5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用分析

◆楊濤

無線通信與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全

5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用分析

◆楊濤

（中國(guó)通信建設(shè)第四工程局有限公司 河南 450052）

可調(diào)節(jié)負(fù)荷在實(shí)際應(yīng)用期間會(huì)受到帶寬、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、時(shí)延等各項(xiàng)因素影響，而5G在連接時(shí)速、數(shù)量、延遲等各個(gè)方面都發(fā)揮著重要優(yōu)勢(shì)，因此，5G技術(shù)對(duì)可調(diào)節(jié)負(fù)荷會(huì)造成直接影響。下面，在對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)進(jìn)行介紹基礎(chǔ)上，對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用進(jìn)行全面分析，希望文中內(nèi)容對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展可以有所幫助。

5G；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；可調(diào)節(jié)負(fù)荷；需求響應(yīng)

電力行業(yè)的快速發(fā)展使我國(guó)電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)都發(fā)生了顯著變化，各種變化對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)帶來了一定挑戰(zhàn)。同時(shí)，在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了新能源，新能源具有波動(dòng)性、隨機(jī)性對(duì)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的功率平衡性造成巨大影響，而通過對(duì)可調(diào)節(jié)負(fù)荷進(jìn)行應(yīng)用，能夠使電網(wǎng)調(diào)峰手段變得更加豐富。

1 5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

（1）具有超大網(wǎng)絡(luò)容量，能夠提供千億連接能力，從而使物聯(lián)網(wǎng)通信能夠得到滿足。

（2）具有連續(xù)廣域覆蓋，而且有高移動(dòng)下，可以使用戶在對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)的體驗(yàn)速度達(dá)到100Mb/s。

（3）連接密度和流量密度大幅度提高。

（4）能夠滿足虛擬現(xiàn)實(shí)、高清視頻等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的傳輸，在信息傳輸過程中，能夠達(dá)到高效、全面、準(zhǔn)確[1]。

（5）空中接口時(shí)延水平能夠保持在1ms左右，因此，可以滿足現(xiàn)代醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等各個(gè)方面的應(yīng)用需求。

2 可調(diào)節(jié)負(fù)荷在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用場(chǎng)景

可調(diào)節(jié)負(fù)荷可以在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中應(yīng)用，而需求響應(yīng)是其中最典型的應(yīng)用場(chǎng)景，為了使可調(diào)節(jié)負(fù)荷作用能夠得到最大程度發(fā)揮，需求響應(yīng)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、連接數(shù)量等各個(gè)方面都有一定要求[2]。非執(zhí)行需求響應(yīng)期間內(nèi)，用戶用電負(fù)荷采集周期要控制在15min以內(nèi)，執(zhí)行需求響應(yīng)期間，約定需求響應(yīng)采集周期應(yīng)當(dāng)控制在1min以內(nèi)，實(shí)時(shí)需求響應(yīng)采集周期則要控制在0.5min以內(nèi)。

開展業(yè)務(wù)期間，要詳細(xì)分析實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)響應(yīng)過程，這就要需求響應(yīng)終端——云平臺(tái)——需求響應(yīng)終端信息交互能夠達(dá)到一定的實(shí)時(shí)性。另外，連接速度，低時(shí)延和高數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)響應(yīng)業(yè)務(wù)的開展能夠起到一定幫助。在將來參與到互動(dòng)的設(shè)備的總量會(huì)超過上百億臺(tái)，這也就對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的具體連接密度提出了更高的要求，而對(duì)5G技術(shù)的應(yīng)用，則為上述場(chǎng)景提供了相應(yīng)的解決方案[3]。

3 分析可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力

選取工業(yè)、居民、商業(yè)綜合體的典型可調(diào)節(jié)負(fù)荷情況完成相應(yīng)的分析作業(yè)，在5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，深度挖掘可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力，進(jìn)而進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)。

3.1 工業(yè)行業(yè)

在工業(yè)行業(yè)中選取具有代表性的鋼鐵行業(yè)，以該行業(yè)為例，完成相應(yīng)的分析工作，鋼鐵行業(yè)中可調(diào)節(jié)負(fù)荷如表1所示。

表1 鋼鐵行業(yè)典型可調(diào)節(jié)負(fù)荷

在需求響應(yīng)期間，如果要對(duì)生產(chǎn)中的單個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，要全面監(jiān)控工藝流程。例如，在調(diào)控軋鋼生產(chǎn)線前，要全面監(jiān)控軋鋼生產(chǎn)線的具體生產(chǎn)進(jìn)度，以及存量鋼坯數(shù)等各項(xiàng)信息，并且要分析作業(yè)，對(duì)上下游的生產(chǎn)作業(yè)的具體節(jié)奏進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)控作業(yè)應(yīng)當(dāng)在全部清除庫存鋼坯下進(jìn)行，避免因?yàn)榍宄粡氐?，?dǎo)致生產(chǎn)的部分鋼坯質(zhì)量減低，無法滿足應(yīng)用需求，因此，必須保證通信網(wǎng)絡(luò)能夠全面覆蓋不同的生產(chǎn)線系統(tǒng)[4]。而在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程中，為了確保生產(chǎn)工作的順利開展，以及生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到相應(yīng)要求標(biāo)準(zhǔn)，要對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行控制，確保爐內(nèi)溫度穩(wěn)定。同時(shí)，在具體調(diào)控期間，若可以將功率調(diào)節(jié)時(shí)延能夠下降到毫米級(jí)，這會(huì)快速降低溫度影響，而5G通信網(wǎng)絡(luò)在具體應(yīng)用期間具有覆蓋范圍廣，而且延時(shí)低等特性，因此，在工業(yè)中的鋼鐵行業(yè)中對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用，能夠滿足可調(diào)節(jié)負(fù)荷在實(shí)際調(diào)節(jié)期間的具體要求，保證生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行[5]。

3.2 居民用戶

我國(guó)土地遼闊，不同地區(qū)的氣候不同，居民的生活習(xí)慣也不同，但是，從整體情況來看，各地常見的可調(diào)節(jié)負(fù)荷都集中在電冰箱、照明設(shè)備、空調(diào)等。居民用戶時(shí)典型可調(diào)節(jié)負(fù)荷情況如表2所示。

表2 居民用戶典型可調(diào)節(jié)負(fù)荷

對(duì)于居民用戶中采用的各種電氣設(shè)備，如果采取直控方式，則個(gè)體調(diào)節(jié)潛力能夠達(dá)到50%，而在具體調(diào)控過程中，準(zhǔn)備時(shí)長(zhǎng)從毫秒級(jí)到分鐘級(jí)，因此，在一定密度情況下，進(jìn)行接入，可以對(duì)先進(jìn)的5G通行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有低時(shí)延和可靠低等各項(xiàng)特點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)居民用戶采用的各項(xiàng)設(shè)備的精準(zhǔn)調(diào)控[6]。

3.3 商業(yè)綜合體

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使我國(guó)城市中出現(xiàn)大量的大型商業(yè)綜合體建筑，這些綜合體建筑中存在大量的能源消耗和可調(diào)節(jié)設(shè)備，其中最典型的系統(tǒng)為照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，由于用電量較大，在實(shí)際運(yùn)行期間可能會(huì)面臨供電不足情況。商業(yè)綜合建筑中的空調(diào)系統(tǒng)主要有分散式空調(diào)、中央空調(diào)，以及變制冷劑流量多聯(lián)式空調(diào)，典型的商業(yè)綜合體中，中央空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的負(fù)荷占比為49.6-50.4%，而照明系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的能耗占比為21.5%-22.8%，兩者累計(jì)可調(diào)控量達(dá)到了27%，具體情況如表3所示。

表3 典型商業(yè)綜合體可調(diào)節(jié)符合情況

對(duì)現(xiàn)代城市中的綜合商場(chǎng)的具體情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)商業(yè)綜合體樓宇密集程度較高，針對(duì)該區(qū)域的供電，為了確保供電的安全性，減少由于供電原因而引起的各項(xiàng)問題，要采取A+等級(jí)進(jìn)行供電。每平方千米的樓宇面積約為4989000m2，加設(shè)該區(qū)域一共有辦公樓24棟，建站9個(gè)，每棟樓存在398個(gè)房間，在整體棟建筑中一共安裝了的29956個(gè)空調(diào)末端，空調(diào)末端主要包括空調(diào)主機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵三相內(nèi)容，綜合體中一共具有105800個(gè)燈具，整棟建筑中可以接入的調(diào)節(jié)負(fù)荷一共有135756個(gè)，數(shù)量巨大，調(diào)控起來難度較大。因此，如果不對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，那么無論是負(fù)荷調(diào)整的接入終端，還是接入后受的負(fù)荷調(diào)整都面臨著較大的難度，難以達(dá)到期望要求。而在5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，每平方米可以接入1000000個(gè)終端，這一接入終端密度，能夠滿足綜合體負(fù)荷調(diào)節(jié)的需求，避免因?yàn)殡娏Σ蛔愣霈F(xiàn)各種問題。

4 面向5G需求相應(yīng)系統(tǒng)的互動(dòng)流程

針對(duì)電網(wǎng)的具體運(yùn)行情況，在5G網(wǎng)絡(luò)通信背景下，制定可調(diào)控負(fù)荷參與電網(wǎng)需求響應(yīng)活動(dòng)流程，從實(shí)際情況來看，整個(gè)響應(yīng)流程應(yīng)當(dāng)是一個(gè)閉環(huán)過程，電網(wǎng)在運(yùn)行期間發(fā)出了消納或削減指令，負(fù)荷在運(yùn)行期間收到了響應(yīng)指令后，要選擇具有針對(duì)性的項(xiàng)目，選取和聚合響應(yīng)資源，完成聚合后，將該響應(yīng)時(shí)間及時(shí)、準(zhǔn)確的返送給相應(yīng)用戶；用戶可以參與或不參與，答復(fù)后，負(fù)荷利用自身云平臺(tái)，完成對(duì)相應(yīng)容量情況的精準(zhǔn)計(jì)算，對(duì)可以實(shí)時(shí)的響應(yīng)計(jì)劃進(jìn)行確定；完成上述操作后，將制定的計(jì)劃上報(bào)給省級(jí)需求響應(yīng)平臺(tái)，由其對(duì)制定的計(jì)劃進(jìn)行審批，通過審批后，下發(fā)計(jì)劃制定通知；用戶接收到了響應(yīng)的指令后，嚴(yán)格依據(jù)指令執(zhí)行響應(yīng)的計(jì)劃，在實(shí)際執(zhí)行期間，要對(duì)用戶采用的設(shè)備，以及系統(tǒng)的具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，執(zhí)行需求響應(yīng)項(xiàng)目前，以及具體執(zhí)行期間，要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)具體用電數(shù)據(jù)；如果在同一時(shí)間達(dá)到目標(biāo)，以及沒有出現(xiàn)響應(yīng)指令，完成響應(yīng)執(zhí)行后[7]。在執(zhí)行前，通過監(jiān)測(cè)能夠獲取到基線數(shù)據(jù)，而且在實(shí)際執(zhí)行期間，或獲取到負(fù)荷變化數(shù)據(jù)，核證電力用戶在對(duì)電力進(jìn)行應(yīng)用時(shí)的需求響應(yīng)效果，同時(shí)，對(duì)產(chǎn)生的具體費(fèi)用進(jìn)行結(jié)算。在整個(gè)執(zhí)行期間，采集頻率必須保持在秒級(jí)，進(jìn)而保證最終核證內(nèi)容的精準(zhǔn)性與合理性。在上述整個(gè)流程中的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

（1）制定激勵(lì)機(jī)制。

（2）打破通信壁壘。

（3）實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。

要想實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，采用的通信網(wǎng)絡(luò)必須安全、穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，以及海量接入，而這也是5G網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì)所在。需要相關(guān)研究人員特別注意的是，如果數(shù)據(jù)的傳輸量較大，可能會(huì)出現(xiàn)延時(shí)情況，此時(shí)，5G通信網(wǎng)絡(luò)為需求響應(yīng)的順利進(jìn)行提供了支持，確保了負(fù)荷調(diào)節(jié)的順利開展。

5 結(jié)語：

通過對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的合理應(yīng)用，可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與到需求響應(yīng)中，能夠很好打破不同系統(tǒng)、設(shè)備、平臺(tái)在信息交流過程中的通信壁壘，而且能夠滿足需求響應(yīng)在連接密度，以及可靠性等各個(gè)方面的需求。

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