劉德君

（青海黃河上游水電開發(fā)有限責任公司電力營銷中心，青海 西寧 810000）

1 智慧能源與5G技術結合的意義與發(fā)展要求

1.1 智慧能源與5G技術結合的意義

利用5G技術，結合大數據、人工智能等數字技術，可以改變電力企業(yè)垂直行業(yè)核心業(yè)務的運營方式和作業(yè)模式，全面提升運營效率和智能化決策水平。同時，5G技術有助于清潔能源的智能化管理和企業(yè)社會價值的提升。

1.2 智慧能源與5G技術結合的發(fā)展要求

1.2.1 安全可靠

《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護總體方案》（國能安全〔2015〕36號）中要求電力工控系統(tǒng)安全防護需滿足安全分區(qū)、網絡專用、橫向隔離以及縱向加密4大要求[1]。由于電網調度遙控需求，場站內通信時延要求在30 ms以內，可靠性要求達到99.999%。對此，一方面應有統(tǒng)一、靈活以及可伸縮的5G網絡安全架構來構建“三橫一縱”的端到端安全體系，打造覆蓋5G基礎設施、網絡、業(yè)務和管理的全域安全能力，以滿足不同安全級別的需求。另一方面，5G網絡切片應提供不同業(yè)務場景的差異化專網服務。5G網絡切片可提供端到端、多種靈活手段、“邏輯+物理”的QoS保障能力；端到端網絡切片可以完全專用，也可以共享組成部分（無線、傳輸、核心網等），在SLA層面滿足垂直行業(yè)應用差異化服務的需求。

1.2.2 經濟協(xié)同

通過遙測、遙信、遙控以及完成智慧測量、智慧監(jiān)控、智慧調整以及智慧視頻。與前期的無線通信制式相比，5G三大業(yè)務特性催生新的生產管理方式有質的提升，可助力能源生產，實現遠程管理和控制，加速“機器換人”[2]。

1.2.3 降本增效

5G邊緣計算實現內容、應用與計算的下沉，可兼顧業(yè)務時延和計算能力等需求，分場景靈活選擇MEC部署位置，降時延省成本；推動互聯網、大數據、人工智能和能源系統(tǒng)深度融合，打通能源生產、輸送、儲存、消費各環(huán)節(jié)，使能源更智慧，實現優(yōu)化生產、遠程集控、智能巡檢以及智能運維[3]。

2 5G智慧能源發(fā)展現狀

聯合國家電力投資集團有限公司（簡稱“國家電投”）在江西光伏電站成功完成全國首個基于5G網絡的、多場景的智慧電廠端到端業(yè)務驗證，通過中國移動超大帶寬、超低時延、超高可靠的5G網絡，成功實現無人機巡檢、機器人巡檢、智能安防以及單兵作業(yè)4個智慧能源應用場景，打造無線、無人、互聯、互動的智慧場站，這是5G技術在智慧能源行業(yè)應用的重要突破。

2.1 機器人巡檢

2.1.1 業(yè)務場景描述

利用5G大帶寬技術，實現5G網聯機器人多路巡檢視頻及各種傳感信息（紅外、溫感、濕感、輻射）綜合回傳，以及集控中心遠程操控作業(yè)。

2.1.2 5G應用價值

替代現有WiFi+專線方式，擴展機器人巡檢范圍，實現5G網聯機器人百兆級巡檢視頻回傳、百毫秒級遠程控制。

2.2 無人機巡檢

2.2.1 業(yè)務場景描述

利用5G大帶寬技術，實現5G網聯無人機巡檢視頻圖像實時高清回傳，以及集控中心遠程操控作業(yè)。

2.2.2 5G應用價值

替代現有WiFi+專線方式，擴展無人機巡檢范圍，實現5G網聯無人機百兆級巡檢視頻回傳、百毫秒級遠程控制。

2.3 智能安防

2.3.1 業(yè)務場景描述

利用5G大帶寬技術，通過全景鷹眼攝像頭連接5G CPE模組，實現場站全景高清視頻的實時監(jiān)控及綜合環(huán)控。

2.3.2 5G應用價值

替代現有專線方式，實現百兆級監(jiān)控視頻回傳。

2.4 單兵作業(yè)

2.4.1 業(yè)務場景描述

利用5G大帶寬技術，通過智能穿戴設備連接5G CPE模組，實現智能穿戴設備百兆級以上音視頻的實時回傳和人員定位。

2.4.2 5G應用價值

替代現有4G/WiFi方式，實現音視頻和人員定位信息實時回傳以及遠程作業(yè)指導。

3 青海省發(fā)電企業(yè)場站通信現狀與要求

針對青海省發(fā)電企業(yè)場站生產環(huán)節(jié)現狀及痛點，本文開展了5G智慧能源應用示范項目交流。現以全球最大的青海省海南州共和縣光伏發(fā)電基地為例開展進一步探討。

3.1 通信現狀

生產對無線通信有需求，之前曾探索過專網、4G、WiFi等多種方式，但由于以往無線通信方式無法滿足電力生產對安全性、可靠性的要求，同時受制于能源局36號令以及電網企業(yè)對安全隔離管控的要求，目前生產一、二大區(qū)只能用有線方式接入。

3.2 通信需求

（1）要求服務于生產環(huán)節(jié)的無線網絡超低時延、超高可靠；（2）滿足上級單位要求的安全隔離——內外網隔離、生產控制大區(qū)與其他業(yè)務之間物理隔離、各大區(qū)內部不同業(yè)務之間邏輯隔離；（3）對網絡可管可控；（4）光伏電站面積大，希望實現人員、車輛精準定位及管控。整體上，要求服務生產的5G網絡安全可靠、可管可控。

4 5G技術助力智慧新能源體系建設的方案探索

4.1 5G智慧新能源電站解決總方案

5G智慧新能源電站解決方案見圖1。對于生產控制大區(qū)，針對安全隔離要求較高、交換時延要求較高的生產數據，采用5G邊緣計算實現核心網下沉場站，數據本地交換。對于管理信息大區(qū)，針對非實時、長周期分析的管理數據，可將數據回傳至集控中心遠程處理，實現遠程集控、智能運維、無人值守。

4.2 場站通信管理

新能源場站行業(yè)專網如圖2所示。

4.2.1 光伏生產類

“旗艦‘定遠號’居中，‘鎮(zhèn)遠號’在右側護衛(wèi)旗艦，‘靖遠號’‘致遠號’在左側護衛(wèi)，‘來遠號’‘經遠號’‘廣甲號’‘濟遠號’‘超勇號’‘揚威號’兩兩一組，各分左右，排成人字陣型！”伴隨著緊張的傳令聲，荷塘北岸的孩子們認真地握緊手中遙控器，控制著從荷塘北岸緩緩朝南行駛的十艘懸掛黃龍旗的航模艦艇。

利用5G實現場站設備間的無線通信與設備控制，中央控制算法下沉至場站中控室實現生產設備實時遙控，并實現生產控制大區(qū)與管理信息大區(qū)的安全隔離。

圖2 新能源場站行業(yè)專網

（1）場站設備遙控采集。5G提供場站全量信息百兆級帶寬接入能力及毫秒級信息采集能力，實現中控室到組件、支架、逆變器等生產單元數據遙控及采集，助力精細化生產管理。

（2）集中控制算法下沉。通過5G邊緣計算架構實現中央云算法應用下沉到場站中控室，加大數據采集頻次和維度，實時調控光伏板支架傾角及逆變器有功無功參數，提升發(fā)電量。

（3）生產管理業(yè)務隔離。通過5G網絡切片技術實現生產控制大區(qū)與其他業(yè)務的物理隔離，以及各大區(qū)內部不同業(yè)務之間的邏輯隔離，滿足安全隔離要求。

4.2.2 風電生產類

利用5G實現場站設備間的無線通信與設備控制，中央控制算法下沉至場站中控室或風機主控實現生產設備實時遙控，并實現生產控制大區(qū)與管理信息大區(qū)的安全隔離。

（1）場站設備遙控采集。5G提供場站全量信息百兆級帶寬接入能力及毫秒級信息采集能力，實現中控室到風機主控生產數據遙控及采集，不同風機間協(xié)同控制。

（2）集中控制算法下沉。通過5G邊緣計算架構實現中央云算法應用下沉到場站中控室或風機主控，加大數據采集頻次和維度，實時調控風機變頻、變流、變槳等相關參數，提升發(fā)電量。

（3）生產管理業(yè)務隔離，同光伏生產類。

5G方案優(yōu)勢：網絡扁平化，有效解決現有光纖環(huán)網后適配困擾；降低施工維護成本及電磁干擾影響；提高生產管理效率及數據接入靈活性，拓展應用場景。

4.3 新能源管理

4.3.1 智能巡檢

利用5G結合無人機和機器人應用，實現巡檢終端視頻實時回傳及作業(yè)遠程控制，擴展巡檢范圍，助力實現無人值守場站。

4.3.2 智能安防

利用5G結合物聯網及人工智能，提供全景高清視頻監(jiān)控及綜合環(huán)控能力，實現人車物精準識別定位，有效防范非法入侵、違規(guī)作業(yè)等不安全行為。

4.3.3 智能運維

利用5G實現場站設備運行狀態(tài)采集監(jiān)控，支撐集中調控、大數據精準分析及診斷應用。

4.3.4 應急指揮

利用5G實現多路高清視頻單兵終端同時接入，更全面、詳實地掌握現場情況，支撐多媒體的應急調度指揮應用。

5 結 論

本文主要就智慧能源與5G技術結合的必要性、5G智慧能源發(fā)展現狀、青海省發(fā)電企業(yè)場站通信現狀與要求、5G技術助力智慧新能源體系建設方案探索4個方面進行了具體介紹。通過此次5G智慧能源應用示范項目交流、5G技術在智慧新能源中的應用探究，有望針對新能源生產場景開展更多應用示范，從而達成5G垂直行業(yè)應用合作，助力能源互聯網發(fā)展。