5G技術在配電物聯網中的應用前景

陳文清

（清遠市電創(chuàng)電力工程安裝有限公司 清城通信分公司，廣東 清遠511518）

0 引 言

5G技術具有數據傳輸速率高和傳輸時延低的良好特性，將其與電力物聯網相聯合可以在智能配電網中發(fā)揮實效，具有光明的前景。當前電力系統(tǒng)基本實現了重要節(jié)點的數據連接，但仍存在一些不足，例如獲取用戶側數據和邊緣數據較為困難，會影響后續(xù)應用。電力物聯網力求有效采集與分析邊緣數據，實現電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的信息互通，5G技術則為電力物聯網的功能發(fā)揮提供保障。

1 5G時代與物聯網系統(tǒng)發(fā)展

《物聯網“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》明確指出，必須依托物聯網的技術優(yōu)勢，推動各產業(yè)智能化建設。以互聯網為核心，通過射頻識別裝置、紅外線感應器、地理定位系統(tǒng)以及激光掃描技術等實現規(guī)定范圍內物物之間的關聯，深化信息交換。支撐物聯網創(chuàng)新發(fā)展的核心是5G技術，以5G網絡為信息傳播載體，實現通信技術水平質的飛躍。同時5G技術的創(chuàng)新與研發(fā)也使得物聯網實現了智能感知、技術識別與信息通信功能的融合。在電力系統(tǒng)中有效應用以5G技術為支撐的物聯網技術可以建構完善的電力物聯網體系，開啟物聯網電力系統(tǒng)的新時代。5G技術使得物聯網對應的信息交換更為廣泛和高效，其關聯物品的速度是4G的20倍以上，對應的延時和功耗持續(xù)降低，信息交換更具體且更具針對性。5G技術是物聯網優(yōu)勢發(fā)揮的保障，而物聯網又為5G運用電力科技成果提供幫助，兩者相輔相成[1-3]。

2 5G與4G的性能對比分析

5G技術作為物聯網廣泛連接的通信支持，可以實現人與人、人與物以及物與物之間的信息傳輸與對話。對比4G的各個性能指標，5G的應用優(yōu)勢十分明顯，主要表現在7個方面。

一是移動性。在滿足一定系統(tǒng)性能的前提下，5G能實現通信雙方相對移動速度的最快化，4G最高移動速度為350 km/h，而5G為500 km/ h。二是延時性。5G信息發(fā)出到接收的間隔更短，4G空口時延在10 ms左右，而5G提速到1 ms，對外界事件的響應更高效且更準確。三是用戶體驗。5G覆蓋區(qū)內用戶實際速率從原來的10 Mb/s提升到現在的100 Mb/s，給用戶帶來了更好的體驗。四是峰值速率。5G是4G的20倍，可以使用戶獲得最大業(yè)務速率。五是單位面積容量。4G單位面積容量為0.1 （Mb/s）/m2，而5G為10 （Mb/s）/m2。六是帶寬。帶寬是決定單位時間內傳輸數據量的要素，4G網絡帶寬為20 MHz，網絡帶寬為100 MHz，5G信息傳輸能力更強。七是網絡能效。5G網絡能效是4G的100倍，在同樣的能量消耗下5G傳送的數據量更多。

3 5G技術在配電物聯網中的應用

3.1 萬物共聯

5G技術使得社會智能化建設進程加快，推動家用電器實現互聯，智能家居建設逐漸深化，樓宇和住宅小區(qū)集群智能用電需求得到滿足，且配變電裝置互聯監(jiān)測和電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的評估預測等落到實處，促進配電系統(tǒng)運行更加安全穩(wěn)定。當前，電力系統(tǒng)的輸電網層構成主體是輸變電設備，通過同步光纖進行信息交換。5G技術誕生之前，配電網層面普遍面臨信息溝通“最后一公里”的問題，電氣物理聯接無法滿足信息互聯的高品質需求。隨著5G技術的誕生與發(fā)展，在其支持下的配電物聯實現了真正意義上的萬物互聯[4]。

3.2 精準控制

5G技術支持下的配電物聯網實現了配電網設備的精準控制。配電網自動化運行會遇到短路或斷路等故障，需要快速排查故障并切除。配電網中繼電保護裝置的精準作業(yè)建立在信息綜合分析和故障類型精準判斷的基礎上，就差動保護來說，需要精準計算線路兩端保護裝置的測量值，避免較大的測量誤差。5G技術支持下的配電物聯網實以對電子裝置的精準控制實現多個電子裝置的分布式協調控制，實現再生能源的接入、無功補償及電能改善等[5]。

3.3 海量測量

5G聯合配電物聯網實現了電力系統(tǒng)海量大數據的獲取與分析，可以高質高效地采集多元化數據。5G技術可以提供配網拓撲辨識和參數分析方面的數據支持，利用該特性在配電網不同節(jié)點安裝傳感單元，對配電網絡運行狀態(tài)進行實時感知監(jiān)測，并在配電網關鍵區(qū)域安裝微型同步相角量測單元進行故障監(jiān)測分析。5G技術為海量數據傳輸提供穩(wěn)定的傳輸條件，其聯合配電物聯網實現配電網中電力設備信息的互通，實現了電力設備參數的監(jiān)測感知，為電力調度決策提供數據分析支持，同時也為電力設備的檢修提供信息參考。

3.4 虛擬現實

5G技術聯合配電物聯網打造電力虛擬現實，通過視覺、通信及仿真技術，模擬環(huán)境并優(yōu)化電力服務。具體到配電網，其服務于配電網運營商，對獲取的海量數據信息和視頻進行綜合處理，構建配電網絡全景。此外，基于運營商的運營需求和關注點，細化展示不同區(qū)域的情況，使得配電網運營可視化。虛擬現實對應不同的仿真培訓系統(tǒng)，可以有效縮減配電巡檢和管理等的培訓成本。配電網運營商可以通過虛擬現實功能獲得配電系統(tǒng)的健康診斷結果，并以此為依據制定解決方案。

3.5 高效計算

5G配電物聯網技術為電力系統(tǒng)云計算和邊緣計算等的高效性與準確性提供保障。云計算方面，5G通信使得不同配電網主體參與數據的存儲計算，可以高效傳遞數據，并打造內部數據云平臺。而邊緣計算方面，可以直接計算分布式數據邊緣側并調取全局結果。如多主體參與的配電網電壓控制計算，通過分布式優(yōu)化算法提高計算效率，同時保護用戶隱私。配電網中5G技術的應用總覽如圖1所示。

圖1 配電網中5G技術的應用總覽

4 5G技術支持下的配電物聯網

4.1 立足實際

當前配電網缺乏全網鋪設的測量裝置，電壓和電流的測量僅針對有限節(jié)點。對于部署PMU的少量節(jié)點，其數據采集需要本地節(jié)點壓縮后傳輸，無法實現無損全數據傳輸，信息反饋失真影響網絡狀態(tài)評估，電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性無法保障。

4.2 關注隱私

5G技術支持下的配電物聯網存在通信安全與隱私泄露方面的風險。因此關注隱私，加強對數據的安全保護是5G技術支持下的配電物聯網應用建設的重點工作。因為電力系統(tǒng)中有些數據關系到電網的整體運行，安全級別較高，所以在5G配電物聯時需要設置高等級的保密級別，確保數據安全。考慮到用戶用電數據的隱私屬性，對不同對象設置不同的數據獲取權限，在隱私保護的基礎上實現數據共享。未來應用中，必須重視安全與隱私問題，在明確數據歸屬與數據權限的基礎上，確保通信網與電力網的數據安全。

4.3 多級多對象

5G技術支持下的配電物聯網未來發(fā)展中要實現復雜多級多對象的控制與優(yōu)化。電力物聯不是簡單的萬物互聯，而是電力網與通信網實物連接基礎上的數據采集、設備運行監(jiān)測以及海量對象優(yōu)化控制。配電物聯網未來所連的萬物可能是多級多對象，小規(guī)模控制與算法優(yōu)化無法實現廣域的控制，因此應在分層分布式算法優(yōu)化的基礎上研究海量對象的即時最優(yōu)控制。

4.4 監(jiān)測可視

通過安裝大量的傳感器并結合5G網絡實現萬物連接，對配電網運行狀態(tài)進行實時感知與監(jiān)測，使得配電網運行可視化。態(tài)勢感知即時化等是5G技術配電物聯網發(fā)展的重點問題。配電網屬于閉環(huán)設計開環(huán)運行的系統(tǒng)，受管理原因的限制，配電網運營商無法準確獲取拓撲信息。未來可以利用5G技術支持下的配電物聯實現海量數據的采集分析、大數據分析的透明可視化以及配電網運行監(jiān)測與態(tài)勢感知的可視化。

5 結 論

5G技術與配電物聯網的連接部署，與大數據和云計算等技術的融合，使得配電系統(tǒng)技術革新落到實處，取得實效。5G技術支持下的配電物聯網可以實現配電運行狀態(tài)的監(jiān)測、數據的采集與分析、合理調度控制以及智能運維等，為電力系統(tǒng)運營發(fā)展的智能化與數字化奠定基礎。此外，其應用優(yōu)勢的充分發(fā)揮需要相關人員保持辯證思維和理性認知，做好前景的預測分析與前期準備工作。