響的前提下，就會增加巡檢成本，這樣一來就會降低輸電線路的使用效率。然而，在采集與線路相關信息的時候，使用直升機或者無人機等先進設備，不僅能夠有效避免環境和地形喂，線路巡檢工作帶來的影響，同時還能夠提高巡檢工作的準確性。但是，相比于5G通信的大寬帶技術，4G 網絡數據的傳輸具有采集效果差，容易出現卡頓的缺陷，因此，使用5G 技術開展采集工作，能夠直接將采集的數據傳輸到終端，并且在展示平臺對輸電線路的運行狀態進行實時監控，我也運維人員開展相應的維修工作提供可靠的數據支撐，從而全方位強化線路巡檢工作的效率。

3.3 智能配電網

智能配電網的安全穩定運行，對于整個電力系統的發展而言意義重大。配電網結構復雜、連接復雜、設備終端多，因此，對智能配電網狀態的監測存在一定的困難。再加上由于受到配電網拓撲關系的影響，致使拓撲信息很容易被忽略。然而，使用5G 通信技術，能夠讓配電網的運行狀態信息處于透明化狀態，實現對大量數據信息的動態感知。同時，將5G 技術和DFACTS 等技術有效結合起來，能夠維持設備終端在正常穩定的運行狀態，全面保障配電網的可靠性，提高電力系統的經濟效益和社會效益。

3.4 泛在電力物聯網

在泛在電力物聯網中對5G 通信技術的使用，能夠實現萬物互聯、寬帶通信、高效計算以及精準控制等目的。其中：

（1）眾多設備都能夠實現與電力網絡設備終端的連接，比如，人們日常使用的智能家居是電力網絡終端設備和家庭電力設備終端連接的體現。和共享單車的連接，能夠建立區域單車用電體系，為智慧交通提供便利。電力網絡設備終端和不同電力設備的連接，取得的效果也是不同的，將其用在小區中，能夠實現整個小區的集群。

（2）在無人自動駕駛發展中，5G 通信的使用，能夠充分利用其低時延和高速度的特點，推動無人自動駕駛的發展。同時，低時延特點還能夠在需求響應上實現躲避障物，為行車安全提供可靠的保障。就可靠性層面而言，和4G 技術相比，5G 技術傳輸信息的穩定性更高，能夠實現對泛在電力物聯網的精準控制。基于電能的儲存控制功能，在協調分配電能輸送節點的時候，需要結合用戶、企業以及不同區域對電能需求量的大小，盡可能在短時間內提供精準化的電力能源輸送服務。

（3）電力行業的快速發展涌現出了大量的電力信息資源，對這些數據資源的有效處理，能夠提高電力能源供應效率。因此，就需要使用選擇短時段數據，舍棄相同數字位數的方法，準確分析相關數據的價值以及其產生的不良影響。借助5G 通信的高速度特點，能夠細化數據采集工作，對泛在電力物聯網的高效運行奠定良好的基礎。

（4）結構化數據是泛在物聯網數據信息中的重要內容，同時，也涵蓋了圖片、視頻、語音等非結構化的數據。為了能夠打造透明化的泛在電力物聯網，就需要使用5G 寬帶通信來完成對電力虛擬現實的使用，保障視頻通信速率，滿足使用者的視覺需要。

（5）大量電力數據的運算工作必須要借助相關的應用平臺來完成，比如，大數據分析、路線缺陷圖像識別等等，這就要求必須具備安全穩定的運算環境，而泛在電力物聯網的云計算和邊緣計算借助5G 通信技術來為運算安全提供可靠的保障，以此來提升運算速率。

3.5 應急通信

在電力系統運行的過程中出現突發緊急事件的時候，需要及時掌握現場信息，制定針對性的解決方案。然而，由于突發事件的位置花時間的隨機性較高，使用傳統的通信方法是無法及時獲取相關信息的，這就需要維修人員對大量的數據資料進行分析，并且前往故障地點處理問題。基于5G 技術，電力系統中的各種物聯網傳感裝置能夠及時傳遞數據信息到數據中心，數據中心借助5G 技術能夠實現對數據信息的快速分析，從而提出解決問題的方案。此外，5G 技術的使用還能夠控制無人機前往故障地點，通過安裝自動化的維修設備實現對故障問題的處理，在開展維修工作的過程中，后臺工作人員可以在5G 技術的協助下實現對維修設備各種動作的實時控制，使用快速的通信方式完成對故障問題的處理。

4 結束語

總而言之，電力通信網絡的發展從電力線載波到光纖再到各種無線通信系統，物聯網的使用，提高了客戶的服務質量，突破了傳統思想的莒縣，強化了電網的經濟運行效率，創造了新興業務價值。5G 通信網絡技術為電力物聯網的發展提供了可靠的保障，是支持電力網絡通信的一項關鍵技術，改變了人們的大多數生產生活方式，在未來發展的過程中，對于5G 通信網絡技術的使用，仍然需要根據實際需求逐漸擴大研究力度。