孫藝銘，路 朝，樊周杰，林 雨

（河南理工大學 電氣工程與自動化學院，河南 焦作 454000）

0 引 言

近些年，國家電網(wǎng)公司持續(xù)推動智能電網(wǎng)的建設。伴隨著分布式能源接入、新能源汽車配套服務、電力信息監(jiān)測、配電自動化以及需求側管理等技術的迅速發(fā)展[1]，各類電力網(wǎng)絡、電力終端設備以及電力用戶的通信需求呈爆炸式增長。因此，迫切需要一種速度快、故障率低、傳輸信息可靠且高效的新型通信技術為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供可靠保障。

國家電網(wǎng)公司于2019年提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略布局，是推動發(fā)展“三型兩網(wǎng)”的重要環(huán)節(jié)[2]。這一理念的提出將發(fā)、輸、配以及用等環(huán)節(jié)全部連接起來，旨在將各級平臺的設備、人及物聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為社會提供服務，為各領域和市場的發(fā)展創(chuàng)造更多的可能性。當下，以5G為首的通信技術正逐步與大數(shù)據(jù)平臺和人工智能相結合，開創(chuàng)一個全面物聯(lián)網(wǎng)的新時代。得益于5G網(wǎng)絡的高帶寬、低時延以及大規(guī)模等優(yōu)勢[3]，5G將極大地推動行業(yè)的運營方式和作業(yè)模式做出變革。

相比于現(xiàn)在廣泛使用的4G技術，5G技術具有如表1所示的多種優(yōu)勢[4]，為海量物聯(lián)的場景提供了可靠支持。電網(wǎng)未來的發(fā)展方向與5G的應用有著高度重合，對5G行業(yè)的落實、推動相關產業(yè)發(fā)展具有重要作用。在智能電網(wǎng)戰(zhàn)略大背景下，5G技術在電力行業(yè)建設中的融合，可為電網(wǎng)的智能信息化建設提供強有力的保障。

表1 5G與4G技術性能對比

1 智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)的建設離不開通信網(wǎng)絡，不僅要傳輸數(shù)據(jù)快，還要在傳輸大量數(shù)據(jù)的同時具有高度保密和穩(wěn)定運行的能力。智能電網(wǎng)能實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化設置，快速監(jiān)測排除故障，清潔能源并網(wǎng)等。這些功能都依賴于高精度的傳感器、可靠的通信方式以及高性能控制調度系統(tǒng)等。

智能電網(wǎng)好比一個有機體，電能的發(fā)、輸、配過程構成的電力網(wǎng)絡是這個有機體的骨架，可匯集和輸送整個電路網(wǎng)絡的能源。電力網(wǎng)上的各種傳感設備和實時監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)的裝置是機體的神經(jīng)末梢，控制和調度中心是機體的大腦，電力網(wǎng)通信技術是機體的傳輸神經(jīng)。通過網(wǎng)絡技術匯集整個電力網(wǎng)的信息，聯(lián)結每一個傳感裝置和控制設備，從而為電網(wǎng)的智能調度提供穩(wěn)定可靠的信息源。

2 智能電網(wǎng)中發(fā)展5G的意義

為大力發(fā)展國家經(jīng)濟，我國在基礎建設上進行了巨大投入。我國電網(wǎng)已建成全世界規(guī)模最大、體量最廣的電網(wǎng)，同時發(fā)展了較為完善的電力通信專網(wǎng)，形成了以光纖通信技術為主，無線網(wǎng)絡、電力載波以及衛(wèi)星通信等[5]相結合的電力通信發(fā)展方式。在低壓側配電網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)中，不僅存在大量設備終端需要接入網(wǎng)絡的需求，而且需要極短的響應延遲時間等?，F(xiàn)有的4G網(wǎng)絡不能滿足這些需求，所以需進一步提升配電側通信網(wǎng)絡的各方面指標。

5G技術憑借其超大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬、極低的傳輸延遲以及支持海量的設備接入等優(yōu)良的技術指標[6]，提供了完美的解決方案。5G通信技術的切片模式可以無縫對接電網(wǎng)的各種業(yè)務，可以適用于電力需求側管理中的負荷參數(shù)采集和控制等，為構建全面智能的電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了有力支撐。

3 5G技術介紹

3.1 5G通信特點

5G作為近些年逐漸發(fā)展的通信技術，核心理念是滿足高性能需求和提供多元化服務，具有架設成本低、通信時延低以及開放的技術架構等特點[7]，在電力行業(yè)中擁有巨大的應用市場和發(fā)展需求。它的應用場景和對應的技術特點如表2所示。

表2 電力行需求對應的5G技術特點

5G技術具有增強移動寬帶、降低延時、提高通信質量、降低功耗以及提高帶載能力的特點[8]，可以和電力系統(tǒng)相結合。

3.2 5G通信網(wǎng)絡結構

5G系統(tǒng)由基站和核心網(wǎng)組成，如圖1所示。核心網(wǎng)作為系統(tǒng)的控制中樞，關鍵職責在于管控系統(tǒng)和處理信息并傳輸?；居挚煞譃楹昊竞臀⒒綶9]。通過光纖通信方式接入核心網(wǎng)的宏基站主要服務不同場景下的用戶，通過無線方式輸送用戶信息，是通信系統(tǒng)中的“關鍵崗位”。

圖1 5G通信網(wǎng)絡結構

4 智能電網(wǎng)中5G技術的應用與前景

4.1 切片技術的應用

4.1.1 業(yè)務隔離

5G特有的切片技術[10]能較好地實現(xiàn)智能電網(wǎng)的3大任務。切片技術能夠把服務商的物理網(wǎng)絡虛擬出多個“切片網(wǎng)絡”，從技術上隔離不在一個切片網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)。這項技術不僅確保了電力行業(yè)的隔離指標，而且使得電力專用網(wǎng)絡與公共網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)相互隔離，提高了安全性能。

4.1.2 功能定制

得益于切片技術，5G網(wǎng)絡可以按照設備分類和應用場合的不同需求提供不一樣的服務，有效減少搭建系統(tǒng)的開銷，提升系統(tǒng)效率和用戶的使用體驗，還可以優(yōu)化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，使資源得到合理使用。

4.1.3 質量保障

電網(wǎng)的控制和監(jiān)測可確保網(wǎng)絡通信的可靠性。使用切片技術可以避免網(wǎng)絡中出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞或因無響應造成監(jiān)測短暫失聯(lián)等情況。當某一個切片單元發(fā)生故障時，其他的切片單元不受影響[11]，進一步提高了電網(wǎng)抵抗風險的能力，也更便于管理網(wǎng)絡。

4.2 多維場景的適配

4.2.1 負荷需求管理的支持

5G支持大量設備的接入，使得智能電網(wǎng)下需求側的管理得到了有效應用。電力部門可通過分析用戶數(shù)據(jù)了解用電信息，進而得到用戶的負荷需求特征[12]，實現(xiàn)電力部門和用戶的雙向交互。分析用戶的用電行為，可提供更適合用戶的用電方案，從而為終端供電服務提供可靠的數(shù)據(jù)分析指導。

4.2.2 配電自動化

配電設備需要毫秒級的準確測控[13]，以保證配電質量且避免發(fā)生故障。5G技術極低的延遲很好地滿足了這一需求，保障了配電設備的可靠性。

4.2.3 智能巡檢

5G網(wǎng)絡的高帶寬使得遠程視頻傳輸[14]成為可能。無人機搭載巡檢設備通過5G傳輸視頻[15]實現(xiàn)更高效率的巡檢，通過高清畫面可有效分析故障，提高巡檢效率。

4.3 資源互補的支持

5G建設推動了電力行業(yè)的設備化身成為資本。區(qū)域內大量基站的搭建均借助電力桿塔，龐大的電網(wǎng)體系為5G基站的建設提供了有力支持，在保證基站設備運轉的情況下，根據(jù)分時調控基站的功耗，以充分利用電力資源。

5 結 論

智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展對數(shù)據(jù)的傳輸、采集、匯總以及分析提出了更多需求。通過分析5G技術的發(fā)展，描述了5G技術的應用范圍和未來前景，探討了其應用場合。此外，文章通過探究5G技術與電力行業(yè)的交互方式，充分分析了5G技術加持下的各種常見電力需求場景。