5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究與運(yùn)用

摘 要：對(duì)于智能電網(wǎng)而言，其建設(shè)不僅可以在一定程度上提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，而且還可以提高供電可靠性。當(dāng)前，5G技術(shù)已經(jīng)在許多行業(yè)得到了開發(fā)和應(yīng)用，因此電力行業(yè)要緊跟時(shí)代的潮流，在智能電網(wǎng)建設(shè)中加強(qiáng)對(duì)5G技術(shù)的研究，進(jìn)一步將更多新型技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)建設(shè)過程當(dāng)中。與此同時(shí)，5G技術(shù)在自動(dòng)配電、負(fù)荷控制、對(duì)電力使用情況采集等多個(gè)領(lǐng)域具有較好的使用效果，所以在未來的一段時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)要加強(qiáng)5G技術(shù)在其中的應(yīng)用。本文主要通過對(duì)5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究與運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)的分析與闡述

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);電力系統(tǒng);應(yīng)用;發(fā)展前景

在最近一段時(shí)間以來，國(guó)家電網(wǎng)加快了推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)。在分布式能源接入、電動(dòng)汽車服務(wù)、配電自動(dòng)化和用戶雙向交互等多樣化領(lǐng)域得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展背景之下，各種電網(wǎng)設(shè)施、電力終端和電力用戶的通信需求大量上升，它們迫切需要實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠、高效的新興通信技術(shù)和系統(tǒng)支持，進(jìn)而在一定程度上提高信息化、智能化水平，為社會(huì)的可持續(xù)化發(fā)展提供強(qiáng)有力的能源支持。

步入二十世紀(jì)，國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)一步提出了構(gòu)建通用電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略部署，這是加快推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的主要內(nèi)容。無處不在的電力物聯(lián)網(wǎng)將在最大限度上為用戶、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、人和物聯(lián)網(wǎng)生成共享數(shù)據(jù)，從而為用戶、電網(wǎng)、供應(yīng)商和政府進(jìn)行服務(wù)。

1. 5G技術(shù)的特點(diǎn)

在最近的一段時(shí)間里，5G技術(shù)被全面提出，隨之人們逐漸地進(jìn)入5G時(shí)代。對(duì)于5G技術(shù)而言，其具備以下幾項(xiàng)特點(diǎn)：第一，帶寬容量急劇提升，傳輸速率翻倍。第二，智能設(shè)備和移動(dòng)終端數(shù)量得到了大幅度的提升。在5G技術(shù)得到逐步應(yīng)用的背景之下，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸速度比4G傳輸高出數(shù)百倍，連接數(shù)量極大增加。與4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用相比，5G網(wǎng)絡(luò)的連接數(shù)有了很大的提高，并且都具備了低時(shí)延、低功耗的特點(diǎn)。第三，在進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸過程中，5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用降低了傳輸時(shí)延和功耗。第四，由于5G技術(shù)主要向個(gè)性化的方向發(fā)展，進(jìn)一步去滿足用戶實(shí)時(shí)信息交互的實(shí)際需求，因此其在一定程度上提高數(shù)據(jù)應(yīng)用的特異性和適應(yīng)性[1];第五，智能網(wǎng)管。5G技術(shù)在根本上提高了頻譜利用率，從而使得終端成本得到了有效的降低。

2. 5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

對(duì)于5G技術(shù)的通訊系統(tǒng)而言，其主要是由宏基站、微基站和核心網(wǎng)共同構(gòu)成，其中核心網(wǎng)[2]主要是進(jìn)行控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)信息的輸送，是整個(gè)通訊系統(tǒng)的“總指揮”;而宏基站主要是利用光纖將微波與核心網(wǎng)進(jìn)行相互之間的連接，在不同地域中的基站以及用戶信息主要是通過無線的方式進(jìn)行通信，而宏基站就可以當(dāng)作通訊系統(tǒng)中的“中樞神經(jīng)”。

3. 5G技術(shù)在電力系統(tǒng)之中的研究與運(yùn)用

3.1 無線智能儀表的運(yùn)用

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的大肆建設(shè)，眾多的智能儀表將會(huì)被應(yīng)用在配電網(wǎng)的方方面面，由于5G技術(shù)本身擁有高傳輸速率、低時(shí)延等特性，致使它可以完全的滿足儀器的檢測(cè)需求。加上其傳輸效率極高，可以有效、科學(xué)地將智能儀器搜集的數(shù)據(jù)信息在第一時(shí)間傳輸?shù)皆贫朔?wù)器上面。

由于智能電能儀表可以運(yùn)用的點(diǎn)較多，致使其可以極為方便的接入到5G網(wǎng)絡(luò)之中。此外，5G智能電能儀表可以在一定程度上提高電能數(shù)據(jù)信息讀取和接受的精準(zhǔn)性，進(jìn)而在一定程度上可以對(duì)用戶電能消耗習(xí)慣的分析得出更為準(zhǔn)確的結(jié)果。這也為優(yōu)化能源調(diào)度和負(fù)荷預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。對(duì)于那些距離市中心較遠(yuǎn)的城區(qū)或者有線網(wǎng)絡(luò)的安裝不方便的區(qū)域，安裝無線智能儀表是再好不過的了。在部分配電站區(qū)使用5G智能儀表，不僅可以盡可能降低儀表的電能損耗，延長(zhǎng)儀表的使用時(shí)間，而且還可以節(jié)省電纜、光纜及相應(yīng)的交換設(shè)備的敷設(shè)成本和許多儀表電纜數(shù)據(jù)的建設(shè)工程費(fèi)，極大節(jié)省了無所不在的電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本。

3.2 變電環(huán)節(jié)中的運(yùn)用

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的管理，可以將電站的智能化功能充分的展現(xiàn)出來，所謂的變電站就是建立在多樣化嵌入式傳感器基礎(chǔ)之上的信息傳輸。所以，要想進(jìn)一步保證電壓、電流等數(shù)據(jù)信息的智能化測(cè)量和傳輸，有效地降低成本，一定要對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化與維護(hù)，進(jìn)而在一定程度上保證互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其設(shè)備有序的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，要加強(qiáng)對(duì)變電站信息數(shù)據(jù)進(jìn)行合理、有效的監(jiān)控[2]，并在監(jiān)控過程中，相關(guān)工作人員要嚴(yán)格的規(guī)范自己的行為，充分的保障互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的精確性以及設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在這個(gè)整體的過程之中，倘若發(fā)現(xiàn)各種各樣的故障發(fā)生，要及時(shí)的向有關(guān)部門進(jìn)行匯報(bào)，并在第一時(shí)間內(nèi)做出正確的決策以及合理的解決。在正常的情況下，除了定期維護(hù)相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備外，還需要對(duì)相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，合理選擇5G網(wǎng)絡(luò)，方便監(jiān)控過程。

3.3 發(fā)電環(huán)節(jié)中的運(yùn)用

隨著時(shí)間的不斷推移，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通過長(zhǎng)時(shí)間的演化逐漸變成了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而電力系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之中扮演著至關(guān)重要的角色。對(duì)于早年發(fā)現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而言，剛開始是1G，后來是4G，現(xiàn)在甚至出現(xiàn)了5G，而這一發(fā)展為電力系統(tǒng)的智能化與信息化的進(jìn)步與發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，由于電力系統(tǒng)的智能化與信息化的發(fā)展是基于數(shù)據(jù)、語音、圖像為基礎(chǔ)的，因此隨著5G技術(shù)逐步地成熟，5G技術(shù)已經(jīng)循序漸進(jìn)的融入到人們的日常生活中并作為網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展的核心因素推動(dòng)著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，所以要根據(jù)時(shí)代發(fā)展需要對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行重新鉆研與探究，其中發(fā)電環(huán)節(jié)占主要部分。除了上述所描述的5G的深度層次外，還需要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)，通過將5G網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互之間的結(jié)合，可以在最大程度上提高人們的生活質(zhì)量。但是在此階段中需要關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新與研發(fā)，充分的將通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史與電力系統(tǒng)的發(fā)電功能充分結(jié)合起來。比如，在1G到4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程之中，將它們自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)予以結(jié)合，并摒棄了它們的缺點(diǎn)，從而在此基礎(chǔ)上結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)就會(huì)變得更加的優(yōu)質(zhì)與高效，為我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展提供了基本保障。

3.4 智能配電運(yùn)行管理中的運(yùn)用

在對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查和管理的過程之中運(yùn)用5G技術(shù)，不僅可以在一定程度上實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息狀態(tài)，而且還可以對(duì)傳輸智能配網(wǎng)的檢修信息進(jìn)行細(xì)致的檢查。與此同時(shí)，在檢修過程中所產(chǎn)生的視頻或者音頻信息也可以被及時(shí)的存儲(chǔ)到云端平臺(tái)，進(jìn)而為設(shè)備的管理提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。倘若工作人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)態(tài)管理出現(xiàn)異常，但卻又不知如何進(jìn)行處理時(shí)，就可通過移動(dòng)智能終端邀請(qǐng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)議，然后對(duì)設(shè)備所出現(xiàn)的異常進(jìn)行診斷，并通過科學(xué)的技術(shù)手段進(jìn)行有效的制止。以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的移動(dòng)智能終端具備一定的特殊性，不信可以對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的加密[5]，而且還可以在最大限度上保障數(shù)據(jù)信息的隱秘性。

3.5 配電網(wǎng)控制中的運(yùn)用

當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)多樣化故障和問題時(shí)，故障指示器將把相關(guān)信息準(zhǔn)確的傳輸?shù)皆贫朔?wù)器中，然后云端服務(wù)器會(huì)依據(jù)故障指示燈和配電網(wǎng)當(dāng)前的狀態(tài)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，隨后將監(jiān)測(cè)到的運(yùn)行結(jié)果以及故障切除指令在進(jìn)行發(fā)出，通過利用5G技術(shù)的特性盡可能的降低指令的執(zhí)行時(shí)間，進(jìn)而在一定程度上縮短事故時(shí)間和減少由于事故的發(fā)生而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)三相不平衡的狀態(tài)時(shí)，需要將現(xiàn)場(chǎng)收集的電壓信號(hào)迅速輸送到云服務(wù)器中，然后在云服務(wù)器上執(zhí)行相關(guān)的算法以及優(yōu)化與完善負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，待所有步驟都實(shí)施完畢之后發(fā)出動(dòng)態(tài)負(fù)荷調(diào)整指令。

3.6 應(yīng)急通信

對(duì)于通訊方式而言，其又被叫做應(yīng)急通訊。之所以被稱為應(yīng)急通訊主要是因?yàn)榇朔N通信方式的時(shí)間和地點(diǎn)不是固定的。在整個(gè)電力系統(tǒng)之中選擇應(yīng)急通訊，需要在一定的條件之下對(duì)通信問題提出有效、可靠、合理的解決方案。與此同時(shí)，當(dāng)溝通出現(xiàn)問題之后，需要調(diào)查維修人員對(duì)整個(gè)溝通過程進(jìn)行檢測(cè)，但這種工作形式無疑給維修人員帶來了極大的工作壓力。

應(yīng)急通信方式在使用的過程之中很難被很好的控制，比如在出現(xiàn)通訊問題之后通信總部需要對(duì)所有通信網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)的排查與檢查，進(jìn)一步為維修人員帶來較大的工作壓力。所以，如果想要很好地解決這一個(gè)問題，通信相關(guān)人員必須履行自己的職責(zé)和義務(wù)，從而在根本上保證通信質(zhì)量。

3.7 配電環(huán)節(jié)中的運(yùn)用

在電力系統(tǒng)的整個(gè)輸配電系統(tǒng)之中，智能傳感器可以將輸配電線路的故障和事故立即傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)人員通過傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、排除和解決輸電線路的故障，進(jìn)而在一定程度上實(shí)現(xiàn)輸配電系統(tǒng)的優(yōu)化配置。此外，監(jiān)控部門還可以通過使用無人機(jī)傳感器對(duì)每一個(gè)不同區(qū)域內(nèi)的輸電線路進(jìn)行實(shí)時(shí)的巡檢，并通過機(jī)載攝像機(jī)詳細(xì)的記錄線路故障情況，為監(jiān)控人員提供線路故障數(shù)據(jù)。因?yàn)?G技術(shù)具備了高帶寬、低時(shí)延等多樣化的特性，使得故障圖像的傳輸速率被極大的提高，從而在最大限度上讓監(jiān)控部門可以及時(shí)了解與掌握故障問題，保障輸電線路的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。與此同時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與5G技術(shù)進(jìn)行相互之間的融合，可以對(duì)每一家用戶使用電的情況進(jìn)行詳細(xì)、細(xì)致的監(jiān)測(cè)與分析，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)可以及時(shí)對(duì)輸電線路進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置，加強(qiáng)對(duì)電能的使用率。

4. 5G技術(shù)發(fā)展前景

4.1 5G技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)存在的大部分衛(wèi)星公司和無線局域網(wǎng)公司為了緊跟時(shí)代的潮流，逐漸地開始將藍(lán)牙技術(shù)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互之間的融合，而這種方式方法在一定程度上加快了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度。另外，一些企業(yè)通過使用5G技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及5G網(wǎng)絡(luò)延伸到人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦校谷藗冋嬲母惺艿?G技術(shù)帶來的方便化與便捷化。對(duì)于絕大多數(shù)企業(yè)而言，他們選擇互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G技術(shù)的主要原因就是看到了其們今后的發(fā)展前景?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)與5G網(wǎng)絡(luò)相互之間的結(jié)合，不僅在一定程度上對(duì)中國(guó)通信企業(yè)起到積極作用，而且還為中國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展提供動(dòng)力。

4.2 基于5G的電力系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)

隨著電力行業(yè)改革進(jìn)程的推進(jìn)，電力系統(tǒng)中電力調(diào)度和故障分析判斷對(duì)時(shí)間同步的需求愈發(fā)凸顯，特別是在實(shí)時(shí)控制中電力系統(tǒng)直接使用時(shí)間同步系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，而5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步精度較高，可滿足電力系統(tǒng)的時(shí)間同步需求，建立一套基于5G的電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中5G技術(shù)應(yīng)用的一大趨勢(shì)。基于5G的電力系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)涵蓋了基站與5G用戶終端的時(shí)間同步、5G用戶終端與電力設(shè)備的時(shí)間同步兩部分。

結(jié)語：綜上所述，將5G技術(shù)運(yùn)用在電力系統(tǒng)之中，包括無線智能儀表的運(yùn)用及在發(fā)電、變電、智能配電運(yùn)行管理、配電網(wǎng)控制、應(yīng)急通信、配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，可以有效、合理推動(dòng)每一個(gè)環(huán)節(jié)的有序進(jìn)行，進(jìn)而在一定程度上為國(guó)家電網(wǎng)的安全、可靠的運(yùn)行起到積極的促進(jìn)作用，進(jìn)一步優(yōu)化與完善電力系統(tǒng)，加強(qiáng)電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的改善與升級(jí)，從而在最大限度上提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為每一位用戶安全用電奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宏延，顧舒嫻，完顏紹澎，等.5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].廣東電力，2019，32（11）：78-85.

[2]月球，王曉周，楊小樂.5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)探討[J].現(xiàn)代電信科技，2014，（12）：27-31.

作者簡(jiǎn)介：

謝藝輝（1977.8--），男，福建安溪人，工程師，本科，研究方向：變電運(yùn)維。

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司安溪縣供電公司，福建 泉州 362400）