基于5G通信的泛在電力物聯網的設計與研究

周屋梁

（廣州健新科技有限責任公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著我國市場經濟的發展，人們的工作和生活對電力通信網絡的需求越來越高。電網為滿足需求不斷擴張，帶來了新的挑戰。在智能技術的支持下，電網建設階段要做好電力設備、終端設備與用戶間的溝通。5G通信技術能確保設備和用戶間的溝通傳輸高效、快速、安全以及穩定，使得電力系統向自動化和智能化方向發展。在跨越階段要將物聯網融入電力企業，利用5G通信技術全面檢驗數據信息和網絡信息，充分展現5G通信技術和物聯網的優點，使其發揮最大價值與作用，推進電力企業在市場經濟背景下快速可持續發展。

1 5G通信的特點

與傳統通信相比，5G通信的信號數據傳輸速度更快，可滿足現階段多元化信息技術、智能技術的需求和用戶不斷提高的要求，大大提高了傳輸性能和傳輸速率。5G通信技術具有成本投入低、可靠性高、覆蓋范圍廣泛和延時低的特點，采用開放的技術架構。現階段，5G技術通信在電力企業大范圍使用，實現了數據信息的快速傳輸和大容量存儲[1]。

2 電力物聯網

目前，電力網絡已經成為我國發展不可缺少的重要組成部分，幾乎覆蓋了所有地區。覆蓋地區的電力網絡中，每一個客戶端連接著不計其數的電器。電力系統要實現可持續健康發展，需要將電力設備與物理對象相連接實現信息互聯，從而建立符合用戶需求的物聯網，實現電器的互通與互聯，推進生產、生活以及家居朝著自動化和智能化方向發展，提高人們的生活品質，實現覆蓋地區的智能化。物聯網應用廣泛，得到了重視。例如，配備全國聯網電器裝置，可利用智能終端實時動態監測電網運行軌跡與狀態，全面分析數據，提高電力系統調度的科學性和合理性，確保配電網安全穩定運行[2]。

各種傳輸與轉換設備共同組成了電力網，利用光纖傳輸設備實現信息的相互連接與傳遞。但是，實際應用中，配電網存在較多問題，無法利用現階段的相關技術不斷拓展。電器利用傳統的物理性連接模式存在連接質量差、外部影響多等缺點。因此，在電力系統信息互聯階段，要與5G通信技術相結合，實現電力設備在配電網中的穩定可靠連接，最大限度地發揮其傳輸功能與轉換功能。在相對規模較大的場景，要將電力系統各個環節實現鏈路串聯，從而全面分析社會不同層面的耗電特征。互聯網系統容量具有高強度與高連接特點。應用5G通信技術不僅實現了電子設備與物聯網的結合，而且能有效解決很多電力問題，使得交通網絡、家用電器連網等變得更加安全可靠，且操作簡便快捷[3]。

3 泛在電力物聯網與5G通信技術融合的意義

泛在電力物聯網主要由平臺層、網絡層和感知層3部分組成，利用網絡物理設計形成專業性較強的物聯網系統框架。應用泛在電力物聯網能有效滿足現階段電力發展需求，通過合理調整泛在電力資源配置，結合備用設備進行合理規劃，能提高信息識別功能。泛在電力物聯網能大范圍應用我國現階段的信息網絡技術與無線技術，掌握電力網絡的實施動態和實際分布情況[4]。將5G通信技術與泛在電力物聯網系統建設相結合，建設后可實現對大量數據信息的精準收集與分析處理，實現電力系統在運行過程中的精準控制，確保數據信息的準確性，同時大幅提高數據信息的傳輸速率。在5G通信技術與泛在電力物聯網結合的過程中，融入人工智能技術可以簡化泛在物聯網通信，加快泛在網絡的發展。在泛在物聯網運行階段的實際數據信息發送前，需要整合、分析和處理收集的大量數據信息，得到初步預測和發展目標，為后續可持續工作提供基礎。此外，泛在電力物聯網在應用運行階段要注意數據的可靠性，提高安全性保護措施，詳細分析傳感器系統下數據信息的工作運行軌跡與狀態，分析判斷整體網絡通信，并將判斷得到的最終結果傳輸給用戶終端。其他通信技術與5G通信技術在泛在電力物聯網下的性能參數對比如表1所示[5]。

表1 不同通信協議的性能參數對比

4 泛在電力物聯網的設計與研究

4.1 傳統泛在電力物聯網設計與研究

電網系統從變電站到客戶端，涉及的感知區域范圍在不斷變小，而設備存儲量在不斷變大，以滿足電力物聯網在工業互聯網平臺的逐級控制要求。為滿足泛在電力物聯網建設要求，在智能物聯體系上需要不斷強化邊緣與終端的連接互動功能，以確保區域自治等場景下的應用。

近年來，電力企業在技術應用上不斷改進與調整，建設了一種單一性的泛在電力物聯網網絡整體框架。與其他物聯網類似，它主要是由感知層、網絡層、平臺層以及應用層4部分構成，如圖1所示[6]。

圖1 傳統泛在電力物聯網設計框架

傳統泛在電力物聯網中，感知層主要是對智能化的終端標準做統一接入，將接入后采集的大量數據源信息利用網絡層多協議自組網絡傳輸到內部專網，然后和互聯外網結合，將信息上傳至國家電網構建的平臺層。通常國家電網構建的平臺層屬于一體化國網云平臺，會全面分析、整合、存儲上傳來的數據信息，再將整合后的數據傳送到最后的應用層，通過應用層實現用戶定向服務和遠程監控。可以看出，在整個框架運轉過程中，平臺層是整個物聯網在運行階段的核心。平臺層和網絡層利用發送的數據信息有效控制電力終端[7]。

4.2 新型泛在電力物聯網設計與研究

現階段，在我國電力建設上，電力物聯網的應用已經能解決一些傳統電力在測量階段遇到的問題，但在整體網絡框架方面仍然存在弊端。一方面，一體化國網云平臺在上傳數據的分析整合過程中形式過于單一，且因為技術限制無法滿足用戶日益增長的電力需求，也無法實現電力系統的自動化和智能化控制。另一方面，在整體框架采用多種通信協議結合的基礎上，才能完成各層間的數據分析與傳輸，且不同地區采用的通信技術方式也會出現偏差，造成通信協議不兼容、信號錯誤以及信號差等問題。

在新型電力物聯網技術研發應用中，應將其與5G通信技術有機結合，以其他通信協議為輔助，構建能滿足用戶、電力企業等多機構需求的整體電力物聯網框架，從發電、變電、輸電以及配電4個方面的應用出發，展開對新型泛在電力物聯網的設計與研究[8]。

發電環節的應用。新型泛在電力物聯網的發電環節，主要涉及太陽能光伏發電、風力發電、核能發電以及火力發電等方面。將5G通信技術與物聯網技術相結合，可提高風力發電的智能化水平，從而不斷提高發電效率。

變電環節的應用。變電環節主要是對如電流、電壓等指標作出調控，以滿足工業生產、居民生活對電力的需求。在5G通信環境下，結合物聯網技術，能實現變電環節網絡的高精準性，再利用遙感監測技術對變電站進行動態實時數據監測、收集、傳輸以及分析等，從而為運維人員提供檢測技術服務，確保電力系統運行的安全性。

輸電環節的應用。電力系統輸電環節主要是利用物聯網技術中的感知層，對相關電路安裝傳感器，結合網絡終端對電力系統線路實現實時數據輸送與監控。傳感器具有的高敏感性和高靈活性，在線路發生故障時第一時間進行診斷并發出預警，再通過智能設備將故障信息上傳共享，使得電力人員在監控室就能實現對電力系統的控制。

配電環節的應用。配電環節主要是連接用戶所需的電網流程部分。物聯網與用戶連接過程中，需使配電網處于最佳的應用環境。物聯網在配電環節的應用能實現電力傳輸階段對用戶用電功率需求的精準分析，以便結合用戶用電需求和實際用電情況對電力傳輸作出精準調控，實現電力資源合理調配，降低電力能源損耗，避免浪費[9]。

5 5G通信與泛在電力物聯網結合的應用展望

5.1 雙網聯合優化

現階段5G通信技術與泛在電力物聯網結合形成的低功耗優勢還不夠明顯，但隨著未來通信量的不斷增加，低耗能優勢會不斷凸顯。5G通信技術與泛在電力物聯網上主要起到相互協調、供需以及互動等作用，從而實現2者結合后的優化。但是，5G通信技術需要高電力保障，在電力系統覆蓋較弱地區、通信需求量較高地區進行雙網優化。在具體實踐中需要與地區實際情況相結合，以制定科學合理的發展策略。

5.2 雙網安全隱私性

隨著5G通信技術應用的快速發展，泛在電力物聯網運行過程中實現了物與物之間的信息數據傳遞與共享，但這種信息數據的傳遞存在隱私暴露隱患，因此在未來技術研發階段要重視安全隱私問題。在電力系統中存儲電網安全數據信息，并在保障安全數據信息時依據等級進行詳細劃分，設置多層權限，確保在安全環境中實現數據信息的傳遞與共享，提供5G通信與電力網絡雙重信息的安全隱私保障。

5.3 多元化商業模式

5G通信技術在泛在電力物聯網應用結合階段，為電力領域與電力企業帶來了新機遇。因此，可以利用新型運營模式實現電力系統商業操作的多元化模式。例如，5G通信技術支持端與端的相互信息傳遞，為P2P能源交易提供技術支持[10]。

6 結 論

5G通信技術為泛在電力物聯網的設計與研究帶來了更多機遇，實現了高速度、高容量、低成本、高可靠性、廣覆蓋以及低延時等。將5G通信技術特點應用于電力物聯網不同場景構建階段，可改善當前的電力運用模式，為用戶更好地提供服務，為電力企業的可持續發展奠定基礎。