淺談5G技術(shù)對電力業(yè)務(wù)的影響

王艷艷，張海峰，原義棟

（北京智芯微電子科技有限公司，北京 100029）

2019年，國家電網(wǎng)公司圍繞“三型兩網(wǎng)”世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)要求，提出了建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，利用先進的通信技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)，構(gòu)建信息化、自動化、互動化的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)[1]。要求發(fā)、輸、變、配、用和調(diào)度等各環(huán)節(jié)設(shè)備實現(xiàn)泛在接入、全程在線，全面感知電網(wǎng)信息和設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費系統(tǒng)的互聯(lián)互通、信息數(shù)據(jù)實時共享[2]。

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，各個行業(yè)都在積極探索5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等前沿技術(shù)在本行業(yè)中的應(yīng)用，電力領(lǐng)域也開啟了探尋5G技術(shù)在電力業(yè)務(wù)上的應(yīng)用的可能性。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義了5G技術(shù)的三大業(yè)務(wù)應(yīng)用場景：URLLC指低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù)，eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù)，mMTC指大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，5G的三大典型場景可為電網(wǎng)各類型業(yè)務(wù)提供支撐。今年6月份，我國首例“特高壓+5G”基站在安徽古泉換流站建成，利用5G技術(shù)的低時延、高可靠、大規(guī)模接入等特點，實現(xiàn)了變電站內(nèi)監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備和智能運維設(shè)備靈活高效、安全可靠的接入系統(tǒng)。電力5G技術(shù)不僅促進了原有電力業(yè)務(wù)向大帶寬、低時延方向的發(fā)展和應(yīng)用，同時也催生了一系列的電力新業(yè)務(wù)[3]。

1 電力5G對原有電力業(yè)務(wù)的提升

5G技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用，對發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)都有提升[4-5]，電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)示意圖

1.1 發(fā)電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)

實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，提高清潔能源的利用率。通過在設(shè)備上應(yīng)用智能傳感設(shè)備，全面感知源、網(wǎng)、荷、儲等設(shè)備運行、狀態(tài)和環(huán)境信息，利用智能傳感測量技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析來優(yōu)化調(diào)度，利用5G技術(shù)實現(xiàn)發(fā)電廠與用電端低時延、高可靠的協(xié)調(diào)控制。典型業(yè)務(wù)場景為風(fēng)力電廠，借助5G無線專網(wǎng)，調(diào)度中心實時掌握風(fēng)機的出力情況，并實時調(diào)整風(fēng)機出力，確保分布式電源出力在可控范圍之內(nèi)，避免產(chǎn)生棄風(fēng)限電現(xiàn)象[6]，提高清潔能源的利用率。

1.2 輸電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)

實現(xiàn)輸電線路實時監(jiān)控，提高輸電線路運行安全。通過在輸電線路上部署智能傳感系統(tǒng)，對輸電線路/鐵塔進行實時監(jiān)測，利用5G技術(shù)將線損、絕緣損壞、故障異常等消息實時反饋給監(jiān)控中心，實現(xiàn)告警實時抓拍和實時視頻監(jiān)控，確保輸電線路的安全運行。另外，在5G專網(wǎng)模式下，無人機巡檢輸電線路時可同時搭載高清攝像頭、超聲波測距、紅外感應(yīng)器等設(shè)備進行航拍，無人機可以拍攝和傳輸更多、清晰度更高的圖片和視頻，提升輸電線路巡檢時故障定位的精度和準(zhǔn)確度。

1.3 變電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)

實現(xiàn)變電站監(jiān)控和故障預(yù)判，提高變電站檢修效率。通過在變電站、配電房等區(qū)域安裝高清攝像頭和智能傳感設(shè)備，實現(xiàn)自動信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等功能[7]。在變電站帶電檢修方面，通過視頻監(jiān)控攝像頭，結(jié)合人工智能技術(shù)，實時監(jiān)測變電站環(huán)境和操作人員狀態(tài)變化，利用5G專網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)4K高清監(jiān)控視頻信號的實時回傳，實現(xiàn)變電站內(nèi)巡檢機器人的遠程監(jiān)控，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測環(huán)節(jié)和狀態(tài)評估環(huán)節(jié)實時互聯(lián)，設(shè)備狀態(tài)信息可實時反饋給現(xiàn)場檢修人員，實現(xiàn)遠程維護與操作，大大提高檢修效率。

1.4 配電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)

實現(xiàn)分布式電源大規(guī)模接入，拓展配電自動化應(yīng)用范圍。通過5G技術(shù)為光伏云網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)控、電費結(jié)算等業(yè)務(wù)提供大寬帶傳輸通道，滿足不同業(yè)務(wù)的差異化需求，更加安全高效地實現(xiàn)個性化、智能化的綜合服務(wù)。5G技術(shù)可有效解決分布式電源的用戶數(shù)量多、數(shù)據(jù)采集難、站點覆蓋廣等問題，實現(xiàn)配電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)自動化的全覆蓋、全采集、全費控。河北省淶水縣南郭下村的分布式光伏電站已經(jīng)通過5G技術(shù)成功實現(xiàn)了將電站的發(fā)電量、功率、轉(zhuǎn)化率等信息以100G每秒的速度上傳。

1.5 用電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)

實現(xiàn)用電供需端精準(zhǔn)匹配，引導(dǎo)用電管理新模式。通過5G技術(shù)實現(xiàn)更高頻次的用電信息采集，對用戶用電信息進行實時采集、監(jiān)控，實現(xiàn)用電信息的計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測等功能。5G無線專網(wǎng)實現(xiàn)未來新業(yè)務(wù)帶來用戶用電信息數(shù)據(jù)實時/準(zhǔn)實時上報的新需求，可實時發(fā)布用電需求，發(fā)布實時電價，實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)和調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)實時性的雙向互動，引導(dǎo)用戶合理錯峰式用電，達到供需平衡，提高能源輸送和使用效率。

2 電力5G催生的電力新業(yè)務(wù)

電力5G技術(shù)能夠在準(zhǔn)負荷控制、移動巡檢、基建工程現(xiàn)場視頻感知、電動汽車充電樁管控、廣告營銷和大數(shù)據(jù)銷售等業(yè)務(wù)方面實現(xiàn)突破，并可提供一系列的智能服務(wù)。具體表現(xiàn)在：

2.1 智能用電精準(zhǔn)負荷控制業(yè)務(wù)

利用電力5G網(wǎng)絡(luò)的URLLC低時延、高可靠連接場景，通過提高現(xiàn)網(wǎng)監(jiān)測信息的采集頻度和對用戶用電狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對電網(wǎng)資源、負荷的精準(zhǔn)控制。例如，在智能家居方面，電力5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)用戶在照明燈、熱水器、冰箱等家電與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連接的革新，以更快的速度、更強的穩(wěn)定性，實現(xiàn)家電的遠程控制，合理地、有計劃地安排和組織各類家電的用電。既可以優(yōu)化電力資源配置，實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的削峰填谷，又可以為用戶節(jié)省費用，可以讓用戶體驗更智能的居家生活。

2.2 移動巡檢、基建工程實時管控業(yè)務(wù)

利用5G技術(shù)中eMBB場景的3D/超高清視頻等大流量可視化移動寬帶業(yè)務(wù)，實現(xiàn)對高壓線路、管道、設(shè)備等現(xiàn)場巡檢視頻、高清拍照實時上傳，能更快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)電力線路的故障點，可提高輸電線路日常巡檢的效率和精度。通過在基建現(xiàn)場安裝超高清視頻采集終端設(shè)備，采用電力5G技術(shù)通道接入，把基建現(xiàn)場的視頻數(shù)據(jù)實時上傳至視頻監(jiān)控平臺，實現(xiàn)基建工程現(xiàn)場實時管控。

2.3 電動汽車充電樁管控業(yè)務(wù)

利用電力5G技術(shù)中支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的mMTC業(yè)務(wù)場景，通過電力5G專網(wǎng)與充電運營企業(yè)的監(jiān)控運營中心建立連接，實現(xiàn)充電設(shè)施與監(jiān)控運營中心之間的快速、雙向數(shù)據(jù)傳輸，實時監(jiān)控充電樁的采集網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)信息，如電壓、電流、功率、開關(guān)狀態(tài)等運行參數(shù)，通過遠程控制充電開關(guān)和修改充電樁的參數(shù)，可以實現(xiàn)對位置分散、數(shù)量龐大的電動汽車充電樁遠程監(jiān)控和故障管理。

2.4 廣告營銷業(yè)務(wù)

通過電力5G專網(wǎng)，利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的平臺推送方式，將企業(yè)廣告最大化的傳播給受眾人群，充分利用網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地投給那些對特定廣告內(nèi)容比較關(guān)注和敏感的人群，實現(xiàn)廣告與用戶的精準(zhǔn)匹配，實現(xiàn)電網(wǎng)上下游產(chǎn)業(yè)公司廣告營銷業(yè)務(wù)。

2.5 大數(shù)據(jù)銷售業(yè)務(wù)

借助電力5G專網(wǎng)，全面采集泛在電力物聯(lián)網(wǎng)各類數(shù)據(jù)，形成大數(shù)據(jù)平臺，通過后臺大數(shù)據(jù)分析，挖掘消費者和企業(yè)的精細需求，提供消費互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)匹配服務(wù)。通過向商家或設(shè)備廠商出售各類非涉密數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析服務(wù)，按照客戶要求提供數(shù)據(jù)定制服務(wù)或者銷售經(jīng)過加工的大數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)銷售業(yè)務(wù)。

3 結(jié)束語

國家電網(wǎng)致力于世界一流的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的建設(shè)，通過5G技術(shù)的低時延、高可靠、大寬帶和海量接入的特點，推動電網(wǎng)業(yè)務(wù)實現(xiàn)了高質(zhì)量發(fā)展，提升原有業(yè)務(wù)的服務(wù)水平并拓展出新業(yè)務(wù)模式。通過在電力業(yè)務(wù)中利用5G技術(shù)，提升了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全息感知、泛在連接、融合創(chuàng)新的能力，進一步推動了公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。