5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

張馳

（中國(guó)電信股份有限公司南京分公司 江蘇省南京市 210000）

1 5G的優(yōu)勢(shì)

無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展從技術(shù)層面而言，實(shí)現(xiàn)了從2G 到3G 的轉(zhuǎn)變，即從傳統(tǒng)語(yǔ)音通信跨越到了個(gè)人移動(dòng)應(yīng)用，而4G 到5G 的轉(zhuǎn)變則主要實(shí)現(xiàn)了個(gè)人移動(dòng)應(yīng)用到垂直行業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，業(yè)界將5G 劃分為增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、海量機(jī)器通信以及超高可靠低時(shí)延這三類場(chǎng)景，其優(yōu)勢(shì)和特征如圖1 所示。其中，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶的使用能夠給用戶提供更好的使用體驗(yàn)，然而，海量機(jī)器通信和超高可靠低時(shí)延能夠根據(jù)行業(yè)應(yīng)用推出全新的場(chǎng)景。5G 可以帶來(lái)超出4G用戶10 倍的體驗(yàn)速率，低至1ms 的空口時(shí)延，高達(dá)20Gbit/s 的峰值速率，100 萬(wàn)/km2的連接密度，99.999%的超高可靠性，借助新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及統(tǒng)一靈活空口，能夠?qū)崿F(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”，這也就表明無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)入到了最新的發(fā)展領(lǐng)域。基于政策層面，我國(guó)5G 產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)中處于第一梯隊(duì)，并且成為了5G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)者之一。相關(guān)政策的大力推動(dòng)，使得我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商在不同的城市逐漸開(kāi)展了5G 試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)工作，并且三大運(yùn)營(yíng)商和中國(guó)廣電也得到了工信部發(fā)放的5G 商業(yè)牌照，這也是正式開(kāi)啟5G 時(shí)代的主要標(biāo)志。

2 5G關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

在5G 通信技術(shù)中，大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)是其中一項(xiàng)核心技術(shù)，其具有在基站側(cè)布置數(shù)十根甚至上百根收發(fā)天線陣列的特點(diǎn)，分布在同一小區(qū)中的多個(gè)用戶通過(guò)利用基站能夠在同一時(shí)頻資源上完成大規(guī)模天線陣列的布置，由此而提供的空間自由度能夠與基站同時(shí)完成通信。波束成型技術(shù)的使用，能夠加強(qiáng)多個(gè)用戶之間時(shí)頻資源的抗干擾能力，可以從基站中發(fā)送信號(hào)到非常狹小的范圍，由此可見(jiàn)，大規(guī)模多輸入輸出系統(tǒng)具有增加正交導(dǎo)頻數(shù)量、開(kāi)發(fā)更多空間自由度的優(yōu)勢(shì)，在降低小區(qū)用戶間導(dǎo)頻干擾方面意義重大，進(jìn)而提升系統(tǒng)的接入能力，為大規(guī)模機(jī)器類通信業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展提供可靠的保障。同時(shí)，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)也能夠明顯增強(qiáng)系統(tǒng)的接入能力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行切片，并且能夠?qū)我晃锢砭W(wǎng)劃分成多個(gè)邏輯虛擬網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施則由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片共同使用，這樣一來(lái)也就達(dá)到了提高網(wǎng)絡(luò)資源使用效率的作用。同時(shí)，從邏輯層面而言，切片和切片之間互不干擾，處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，即切片中的傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、設(shè)備以及接入網(wǎng)是相互獨(dú)立的?；诰W(wǎng)絡(luò)切片利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集中控制，能夠提高路由配置效率，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，使數(shù)據(jù)平面和控制平面實(shí)現(xiàn)解耦合。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的使用應(yīng)該嚴(yán)格按照行業(yè)要求，對(duì)運(yùn)營(yíng)商的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，從而形成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，以便其能夠滿足不同行業(yè)的需求。對(duì)于行業(yè)專網(wǎng)而言，先進(jìn)的能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)其提出了更高的要求，這就要求來(lái)自運(yùn)營(yíng)商的電子切片應(yīng)該和其他通信業(yè)務(wù)處于相互隔離的狀態(tài)。為了全面保障電力業(yè)務(wù)的安全性，為用戶提供滿意的服務(wù)，就應(yīng)該借助硬件設(shè)備來(lái)劃分獨(dú)立的時(shí)頻資源塊。

圖1：5G 的特征和優(yōu)點(diǎn)

2.3 邊緣計(jì)算技術(shù)

針對(duì)移動(dòng)邊緣計(jì)算，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)給出了標(biāo)準(zhǔn)定義，認(rèn)為邊緣計(jì)算是一種致力于打造網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)以及應(yīng)用為一體的綜合性平臺(tái)，同時(shí)，該平臺(tái)還具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中斷提供相應(yīng)的服務(wù)，供業(yè)務(wù)完成實(shí)時(shí)性、安全性以及智能性等狀態(tài)的判斷。以網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)展邊緣計(jì)算工作的位置為邊緣節(jié)點(diǎn)，該位置在移動(dòng)終端和核心云中間，將擁有網(wǎng)絡(luò)資源，并且能夠計(jì)算資源的所有節(jié)點(diǎn)都可以作為邊緣節(jié)點(diǎn)。使用邊緣計(jì)算方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)核心云中大型服務(wù)的有效分解，并且將其分解成小型業(yè)務(wù)、容易處理的業(yè)務(wù)，再由接近移動(dòng)終端的邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。邊緣計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，其可以被用在工業(yè)、交通行業(yè)以及互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中。由于智能電網(wǎng)中涉及到的業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)效性和安全性的要求比較高，并且對(duì)服務(wù)響應(yīng)速度也提出了更高的要求，因此，應(yīng)該在5G 通信中合理使用邊緣計(jì)算。比如，邊緣計(jì)算的低時(shí)延作用，借助5G 通信技術(shù)的配網(wǎng)自動(dòng)化能夠加快電網(wǎng)響應(yīng)異常狀態(tài)的速度，使其優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。又比如，智能巡檢業(yè)務(wù)的開(kāi)展，借助網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算就能夠完成對(duì)高清視頻以及圖片的處理，從而盡可能減少數(shù)據(jù)資源對(duì)承載網(wǎng)的占用。在用電信息采集工作中，味道能夠有效避免運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行公網(wǎng)傳輸，就需要用到移動(dòng)邊緣計(jì)算的本地存儲(chǔ)性能，因?yàn)橛脩舻碾[私安全提供可靠的保障。

3 電力系統(tǒng)中5G通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，5G 通信技術(shù)的使用包含了多方面的內(nèi)容，比如，輸電線路巡檢、智能電網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)等等。在電力系統(tǒng)中使用5G 通信技術(shù)，能夠?yàn)檎麄€(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)質(zhì)的改變。

3.1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)所發(fā)揮的主要作用是控制精準(zhǔn)負(fù)荷、實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化配電，但是，必須有先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)為支撐。電網(wǎng)的發(fā)展，由于受到快速發(fā)展的數(shù)字化以及智能化等各項(xiàng)信息技術(shù)的影響，也逐漸朝著低時(shí)延的方向發(fā)展，并且對(duì)可靠性的要求也越來(lái)越高?；谶@一現(xiàn)狀，為了能夠盡可能減少由于故障而導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間停電給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)的不便，5G 通信技術(shù)也應(yīng)該在功能上實(shí)現(xiàn)智能定位、智能識(shí)別以及智能處理等功能。為了能夠高效解決電力負(fù)荷問(wèn)題，就應(yīng)該從根源入手，傳統(tǒng)解決方法是將整條線路切斷，或者切斷整個(gè)區(qū)域的線路，而使用5G 網(wǎng)絡(luò)之后，可以采取先切斷非重要負(fù)荷的方法，這樣一來(lái)，也能夠減少由于大面積停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)影響。

3.2 輸電線路巡檢

存在于輸電線路中的缺陷比較多，比如，對(duì)空距離超限、金具銹蝕、導(dǎo)線斷股以及絕緣子掉串等等，輸電線路的巡檢工作，電力運(yùn)維部門每年都需要定期進(jìn)行。傳統(tǒng)電路的巡檢主要使用的是人工巡檢的方法，在受到地形環(huán)境影響以及惡劣天氣狀況影響的前提下，就會(huì)增加巡檢成本，這樣一來(lái)就會(huì)降低輸電線路的使用效率。然而，在采集與線路相關(guān)信息的時(shí)候，使用直升機(jī)或者無(wú)人機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，不僅能夠有效避免環(huán)境和地形喂，線路巡檢工作帶來(lái)的影響，同時(shí)還能夠提高巡檢工作的準(zhǔn)確性。但是，相比于5G通信的大寬帶技術(shù)，4G 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸具有采集效果差，容易出現(xiàn)卡頓的缺陷，因此，使用5G 技術(shù)開(kāi)展采集工作，能夠直接將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端，并且在展示平臺(tái)對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，我也運(yùn)維人員開(kāi)展相應(yīng)的維修工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，從而全方位強(qiáng)化線路巡檢工作的效率。

3.3 智能配電網(wǎng)

智能配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)展而言意義重大。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接復(fù)雜、設(shè)備終端多，因此，對(duì)智能配電網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)存在一定的困難。再加上由于受到配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的影響，致使拓?fù)湫畔⒑苋菀妆缓雎?。然而，使?G 通信技術(shù)，能夠讓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)信息處于透明化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)感知。同時(shí)，將5G 技術(shù)和DFACTS 等技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，能夠維持設(shè)備終端在正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，全面保障配電網(wǎng)的可靠性，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中對(duì)5G 通信技術(shù)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)、寬帶通信、高效計(jì)算以及精準(zhǔn)控制等目的。其中：

（1）眾多設(shè)備都能夠?qū)崿F(xiàn)與電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備終端的連接，比如，人們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄芗揖邮请娏W(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和家庭電力設(shè)備終端連接的體現(xiàn)。和共享單車的連接，能夠建立區(qū)域單車用電體系，為智慧交通提供便利。電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備終端和不同電力設(shè)備的連接，取得的效果也是不同的，將其用在小區(qū)中，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)小區(qū)的集群。

（2）在無(wú)人自動(dòng)駕駛發(fā)展中，5G 通信的使用，能夠充分利用其低時(shí)延和高速度的特點(diǎn)，推動(dòng)無(wú)人自動(dòng)駕駛的發(fā)展。同時(shí)，低時(shí)延特點(diǎn)還能夠在需求響應(yīng)上實(shí)現(xiàn)躲避障物，為行車安全提供可靠的保障。就可靠性層面而言，和4G 技術(shù)相比，5G 技術(shù)傳輸信息的穩(wěn)定性更高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)控制。基于電能的儲(chǔ)存控制功能，在協(xié)調(diào)分配電能輸送節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，需要結(jié)合用戶、企業(yè)以及不同區(qū)域?qū)﹄娔苄枨罅康拇笮。M可能在短時(shí)間內(nèi)提供精準(zhǔn)化的電力能源輸送服務(wù)。

（3）電力行業(yè)的快速發(fā)展涌現(xiàn)出了大量的電力信息資源，對(duì)這些數(shù)據(jù)資源的有效處理，能夠提高電力能源供應(yīng)效率。因此，就需要使用選擇短時(shí)段數(shù)據(jù)，舍棄相同數(shù)字位數(shù)的方法，準(zhǔn)確分析相關(guān)數(shù)據(jù)的價(jià)值以及其產(chǎn)生的不良影響。借助5G 通信的高速度特點(diǎn)，能夠細(xì)化數(shù)據(jù)采集工作，對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

（4）結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是泛在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息中的重要內(nèi)容，同時(shí)，也涵蓋了圖片、視頻、語(yǔ)音等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。為了能夠打造透明化的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，就需要使用5G 寬帶通信來(lái)完成對(duì)電力虛擬現(xiàn)實(shí)的使用，保障視頻通信速率，滿足使用者的視覺(jué)需要。

（5）大量電力數(shù)據(jù)的運(yùn)算工作必須要借助相關(guān)的應(yīng)用平臺(tái)來(lái)完成，比如，大數(shù)據(jù)分析、路線缺陷圖像識(shí)別等等，這就要求必須具備安全穩(wěn)定的運(yùn)算環(huán)境，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算和邊緣計(jì)算借助5G 通信技術(shù)來(lái)為運(yùn)算安全提供可靠的保障，以此來(lái)提升運(yùn)算速率。

3.5 應(yīng)急通信

在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)突發(fā)緊急事件的時(shí)候，需要及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)信息，制定針對(duì)性的解決方案。然而，由于突發(fā)事件的位置花時(shí)間的隨機(jī)性較高，使用傳統(tǒng)的通信方法是無(wú)法及時(shí)獲取相關(guān)信息的，這就需要維修人員對(duì)大量的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，并且前往故障地點(diǎn)處理問(wèn)題。基于5G 技術(shù)，電力系統(tǒng)中的各種物聯(lián)網(wǎng)傳感裝置能夠及時(shí)傳遞數(shù)據(jù)信息到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心借助5G 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的快速分析，從而提出解決問(wèn)題的方案。此外，5G 技術(shù)的使用還能夠控制無(wú)人機(jī)前往故障地點(diǎn)，通過(guò)安裝自動(dòng)化的維修設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)故障問(wèn)題的處理，在開(kāi)展維修工作的過(guò)程中，后臺(tái)工作人員可以在5G 技術(shù)的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)對(duì)維修設(shè)備各種動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制，使用快速的通信方式完成對(duì)故障問(wèn)題的處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從電力線載波到光纖再到各種無(wú)線通信系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)的使用，提高了客戶的服務(wù)質(zhì)量，突破了傳統(tǒng)思想的莒縣，強(qiáng)化了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，創(chuàng)造了新興業(yè)務(wù)價(jià)值。5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了可靠的保障，是支持電力網(wǎng)絡(luò)通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，改變了人們的大多數(shù)生產(chǎn)生活方式，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，仍然需要根據(jù)實(shí)際需求逐漸擴(kuò)大研究力度。