電力物聯(lián)網(wǎng)中5G通信技術(shù)的應(yīng)用

羅方簡

（中通服建設(shè)有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟與完善，現(xiàn)代社會逐漸步入了互聯(lián)網(wǎng)時代，構(gòu)建完善的物聯(lián)網(wǎng)平臺是現(xiàn)代社會發(fā)展的重要工作之一[1]。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)，有效將虛擬和現(xiàn)實結(jié)合到一起，構(gòu)建出更加全面的信息網(wǎng)絡(luò)，有利于現(xiàn)代社會的快速發(fā)展。此外，要想進一步完善物聯(lián)網(wǎng)功能，使其在實際應(yīng)用中發(fā)揮出更大的作用，必須不斷增加其他方面的先進技術(shù)，5G通信是其中較為良好的一種[2]。

1 概念介紹

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1.1 基本概念

現(xiàn)代電力領(lǐng)域快速發(fā)展的進程中，均開始對電力物聯(lián)網(wǎng)進行建設(shè)，即在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)內(nèi)安裝相應(yīng)的無線傳感元件，以賦予電力系統(tǒng)更加良好的通信性能。電力物聯(lián)網(wǎng)并非單一的技術(shù)手段，而是由多種通信技術(shù)共同構(gòu)成，如智能化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，在諸多技術(shù)共同作用下拉近了電力系統(tǒng)、外界環(huán)境以及電力工作人員間的距離，提升了信息交互效率。加強對電力系統(tǒng)運行狀況的分析，可以對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供重要支持。對于電力物聯(lián)網(wǎng)來說，主要由4層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具體如下。

第1層是感知層，作為整個系統(tǒng)的最低層，由諸多傳感器構(gòu)成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行時，通過該層獲取電力相關(guān)信息，并根據(jù)實際需求對數(shù)據(jù)進行簡單處理。第2層是網(wǎng)絡(luò)層，用于數(shù)據(jù)的傳遞。網(wǎng)絡(luò)層中融合了諸多通信技術(shù)，如5G通信技術(shù)和無線通信技術(shù)等，有效將數(shù)據(jù)與實際信息聯(lián)系到一起。第3層是平臺層，用于數(shù)據(jù)的深層處理。獲取感知層的信息后，根據(jù)數(shù)據(jù)特點將其存儲到特定的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并利用相應(yīng)軟件予以分析，以得到電力系統(tǒng)運行結(jié)果。第4層是應(yīng)用層，根據(jù)最終的分析結(jié)果，通過數(shù)據(jù)表格和圖像等方式將其展示給管理者[3]。

1.1.2 特 點

對于電力物聯(lián)網(wǎng)來說，主要具備下述幾個方面的特點。（1）可長時間運行，能夠與其他各方面連接到一起，為電力物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的特點。電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行時，可根據(jù)實際需求，將其連接到各種軟硬件設(shè)備上，為電力系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)督與管理提供有力支持[4]。（2）感知能力強。系統(tǒng)感知層內(nèi)安裝了大量傳感器，可采集多方面的電力信息，能夠準(zhǔn)確展示出電力系統(tǒng)的運行狀況。（3）連接廣泛。用戶操作時，可利用有線或無線的方式將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與其他各系統(tǒng)連接到一起，賦予整個電力系統(tǒng)更強的數(shù)據(jù)交互能力，有利于上下游數(shù)據(jù)的銜接[5]。（4）開放共享性。電力物聯(lián)網(wǎng)是一個非常廣泛的平臺，電力相關(guān)企業(yè)均可進入到平臺內(nèi)部，并將所有信息集成處理后向所有用戶進行共享，這不僅提升了信息的使用效率，而且保證了系統(tǒng)的安全性。（5）創(chuàng)新性。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)可提升電力系統(tǒng)的管理效果，完善電力商業(yè)模式，為推動電力領(lǐng)域向著更加良好的方向發(fā)展提供支持[6]。

1.2 5G通信技術(shù)

1.2.1 基本概念

2013年首次提出了5G發(fā)展戰(zhàn)略后，經(jīng)過5年的研究，5G通信技術(shù)正式應(yīng)用到現(xiàn)實當(dāng)中。其中，我國于2015年1月開始研發(fā)5G通信技術(shù)，2019年6月開始發(fā)放5G商用牌照，正式應(yīng)用5G通信技術(shù)。經(jīng)過兩年左右的發(fā)展后，我國5G通信技術(shù)已經(jīng)覆蓋到大部分地區(qū)，對我國現(xiàn)代社會的發(fā)展具有重要意義。之前的數(shù)十年當(dāng)中，無線技術(shù)出現(xiàn)了巨大變化，由最開始的1G技術(shù)逐漸發(fā)展至4G技術(shù)，其中3G與4G技術(shù)的發(fā)展為5G通信技術(shù)的出現(xiàn)提供了大力支持，而5G通信技術(shù)的發(fā)展又推動了現(xiàn)代社會的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，社會當(dāng)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息容量在不斷提升，從而對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。理論上來說，傳統(tǒng)4G技術(shù)的信息上傳速率為100 Mb/s，已無法滿足現(xiàn)代社會的需求。而對于5G通信技術(shù)來說，上傳速率的理論值達(dá)到了10 Gb/s，是前者的100倍，具有更快的信息傳輸效率，有利于現(xiàn)代社會更好的發(fā)展[7]。

1.2.2 特 點

5G通信技術(shù)存在下述幾個方面的特點：（1）高速率。由上述介紹可知，4G技術(shù)上傳速率最高為100 Mb/s，而5G通信技術(shù)最高可達(dá)10 Gb/s，是前者的100倍，由此表明5G通信技術(shù)具有更快的通信效率，能夠在最短的時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸工作，有利于結(jié)果的分析與判定。（2）大容量。在5G通信技術(shù)當(dāng)中，融入了大規(guī)模MIMO等先進技術(shù)，使得5G通信設(shè)備容量大幅度提升，是4G的幾十倍，也就是說一個基站能夠服務(wù)更多的移動設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)用戶量較多時，用戶也可獲得較為良好的上網(wǎng)體驗。（3）低延時。5G網(wǎng)絡(luò)運行時，延遲可以達(dá)到1 ms以下，即產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)據(jù)后，5G網(wǎng)絡(luò)可在最短的時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸工作，有利于數(shù)據(jù)的使用。由于5G通信具備上述諸多優(yōu)勢，因而可將其應(yīng)用到電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，進一步提升電力物聯(lián)網(wǎng)的通信性能[8]。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)的需求分析

2.1 配電自動化方面

配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，近年來逐漸向著自動化的方向發(fā)展。配電自動化系統(tǒng)運行時，應(yīng)針對實際需求情況設(shè)定出合理運行參數(shù)，其中在主站對終端的總召頻率方面，設(shè)定范圍為1～60 min/次，主站與終端對時間隔設(shè)置成1 h，遙信與遙控方面，主站發(fā)布指令或是終端出現(xiàn)異常而無法傳輸數(shù)據(jù)時，頻率應(yīng)針對具體情況而定[9]。通過實踐調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，配電自動化終端運行時，在實時性方面，配電自動化的要求如表1所示。

表1 配電自動化實時性要求

2.2 用電信息獲取方面

用電信息模塊是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，用于采集用戶的用電信息，通過分析這些信息后掌握用戶的具體用電情況，為判斷用戶是否存在用電異常及收取電費提供支持。相對于傳統(tǒng)人員抄表方式來說，用電信息系統(tǒng)效率更快，準(zhǔn)確性更高，大大降低了電力部門的運營成本[10]。在可靠性方面，要求遙控準(zhǔn)確率在99.99%以上，首次獲取成功率在95%以上，周期獲取成功率在99.5%以上。在實時性方面，主要參數(shù)如表2所示。

表2 用電信息實時性要求

2.3 分布式電源方面

在用戶的四周，可能會安裝一些分布式電源，以滿足不同用戶對電力能源的需求。分布式電源運行時，帶寬方面的主要參數(shù)如表3所示，可靠性方面的具體參數(shù)如表4所示。

表3 分布式電源帶寬設(shè)置情況

表4 分布式電源可靠性參數(shù)設(shè)置情況

2.4 移動巡檢方面

電力物聯(lián)網(wǎng)的移動巡檢共由兩部分構(gòu)成，一個是移動巡視，另一個是移動檢修。其中，對于前者來說，若無需完成監(jiān)視工作，則能夠在本地實現(xiàn)，無需遠(yuǎn)程通信。對于后者來說，由于存在遠(yuǎn)程協(xié)助和移動辦公等較為煩瑣的功能，因而在設(shè)計時應(yīng)保證巡檢設(shè)備與控制中心進行良好的通信，信息通信的主要內(nèi)容有文字和影像等[11]。在各種典型業(yè)務(wù)當(dāng)中，傳輸速度略有差異：語音信息傳輸時，速率控制在8～64 kb/s；影像信息傳輸時，速率控制在384～2 048 kb/s；數(shù)據(jù)信息傳輸時，速率控制在64～2 048 kb/s。

3 5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

現(xiàn)代電力物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，均對5G通信技術(shù)進行了應(yīng)用，具體如表5所示。

表5 5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

配電自動化的設(shè)計主要是強化系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。以往以過流保護為主，若出現(xiàn)停電故障將產(chǎn)生巨大影響，且排難難度較大，而應(yīng)用5G通信技術(shù)后能夠較為準(zhǔn)確地獲取故障點位置，為故障解決提供幫助。在用電信息采集方面，以計量為主，數(shù)據(jù)傳輸量少，頻次較低，上行流量多，但下行流量少。此外，應(yīng)用5G通信技術(shù)后，可提升用電數(shù)據(jù)采集效率，有利于獲得更多用電信息。

配電網(wǎng)早期設(shè)計時未能安裝分布式電源，而隨著分布式電源的使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著改變，由單電源結(jié)構(gòu)逐漸變成了多電源結(jié)構(gòu)。用戶不僅為用電方，而且還是發(fā)電方，是一種雙向用電模式。這種情況下，通過應(yīng)用5G通信技術(shù)能夠顯著提升配電網(wǎng)的穩(wěn)定性[12]。而在電力巡檢方面，通過應(yīng)用5G通信技術(shù)能夠在最短的時間內(nèi)采集、傳輸與分析相關(guān)信息，有利于各種故障問題的檢測與處理。

4 結(jié) 論

5G通信技術(shù)是現(xiàn)代較為先進的通信技術(shù)，可將其應(yīng)用到電力物聯(lián)網(wǎng)的配電自動化和移動巡檢等諸多方面，利用5G通信技術(shù)有效提升了電力物聯(lián)網(wǎng)的通信性能，可為整個電力系統(tǒng)的運行提供大力支持。