5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要點(diǎn)探討

張玉明

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

在智能電網(wǎng)建設(shè)中，需部署智能設(shè)備并接入大量分布式能源，這就要求智能電網(wǎng)需具備較強(qiáng)無線通信能力。5G作為目前先進(jìn)的通信技術(shù)手段，憑借其大帶寬、低時(shí)延、高可靠、廣連接以及泛在網(wǎng)等優(yōu)勢在許多場景逐步替代有線網(wǎng)絡(luò)的部署。通過討論5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要點(diǎn)，可以積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，從而為智能電網(wǎng)運(yùn)行體系的持續(xù)完善提供有效參考。

1 智能電網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容論述

1.1 基本內(nèi)容

智能電網(wǎng)涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及電力調(diào)度6部分，每個(gè)部分之間的信息保持較強(qiáng)的共享性與交互性，這也是確保智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。在電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中，通信屬于非常重要的內(nèi)容，電力企業(yè)需做好基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為智能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營提供通信網(wǎng)絡(luò)，從而更好地滿足電網(wǎng)運(yùn)營要求。

1.2 建設(shè)要求

在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，其建設(shè)要求如下。

（1）配電自動(dòng)化。在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中需按要求完成配電自動(dòng)化處理，技術(shù)人員在具體實(shí)踐中合理融入各類先進(jìn)技術(shù)，使其順利組建成具備自我診斷、自我修復(fù)功能的配網(wǎng)。

（2）準(zhǔn)確負(fù)荷控制。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，需確保負(fù)荷、用戶數(shù)據(jù)、計(jì)量信息在短時(shí)間內(nèi)完成傳輸，提升負(fù)荷控制過程的準(zhǔn)確性與時(shí)效性。

（3）用戶服務(wù)豐富。在智能電網(wǎng)運(yùn)營過程中，其能夠提供的服務(wù)功能也在增多，例如故障自查、電能輸送質(zhì)量檢查、電能信息交互等，可以滿足用戶不同的需求。

（4）指揮調(diào)度性能強(qiáng)。智能電網(wǎng)運(yùn)營過程中匹配了完善的通信系統(tǒng)，所有采集的數(shù)據(jù)信息可以借助通信系統(tǒng)直接傳輸?shù)娇刂浦行模⒂煽刂浦行牡墓芾砣藛T來及時(shí)開展調(diào)度工作，提高調(diào)度效率。

2 5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 5G專網(wǎng)架構(gòu)

在智能電網(wǎng)運(yùn)行過程中，需要搭建5G專網(wǎng)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 5G專網(wǎng)架構(gòu)示意

（1）端層面。端層面包括智能電網(wǎng)在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應(yīng)用到的智能終端，在實(shí)際應(yīng)用中可使用5G CPE收斂后通信，這樣在應(yīng)用中也融合了5G模組的多個(gè)個(gè)體，例如自動(dòng)化終端、集中器、智能巡檢機(jī)器人等。

（2）管層面。管層面涉及系統(tǒng)基站、核心網(wǎng)絡(luò)、通信載體，能夠更好地為智能電網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)。此外，在電力業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上也可以設(shè)置不同分區(qū)，以此來確保電力業(yè)務(wù)的順利實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。

（3）云層面。云層面借助網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，可以為電力行業(yè)客戶提供更加開放的服務(wù)內(nèi)容，例如通信管理服務(wù)、切片管理服務(wù)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)等。

2.2 V2G技術(shù)

在智能電網(wǎng)的運(yùn)行中，電動(dòng)汽車入網(wǎng)（Vehicleto-Grid，V2G）技術(shù)有著良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中屬于一種新型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，可以在智能電網(wǎng)接入過多設(shè)備或不同電源的情況下不斷提高通信網(wǎng)絡(luò)的容量，下調(diào)電網(wǎng)運(yùn)行過程的調(diào)度壓力，以維持智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際智能電網(wǎng)的建設(shè)活動(dòng)中，需要搭建相匹配的雙向通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使其可以和云服務(wù)器、當(dāng)?shù)胤?wù)系統(tǒng)、供電服務(wù)系統(tǒng)組成穩(wěn)定傳遞系統(tǒng)，確保密集型服務(wù)的順利供給，降低信息傳遞結(jié)果的延時(shí)性。例如，設(shè)備在以默認(rèn)方式和供電器進(jìn)行聚合連接時(shí)，智能電網(wǎng)會(huì)采用家庭模式進(jìn)行供電；如果設(shè)備以臨時(shí)連接的方式進(jìn)行聚合連接時(shí)，智能電網(wǎng)會(huì)提供訪問模式供電，從而確保智能電網(wǎng)維持在高效運(yùn)營狀態(tài)，減少能源浪費(fèi)。

2.3 云-邊緣計(jì)算技術(shù)

在智能電網(wǎng)運(yùn)行過程中，云-邊緣計(jì)算技術(shù)會(huì)和電力物聯(lián)網(wǎng)充分融合在一起，以提高智能電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理質(zhì)量。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，此技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)整理模式中存在的不足，而且在分布式管理模式輔助下也可以對(duì)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化分析，確保電力服務(wù)內(nèi)容可以更加契合用戶實(shí)際需求。目前在智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中，對(duì)于本地的終端數(shù)據(jù)，可以使用本地計(jì)算方法進(jìn)行處理；對(duì)于云端數(shù)據(jù)，可以采用云計(jì)算方法來進(jìn)行整理；對(duì)于邊緣終端數(shù)據(jù)，使用邊緣計(jì)算方法來對(duì)其進(jìn)行處理。結(jié)合智能電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況匹配最合適的計(jì)算模式，搭配相應(yīng)計(jì)算算法，從而獲取更加全面與精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果。

2.4 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)⑽锢砭W(wǎng)絡(luò)細(xì)分為若干個(gè)邏輯虛擬網(wǎng)絡(luò)，而這一類虛擬網(wǎng)絡(luò)具備了相應(yīng)的獨(dú)立性，在應(yīng)用中可以根據(jù)智能電網(wǎng)功能需求來提供相應(yīng)的定制服務(wù)，同時(shí)也可以協(xié)調(diào)系統(tǒng)來配置各類資源。在網(wǎng)絡(luò)切片的作用下，可以順利實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)處理、業(yè)務(wù)隔離等，更好地完成系統(tǒng)服務(wù)要求[1]。

3 5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用場景

3.1 配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)場景

從目前的實(shí)際情況來看，5G通信技術(shù)在配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)場景中有著良好應(yīng)用。配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)場景如圖2所示。在該場景下，客戶端和端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互時(shí)其延遲需控制在15 ms以內(nèi)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)的精準(zhǔn)度也需要調(diào)控在10 μs以內(nèi)。相較于以往的3G技術(shù)或4G技術(shù)，5G技術(shù)可以兼容許多情況下的信息獲取要求，滿足配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)推廣要求，加快智能電網(wǎng)的升級(jí)改造進(jìn)程[2]。

圖2 配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)場景

3.2 配電自動(dòng)化場景

目前我國電網(wǎng)表現(xiàn)出電能需求量增大、交流與直流混合等特點(diǎn)，在應(yīng)用中對(duì)配電自動(dòng)化的安全性也提出了相關(guān)要求。在電力配網(wǎng)服務(wù)開展過程中，需要在合適位置布設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置，確保智能電網(wǎng)在遇到大功率沖擊問題時(shí)可以自動(dòng)開啟保護(hù)系統(tǒng)，切除設(shè)備與其他結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，將配電故障控制在較小范圍內(nèi)。5G技術(shù)的融入可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)控制過程的精準(zhǔn)度，將通信延時(shí)控制在10 ms以內(nèi)，確保故障點(diǎn)可以及時(shí)被隔離，提升智能電網(wǎng)運(yùn)行過程的安全性[3]。

3.3 負(fù)荷控制場景

開展負(fù)荷預(yù)測活動(dòng)時(shí)，依托于5G通信技術(shù)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)順利關(guān)聯(lián)在一起，以此來提高智能電網(wǎng)中各類設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的共享性[4]。而且基于5G通信技術(shù)也可以對(duì)智能電網(wǎng)容量進(jìn)行擴(kuò)增，搭建支持海量設(shè)備與能源兼容接入的服務(wù)系統(tǒng)，并對(duì)采集到的信息進(jìn)行分類，例如用戶信息、生活信息或電網(wǎng)運(yùn)行信息等，以此來科學(xué)預(yù)測用戶的綜合負(fù)荷。此外，為電力用戶建立相匹配的精準(zhǔn)畫像，確定相應(yīng)的用電需求，從而更好地完成智能電網(wǎng)調(diào)度工作，提高電網(wǎng)負(fù)荷控制的精準(zhǔn)度。

3.4 無人機(jī)線路巡檢場景

為了提高電網(wǎng)巡檢效率，依托無人機(jī)來搭建巡檢場景。在此過程中，5G通信技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)信息快速傳輸?shù)墓δ?。從?shí)際應(yīng)用情況來看，在無人機(jī)上安裝5G機(jī)載終端之后可以將采集到的巡檢信息直接傳遞給當(dāng)?shù)氐?G基站，對(duì)信息進(jìn)行篩選、檢查，從而快速確定存在問題的部位和對(duì)應(yīng)區(qū)域，以便后續(xù)檢修工作的順利進(jìn)行，有效提升了巡檢工作效率[5]。

3.5 安全監(jiān)控場景

借助監(jiān)控圖像與視頻來完成信息整理，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性與有效性。結(jié)合5G通信技術(shù)的基本特點(diǎn)，能夠有效提升通信效率和通信帶寬，而且在此過程中也能支持大容量文件傳輸，確保所傳輸圖像與視頻信息的清晰度與準(zhǔn)確性。此外，還可以根據(jù)實(shí)際需求來追溯歷史數(shù)據(jù)，為機(jī)器學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提供資料，以此來不斷提高智能電網(wǎng)運(yùn)行過程的安全性與穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

綜上所述，在智能電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，5G通信技術(shù)具備良好的應(yīng)用價(jià)值。通過整理分析5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用，不僅可以加快智能電網(wǎng)的優(yōu)化完善，而且對(duì)于推動(dòng)行業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展也有著積極的作用。