5G 技術和物聯網技術在電力系統中的應用

孫紅慶

（江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司設備能源處，江蘇 淮安 223002）

0 引 言

隨著信息技術的快速發展，5G 技術和物聯網技術作為當代通信與互聯網領域的兩大重要支柱，正在引領數字化時代的潮流。這些技術的廣泛應用改變了各行各業，其中包括能源領域。電力系統作為現代社會不可或缺的基礎設施，正積極探索并逐步融合5G技術和物聯網技術，實現更高效、可靠和智能化的能源管理[1]。文章旨在深入研究5G 技術和物聯網技術在電力系統中的應用，探討它們在該領域的潛在價值和帶來的機遇和挑戰。

1 5G 技術在電力系統中的應用

1.1 在電力系統監控和管理中的應用

1.1.1 基站和設備監控

在基站和設備監控方面，通過實時監測基站的運行狀態和設備健康狀況，可以及時發現潛在故障或異常情況，從而采取相應的措施進行修復或調整，確保基站的穩定運行。監測基站的負載情況和能耗數據，有助于優化基站的資源分配和能源管理，提高基站的運行效率，改善節能效果。基站監測內容統計如表1所示。

表1 基站監測內容統計

1.1.2 數據采集與傳輸

在數據采集與傳輸方面，電力系統需要采集多種數據，涉及電力設備的運行參數、負荷數據、可再生能源發電量等信息。這些數據對于電力系統的監控和運維具有重要意義，有助于實現智能化決策和資源優化配置[2]。同時，實時數據傳輸是保證數據及時性和準確性的關鍵，需要建立高速、低時延的數據傳輸通道。數據采集分布統計如表2 所示。

表2 數據采集分布統計

1.2 在智能電網中的應用

1.2.1 智能計量與計費

智能計量與計費是5G 技術在智能電網中的重要應用之一。電力系統使用5G 技術可以實時監測與記錄用戶的用電行為，并根據用電情況進行智能化計費，為用戶提供更加精準、便捷的用電服務。用電智能監測統計如表3 所示。

表3 用電智能監測統計

通過智能計量與計費，5G 技術可以實現電力系統的用電信息化、智能化，為用戶提供更加個性化和優質的用電服務。智能計量與計費有助于平衡電力系統的負荷，提高能源利用效率，促進電力系統的可持續發展。

1.2.2 負荷預測與優化

負荷預測與優化是5G 技術在智能電網中的另一個重要應用。電力系統通過5G 技術可以實時監測和預測電力負荷，并利用大數據分析和人工智能等技術優化負荷的調度，實現電力供需的平衡和能源資源的高效利用[3]。負荷預測與優化統計如表4 所示。

表4 負荷預測與優化統計

負荷預測與優化的應用可以幫助電力系統更好地應對負荷波動和需求變化，確保電力供應的平穩性。電力系統通過智能調度和能源優化能夠提高能源利用效率，減少能源消耗和對環境的影響，有助于實現電力系統的綠色、智能發展。

2 物聯網技術在電力系統中的應用

2.1 在電力設備監測中的應用

2.1.1 傳感器網絡的構建

傳感器是物聯網系統的核心組件，通過感知和采集設備運行狀態及環境參數的數據連接實際物理世界與數字網絡。通過傳感器網絡的構建，電力系統可以采集設備的實時監測數據，從而提高設備的運行效率和可靠性，降低維護成本，實現智能化管理。傳感器網絡的構建過程包括2 個關鍵步驟。第一，選擇適宜的傳感器。根據電力設備的監測需求選擇合適的傳感器類型。不同的電力設備可能需要不同類型的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等[4]。第二，部署傳感器。將選擇的傳感器部署在電力設備的關鍵部位，實時監測設備運行狀態和環境參數。傳感器的部署位置需要根據電力設備的特點和監測需求來確定，以確保監測數據的準確性和可靠性。

2.1.2 數據采集與實時監測

使用數據通信技術可以實時采集電力設備運行狀態和環境參數，為電力設備的智能化管理、故障預警以及優化運維提供重要支持。第一，傳感器數據采集。在電力設備監測中，各類傳感器部署在設備的關鍵部位，以感知設備的運行狀態和環境參數。傳感器根據設備類型和監測需求，采集不同類型的數據，如溫度、濕度、電流、電壓、壓力等。這些傳感器通過物聯網通信技術將采集到的數據傳輸到物聯網平臺或云端服務器。第二，實時數據傳輸。在進行數據采集后，傳感器通過物聯網通信技術將數據實時傳輸到物聯網平臺或云端服務器，如Wi-Fi、藍牙、LoRa 廣域網（Long Range Wide Area Network，LoRaWAN）、窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）等，以滿足不同場景下的實時監測需求。

2.2 物聯網技術在用電優化中的應用

2.2.1 智能用電監管與節能策略

物聯網技術在用電優化中的應用涉及智能用電監管與節能策略。在用戶側部署智能電表、智能插座等物聯網設備，可以實時監測和采集用戶用電行為數據。電力系統結合大數據分析和人工智能技術，可以為用戶提供智能化的用電監管服務和節能優化策略。

（1）實時用電監測。物聯網技術允許實時監測用戶的用電行為。智能電表和智能插座可以精確記錄用戶的用電量、用電時間段、用電設備等信息。監控中心可以實時查看這些數據，為用戶提供用電情況的實時監測和分析。

（2）用電行為分析。電力系統可以通過大數據分析和人工智能技術深入分析用戶的用電數據，通過數據挖掘和模式識別了解用戶的用電習慣、高負荷用電時段等，有助于發現用電的潛在問題，提出優化用電策略。

2.2.2 用戶側管理與參與

應用物聯網技術進行用戶側的管理與參與是優化用電的重要手段。讓用戶參與到用電優化過程中，并通過物聯網技術提供相關的管理手段，可以激勵用戶節約用電，減少用電峰谷差，從而實現用電的平衡和優化。

（1）用電行為反饋。物聯網技術的應用使得用戶可以及時獲得用電行為的反饋。通過智能電表、智能插座等設備，用戶可以實時查看自己的用電情況，包括用電量、用電時間段、用電設備等信息[5]。這種實時反饋能夠讓用戶了解自己的用電習慣，并鼓勵用戶形成更加節能的用電行為。

（2）能耗分析與能效評估。物聯網技術的數據采集和大數據分析功能，可以對用戶的用電數據進行能耗分析與能效評估。通過比較不同時間段的用電情況，用戶可以清楚地看到自己用電的高峰和低谷時段，從而調整用電習慣，避免高峰用電時段，降低用電成本。

3 5G 技術和物聯網技術在電力系統中的融合應用

3.1 電力系統架構設計

結合5G 技術和物聯網技術，可以構建出健全的電力系統架構，如表5 所示。

表5 電力系統架構

3.2 安全與隱私保障機制

在基于5G 和物聯網技術的智能電力系統中，確保安全與隱私保障是至關重要的措施。智能電力系統涉及大量的數據傳輸和信息共享活動，因此必須采取有效的措施來保護系統的安全性和用戶的隱私。首先，數據傳輸過程中采用數據加密技術加密傳輸的數據，確保只有經過授權的設備和用戶能夠解密數據。其次，為確保數據傳輸通道的安全性，防止數據在傳輸過程中被篡改或竊取，使用超文本傳輸安全協議（Hypertext Transfer Protocol Secure，HTTPS）或其他安全通信協議。最后，為了確保系統中的設備和用戶的安全，采用身份認證與訪問控制措施。每個設備和用戶必須進行身份認證，只有授權的用戶和設備才能訪問系統。采用嚴格的訪問控制策略，限制設備和用戶的訪問權限，以避免未授權訪問和數據泄露。

為了及時發現安全漏洞和異常行為，設置了安全審計和監控機制。實時監控和記錄系統中的操作與數據訪問，有助于快速發現安全威脅并采取措施應對。在保護用戶隱私方面，可以采取隱私保護與匿名化措施。采用匿名化處理方式保護用戶身份，可以確保用戶數據在被共享和處理時不會暴露。此外，要重視物理安全措施，對系統的服務器、網關設備等進行物理安全保護，防止未經授權的物理訪問。

4 結 論

文章深入探討了基于5G 技術和物聯網技術的電力系統應用。基于5G 技術和物聯網技術的智能電力系統不僅可以提高電力系統的能源利用效率，優化電力調度和運行管理，還能推動電力行業向著智能、高效、可持續的方向發展。為了確保系統的安全與隱私，必須采取全面的保障機制，確保數據傳輸和用戶隱私的安全。