“5G+MEC”技術在電力行業中的應用

摘要：隨著5G技術的飛速發展，其高速率、低延遲、大連接等優勢為電力行業數字化轉型和智能升級提供了新的機遇。然而，傳統電力系統面臨著數據傳輸速度慢、網絡延遲高、安全性差等問題，亟需新的技術方案。而多接入邊緣計算技術將計算和存儲任務下沉到網絡邊緣，提升了數據處理效率和安全性。5G與MEC技術結合，為電力行業智能發展帶來了新的可能。因此，本文首先概述了5G和MEC技術的原理和特點，分析了二者結合的優勢，探討了“5G+MEC”技術在智能電網管理、配電自動化、電力設備維護和電力數據安全等場景中的應用價值和效果。最后，通過案例分析，展示了“5G+MEC”技術在電力行業中的應用效果，并展望了未來的發展趨勢。

關鍵詞：5G；MEC；電力行業

一、引言

（一）5G技術原理與特點

5G技術基于OFDM和多址接入技術，融合可變長子載波、多天線MIMO和波束賦形等技術，構建了大帶寬、低時延、高可靠的網絡。5G技術包含eMBB、uRLLC和mMTC三大應用場景，滿足高速互聯網接入、低時延關鍵任務通信和物聯網大規模連接的需求。5G網絡提供超過100 Mbit/s的體驗速率，局部熱點區域能夠達數十吉比特每秒，支持高質量視頻流和虛擬現實等應用。空口時延低至1毫秒，適用于自動駕駛和遠程醫療等即時響應場景。5G網絡的可靠性高達99.999%，支持低功耗、大連接、低成本的海量終端接入，適用于智能城市和智能家居。網絡切片技術將網絡虛擬化為多個端到端、具有不同特性的邏輯子網，滿足不同行業和應用場景的差異化需求，使網絡更加靈活高效 [1]。

（二）MEC技術原理與特點

多接入邊緣計算技術（MEC）通過在無線接入側部署通用服務器，將計算和數據緩存任務下沉至用戶側邊緣節點，縮短了業務響應時延，滿足5G網絡對時延、帶寬和能力開放的需求。MEC技術的核心優勢在于計算卸載功能，通過將用戶終端的計算任務轉移至MEC服務器處理，可以顯著減少終端設備的計算負擔，同時提高響應速度，這一特性對于需要增強現實和虛擬現實等高計算能力和低時延的應用尤為重要。緩存技術是MEC的另一個關鍵特點，MEC服務器可以將熱點圖片、視頻等熱點數據存儲在本地，從而能夠直接與請求方建立連接并提供信息，不僅減少了數據傳輸的時延，也降低了對核心網絡的依賴，提升了用戶的使用體驗。例如，觀看熱門視頻時，用戶可以享受更快的加載速度和更流暢的播放體驗[2]。分流技術也是MEC的重要特點之一，它減少了時延，增強了用戶體驗。

（三）5G與MEC的結合優勢

5G與MEC技術的結合為電力行業帶來了顯著優勢。5G的超大規模連接和超低時延特性，滿足了電力行業對數據采集、移動接入和自動控制的需求，為智能電網的高效運行提供了穩定可靠的連接。5G網絡切片與MEC的集成部署，通過創建多個虛擬網絡并根據業務需求進行優化，提升了智能電網的安全性和可靠性，增強了差異化服務的保障能力。MEC的部署則將計算和存儲任務下沉至邊緣節點，減少了核心網絡負擔，提高了業務處理效率。此外，“5G+MEC”技術還促進了電力行業的業務創新，引入配電自動化、智能機器人巡檢和電力AR/VR等新興業務，推動業務模式轉型升級。在成本控制方面，本地存儲和運算減少了數據傳輸需求，節省了傳輸資源和帶寬使用成本。同時，數據本地處理和存儲降低了數據泄露風險，為電力系統提供了更高階的安全保障[3]。

二、“5G+MEC”技術在電力行業的應用場景

（一）智能電網管理

在電力行業中，5G與MEC技術地結合在多個應用場景中展現其強大的潛力和效果。特別是在智能電網管理方面，“5G+MEC”技術通過多種創新應用極大地提升了電網的智能化水平和管理效率。

首先，智慧工地是“5G+MEC”技術在電力行業的典型應用。在變電站建設過程中，利用5G安全帽、5G塔機安全監控、5G手機巡檢，以及“BIM+VR”技術，可以實現對工地的實時監控、安全管理和進度控制。5G安全帽配備了高清攝像頭和傳感器，能夠實時傳輸工地的現場視頻和環境數據，確保工人的安全。5G塔機安全監控系統可以實時監測塔機的運行狀態，及時發現和處理安全隱患。而通過5G手機巡檢，管理人員可以隨時隨地檢查現場，提升了工作效率。“BIM+VR”技術的結合，使施工人員可以通過虛擬現實技術完成模擬操作和培訓，提高施工的準確性和效率。

其次，5G鷹眼系統是另一項重要應用，它集成了多目標跟蹤和視頻算法程序，能夠實現對可視區域內目標的實時跟蹤和報警。該系統能夠滿足變電站、高壓輸電線路等重要設施的高等級安保需求。通過高清攝像頭和AI算法，5G鷹眼系統可以實時識別和跟蹤可疑人員和物體，并在異常情況發生時及時報警，能夠提升了電網設施的安全保障能力[4]。

最后，“5G+AR”遠程輔助檢修平臺也是“5G+MEC”技術在智能電網管理中的一項創新應用。通過搭建AR遠程輔助維護平臺，現場人員可以利用AR設備與后臺專家“面對面”溝通，實現遠程技術支持和故障診斷。這種方式不僅提高了現場檢修的效率和準確性，還可以實施專業培訓和指導業務生產。

（二）配電自動化

配電自動化是5G與MEC技術在電力行業中的又一應用領域。該場景中，5G技術的高穩定性、高可靠性和大帶寬特性為配電系統提供了強有力的支持，使配電狀態的感知和線路保護得以實現，從而提升了整個電網的安全性、可靠性和靈活性。

在配電狀態感知方面，5G技術展現出其強大的優勢。通過利用5G網絡的高帶寬和高可靠性，將采集到的高精度錄波波形和海量實時電氣量數據實時上傳至配電自動化主站。這一過程不僅保證了數據傳輸的穩定性和及時性，還提高了數據的精度和完整性。實時上傳的高精度數據可以為配電系統的監控和管理提供準確的信息支持，確保電網業務的安全性和可靠性。例如，在配電系統中，實時監測各個節點的電壓、電流等關鍵參數，可以及時發現和處理異常情況，避免故障的發生。

開關站線路縱差保護也是5G技術在配電自動化中的關鍵應用。5G的超低時延和超高安全性使其能夠承載線路縱差保護信號的傳輸，這種保護方式需要在極短的時間內傳遞和處理保護信號，以確保線路故障能夠被迅速檢測和隔離，從而保護電網的安全運行。5G技術的應用使線路縱差保護的信號傳輸時延得以滿足，顯著提升了線路保護的響應速度和準確性。例如，在電網運行中，當某條線路發生故障時，保護裝置可以在毫秒級別時間內通過5G網絡傳輸故障信號，迅速采取保護措施，防止故障擴大，保障電網的穩定運行。

（三）電力設備維護

在電力設備維護方面，5G與MEC技術的結合展現出顯著優勢。通過智能巡檢機器人和無人機巡檢系統，電力設備維護的效率和準確性得到了提升，同時也增強了電網運行的可靠性和安全性。

首先，5G智能電站巡檢機器人利用5G通信技術，可以實時回傳高清的巡檢畫面、環境信息和設備數據。通過將這些數據傳輸至MEC平臺，系統能夠自動完成人工智能分析，判斷巡檢區域內的環境和設備是否存在異常。這種實時數據傳輸和分析能力，使巡檢機器人能夠及時發現和報告潛在的問題，避免設備故障和事故的發生。例如，當巡檢機器人檢測設備溫度異常或有異物侵入時，系統會立即發出警報，并將相關信息傳送至維護人員，確保問題能夠得到迅速處理。此外，巡檢機器人還具備遠程控制和調度功能，維護人員可以通過5G網絡對機器人完成遠程操作，靈活調整巡檢路線和任務，提高巡檢的覆蓋范圍和效率。

其次，無人機巡檢是5G技術在電力設備維護中的另一應用。通過利用5G網絡，無人機可以實現變電站及線路的實時巡檢，提升了故障發現后的處理效率。無人機配備了高清攝像頭和各種傳感器，能夠在巡檢過程中實時傳輸影像和數據至地面控制中心，MEC平臺可以基于人工智能圖像識別技術，對巡檢影像進行自動分析，快速識別設備的異常狀況。例如，當無人機巡檢至高壓線路時，系統可以實時檢測線路上的破損、老化和其他潛在隱患，并生成巡檢報告供維護人員參考。相比傳統的人工巡檢方式，無人機巡檢具有速度快、覆蓋面廣、準確性高等優點，能夠顯著提高電力設備的巡檢效率和故障處理速度。

（四）電力數據安全

在電力數據安全方面，5G與MEC技術的結合提供了多層次的保護措施，顯著提升了電力企業的數據安全性。通過數據不出站點、本地卸載和安全隔離等方式，“5G+MEC”技術為電力行業打造了強大的數據保護機制。

“5G+MEC”技術能夠將核心網用戶面下沉至電力基礎設施，實現用戶的業務數據不出站點。該技術措施確保電力企業的敏感數據在本地處理和存儲，避免了數據在傳輸過程中可能遭受的風險和威脅。例如，在變電站中，生產和管理數據可以在本地處理，無需傳輸至遠程數據中心，降低了數據被截獲或篡改風險。

MEC技術的分流功能實現了數據本地卸載，保障了電力企業各項業務數據的私密性和安全性。通過將變電站生產及管理數據在本地處理存儲，可以減少數據在傳輸過程中的暴露風險，提高了數據處理的效率和安全性。MEC平臺在邊緣節點上快速處理數據，并將結果反饋給本地系統，不僅提升了數據處理的速度，還增強了數據的安全保護。例如，變電站的生產數據可以在本地MEC服務器上完成處理和分析，避免數據外流，確保數據的私密性和安全性[5]。

“5G+MEC”技術結合網絡切片技術，能夠構建基于業務粒度的電力虛擬專網，滿足電力企業對不同隔離要求和不同類型業務流的安全隔離需求。通過網絡切片技術，電力企業可以根據不同業務的安全需求，創建多個獨立的虛擬網絡，每個網絡可以具有不同的安全策略和訪問控制，這種方式提高了網絡的靈活性和安全性，確保不同業務之間的數據隔離和安全保護。例如，電力企業可以為生產控制系統、管理信息系統和客戶服務系統分別創建獨立的網絡切片，確保各系統之間的業務數據互不干擾，提升整體數據安全水平。

三、“5G+MEC”技術在電力行業的應用案例分析

在電力行業，傳統的網絡傳輸方式已經無法滿足日益增長的智能需求。以國網某水口發電集團為例，該集團通過5G MEC（移動邊緣計算）技術的應用，成功實現了智慧通航管理。具體而言，在通航樞紐區域內建設了5G MEC網絡，能夠實時監測船舶通航情況。便攜式5G布控球快速部署在視頻圖像采集點，通過無線接入方式，采集的高清視頻信號得以高效回傳。企業機房中的5G核心網設備則負責用戶認證控制和數據安全處理，此舉不僅大幅度提升了監控效果，還保證了數據安全性。

在應用中，“5G +MEC”技術顯著改善了傳統4G網絡下的視頻傳輸質量和時延問題。邊緣計算平臺使視頻數據在本地進行處理和傳輸，避免了長距離傳輸帶來的延遲問題。5G網絡的高帶寬和低時延特性，使高清視頻可以實時回傳，調度人員能夠高效監控和應對突發狀況。測試數據顯示，在電力5G網絡架構下，下行帶寬高達800MB至1GB，上行帶寬實現定制化，支持多路高清視頻傳輸。該案例展示了5G MEC在提升網絡性能和業務效率方面的巨大潛力，優化了現有的網絡架構，提升了成本效益。通過無線接入方式，避免了傳統有線網絡布線的復雜性和高成本，特別是在地形復雜的區域。同時，由于數據不出企業本地，節省了公網傳輸的流量費用，提升了數據安全系數。通過5G MEC技術的應用，國網某水口發電集團成功應對了電力行業數據傳輸和處理的多重挑戰，展示了5G MEC在提升網絡性能和業務效率方面的顯著優勢。該案例不僅為其他電力企業提供了可借鑒的創新路徑，也預示了5G MEC在電力行業乃至更多領域中發揮更重要作用的可能性。

四、結束語

通過分析國網某水口發電集團應用“5G +MEC”技術案例，可以看出“5G +MEC”技術在電力行業具有巨大的應用潛力和價值。該技術的引入不僅顯著提升了網絡傳輸質量和效率，還解決了傳統4G網絡在視頻傳輸中的時延問題。高帶寬和低時延的5G網絡以及邊緣計算平臺的本地數據處理能力，提高了數據傳輸的實時性和安全性。該案例為電力行業提供了一個成功范例，展示了“5G +MEC”技術在優化網絡架構、降低成本和提升數據安全性方面的優勢。未來，隨著“5G +MEC”技術的不斷發展和應用場景的擴展，它將在電力行業乃至更多的領域中發揮更加重要的作用，推動行業智能化和數字化進程。

作者單位：劉茂彬 吳家奇 蔣小莉 國網淮南供電公司

參考文獻

[1]鐘仕軍，余國利，宋仕斌，等.5G網絡切片與MEC部署方案在智能電網中的應用研究[J].廣東通信技術，2023，43（07）：48-51+69.

[2]祁欣學，宋俊廷，范子濤，等.“5G+MEC”在配網差動保護中的應用[J].中國新通信，2022，24（04）：10-13.

[3]劉元瑩，徐溯，姚鵬.基于電力5G的MEC網絡架構與部署策略[J].電子技術與軟件工程，2021，（19）：15-16.

[4]呂聰敏，熊偉.基于5G切片和MEC技術的智能電網總體框架設計[J].電力信息與通信技術，2020，18（08）：54-60.

[5]馬丹，曹廣山，王榮，等.基于“5G+MEC”的泛在電力物聯網建設[J].數字通信世界，2020，（03）：11-12.