5G改變社會，電力點亮未來。5G如何賦能智慧電網(wǎng)？應用場景有哪些？主要挑戰(zhàn)在哪里？從技術創(chuàng)新到商業(yè)落地如何穿越？這些問題催生了這份報告的誕生。

從2014年開啟5G場景需求的制定、技術研發(fā)和測試驗證工作，到2018年全面開展5G規(guī)模試驗，再到2019年實現(xiàn)5G試點商用和2020年全面商用，5G價值體現(xiàn)由實驗室走向垂直行業(yè)應用，賦予各個行業(yè)完善現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)、服務提升和開拓新業(yè)務的更多可能性。

據(jù)估算，到2026年，5G將為全球十個主要產(chǎn)業(yè)帶來1.3萬億美元的數(shù)字化市場規(guī)模，其中能源/公用事業(yè)（水、電、燃氣等）占比高達19%，市場規(guī)模約為2500億美元。電力行業(yè)無疑是5G垂直應用的重點賽道和風口之一，5G通信特點與電力通信需求高度契合，在智慧電網(wǎng)的各大應用場景中，5G均可充分賦能，5G能為電力行業(yè)帶來深遠的社會影響，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值。

在這樣的背景下，國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院（簡稱“聯(lián)研院”）與德勤中國共同撰寫本報告。

一、5G驅動未來電力

未來大部分的電力場景將搭建在能源互聯(lián)網(wǎng)之上，能量像信息一樣在網(wǎng)絡中隨時隨地產(chǎn)生和共享，其發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢和特征：發(fā)電清潔友好，融合多種清潔分布式電源，融合儲能和電動汽車，融合分散可靠負荷，具備清潔低碳、網(wǎng)源協(xié)同、靈活高效的特征；輸變電安全高效，具備態(tài)勢感知、柔性可靠、協(xié)調(diào)優(yōu)化的特征；配電靈活可靠，具備可觀可控、開放兼容、經(jīng)濟適用的特征；用電多樣互動，具備多元友好、雙向互動、靈活多樣、節(jié)約高效的特征。

通信技術是各項數(shù)字技術在電力行業(yè)應用的基礎，是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的技術支撐。目前，電網(wǎng)可以通過不同類型的通信網(wǎng)絡進行互聯(lián)，但日益多樣化的電力需求需要一個更精密、包容和創(chuàng)新的系統(tǒng)以滿足海量設備互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 到2026年5G將帶動1.3萬億美元產(chǎn)業(yè)數(shù)字化市場規(guī)模

表1 5G通信特點與電力通信系統(tǒng)需求高度契合

（一） 從電力行業(yè)看5G

5G定義的三大場景——增強移動帶寬（eMB B）、超可靠低時延通信（uRLLC）和大規(guī)模機器通信（mMTC），具備超高帶寬、超低時延、超大連接的技術特點，在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度，以及應急通信各個環(huán)節(jié)，均可發(fā)揮重要作用，能夠深刻變革電力通信網(wǎng)，全面提升電力信息化水平。據(jù)估算，到2026年，5G將為全球十個主要產(chǎn)業(yè)帶來1.3萬億美元的數(shù)字化市場規(guī)模，其中能源產(chǎn)業(yè)/公用事業(yè)（水、電、燃氣等）占比最高為19%1，約為2500億美元。

（1）5G通信特點與電力通信網(wǎng)絡需求高度契合

5G網(wǎng)絡技術的峰值速率、區(qū)域速率、邊緣速率，都比4G大幅提高。5G峰值速率最高可達20Gbps，滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實等數(shù)據(jù)的大量傳輸。5G的通信時延比4G少一個數(shù)量級，空中接口的時延在1ms左右，因此為電力差動保護、精準切負荷等超低時延業(yè)務應用創(chuàng)造了條件。5G網(wǎng)絡容量更大，每平方公里能夠連接100萬個終端，包括智能家電和各種智能終端，能夠滿足電力物聯(lián)網(wǎng)的海量智能終端的接入需求。5G技術通過通信原理的優(yōu)化，會降級傳感器或節(jié)點的能耗，不需要對通信設備進行更換電池或者充電，給萬物互聯(lián)提供了很好的技術條件。

（2）5G 特點與智能電網(wǎng)性能高度匹配

基于5 G 的智能電網(wǎng)將充分支持分布式新能源、分布式儲能、電動汽車、大功率電動智能機器等各種新型電器進入家庭、商業(yè)建筑、工廠和園區(qū)，為滿足個性化、多樣化、市場化的能源供應服務提供連接的橋梁。5G為電力終端接入網(wǎng)提供了泛在、靈活、低成本、高質(zhì)量的全新技術選擇，為打造更加安全、可靠、綠色、高效的智能電網(wǎng)提供了強大的基礎能力。5G+智能電網(wǎng)不僅能夠大幅降低用戶平均停電時間、有效提升供電可靠性和管理效率；同時可以極大地豐富和擴展電網(wǎng)應用場景，降本增效，助力電網(wǎng)向綜合能源服務商轉型，為用戶提供更好的電力綜合服務。在為用戶供電服務方面，其電能質(zhì)量、響應速度、服務內(nèi)容均將因5G而發(fā)生重要變化。因5G而全面實現(xiàn)智能電網(wǎng)的有關業(yè)務，將大幅提升電力系統(tǒng)的服務質(zhì)量，基于5G的電能質(zhì)量監(jiān)測和治理，也將減少因供電引起的故障或失效，用戶的服務響應速度也將十分迅捷，新能源報裝、電動充電樁報裝、電費結算、賬單查詢、精確到分鐘級的用電查詢都將十分快捷方便。

（二）全球及中國5G+電力行業(yè)發(fā)展

目前全球已有42個國家和地區(qū)部署5G商用，386家運營商已宣布對5G進行投資，81家運營商已經(jīng)推出了一項或多項支持3GPP標準的5G服務。

（1）標準制定

標準化將確保連入5G網(wǎng)絡的各個設備和解決方案的互操作性和網(wǎng)絡安全。3GPP（第三代合作伙伴計劃）是最重要的5G標準制定國際組織，重點覆蓋交通、能源等重點通信垂直應用行業(yè)相關單位。該組織目前已成功吸納中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三大電信運營商及華為、中興主要通信設備制造商等來自40多個國家的500家會員單位。中國電科院（國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術研究院）于2020年4月成功加入3GPP國際標準化組織，標志著電力企業(yè)在參與5G國際標準制定方面邁出重要步伐。

2020年8月，由中國電信牽頭并聯(lián)合國家電網(wǎng)、中國南方電網(wǎng)、華為、中國移動、中國聯(lián)通等5G確定性網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位，以及海內(nèi)外運營商、設備商等28家成員單位提交的5G智能電網(wǎng)研究項目在3GPP R18（第18版）標準中成功立項。該項目研究范圍包括傳統(tǒng)能源系統(tǒng)服務、遠程控制、遠程保護、計量以及高級計量基礎設施、分布式發(fā)電、分布式自動化、需求響應、能源管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)等智能電網(wǎng)服務。是第一次定義5G+智能電網(wǎng)端到端標準體系架構，為5G+智能電網(wǎng)的快速發(fā)展奠定標準框架和平臺。

（2）商用部署

全球各國高度重視5G發(fā)展。歐盟將發(fā)展5G作為構建“單一數(shù)字市場”的關鍵舉措，計劃2020年底在所有成員國部署5G，重點放在5G垂直行業(yè)如汽車、醫(yī)療及電力領域的應用。美國5G發(fā)展規(guī)劃主要圍繞美國三大運營商開展，截至目前AT&T和T-Mobile已宣布實現(xiàn)全美境內(nèi)的5G網(wǎng)絡低頻段覆蓋。美國5G規(guī)劃重點在于建立共通的5G軟件標準，使之適用于任何5G硬件設備，以擺脫對5G設備商的依賴；目前考慮使用美國公司包括戴爾、微軟、AT&T作為發(fā)展美國5G基礎設施的主導者。2020年3月日本三大電信運營商相繼推出5G服務，標志日本正式進入5G時代。韓國已經(jīng)在2018年平昌冬奧會期間開展5G NSA預商用試驗，并在2019年3月開始商用部署。中國自2014年便開始5G場景需求的制定、技術研發(fā)和測試驗證工作，2018年全面開展5G規(guī)模試驗，2019年實現(xiàn)5G試商用，2020年實現(xiàn)全面商用。

2020年是中國5G建設的關鍵年。三大運營商計劃年底建成55萬個5G基站，其中中國移動計劃目標是30萬個，中國聯(lián)通和中國電信計劃聯(lián)合建設25萬個5G基站。然而根據(jù)運營商前三季度財報，5G建網(wǎng)任務現(xiàn)已超額完成，SA核心網(wǎng)覆蓋31個省區(qū)市所有地級以上城市。據(jù)工信部數(shù)據(jù)，至2020年9月底，全國累計開通5G基站69萬個，超過全球總數(shù)的75%，連接用戶數(shù)超過1.6億，行業(yè)應用的基站數(shù)超過3.2萬個，涌現(xiàn)出數(shù)據(jù)采集和感知、高清視頻、機器視覺、精準遠程操控、現(xiàn)場輔助、數(shù)字孿生等典型應用場景。

（3）產(chǎn)業(yè)落地

2020年3月，工信部與國家發(fā)改委印發(fā)《關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網(wǎng)絡和5G領域）的通知》，明確提出了重點支持面向智能電網(wǎng)等七大領域的5G創(chuàng)新應用。通知指出在面向智能電網(wǎng)的5G新技術規(guī)?；瘧梅矫?，將基于5G新型網(wǎng)絡架構及智能電網(wǎng)場景，開展5G端到端網(wǎng)絡切片及資源調(diào)度系統(tǒng)研發(fā)，研發(fā)網(wǎng)絡關鍵設備和原型系統(tǒng)，提供融合5G技術的智能電網(wǎng)整體解決方案。

在國家政策指引下，各地紛紛提出了5G智能電網(wǎng)建設計劃，雄安、內(nèi)蒙古、云南、海南等地紛紛啟動5G智能電網(wǎng)建設。以雄安為例，5G正在與電網(wǎng)工程建設深度融合，現(xiàn)已開展基于5G網(wǎng)絡的電力業(yè)務適配性試點驗證工作，選取配電自動化、用電信息采集業(yè)務進行了業(yè)務承載性能測試。此外，國內(nèi)首個基于SA（獨立組網(wǎng)）架構的“5G+MEC（移動邊緣計算）”電力保護物聯(lián)示范工程于2020年10月在雄安正式投運，核心技術達到國際領先水平。

電網(wǎng)公司是5G智能電網(wǎng)技術攻關及工程實踐的引領者和主導者。國家電網(wǎng)開展了廣泛的5G業(yè)務研究和應用實踐，主要在5G智能電網(wǎng)架設、控制類業(yè)務如配網(wǎng)差動保護、移動巡檢類業(yè)務如視頻交互上著力。國網(wǎng)青島供電公司、中國電信青島分公司和華為公司聯(lián)合開發(fā)的青島5G智能電網(wǎng)項目一期工程于2020年7月正式交付投產(chǎn)。據(jù)報道，此項目既實現(xiàn)了電網(wǎng)對配電線路故障在幾十毫秒內(nèi)自動切除，又通過削峰填谷電源節(jié)省5G單基站電耗20%，緩解“功耗過高”這一困擾5G運營的最大難題。南方電網(wǎng)也積極開展了試點和應用合作，重點攻克5G智能電網(wǎng)的控制類業(yè)務如配網(wǎng)差動保護。南方電網(wǎng)與中國移動在廣州市南沙區(qū)明珠灣區(qū)域建立最大5G智能電網(wǎng)應用示范區(qū)，應用場景達54個，目前已完成上線業(yè)務14個。

與此同時，運營商也加快了與電力行業(yè)開展5G合作的步伐，進行了一系列5G賦能電力行業(yè)的實踐。實踐橫跨控制類業(yè)務如精準負荷控制和配網(wǎng)差動保護，采集類業(yè)務如用電信息采集，以及移動巡檢類業(yè)務。此外，一些電力設備企業(yè)也蓄勢待發(fā)，積極入場，與通訊設備企業(yè)進行深度合作。

二、5G電力行業(yè)主要應用場景

5G在電力行業(yè)主要有四大應用場景，分別為控制類業(yè)務、采集類業(yè)務、移動應用類業(yè)務、以及以多站融合為代表的電網(wǎng)新型業(yè)務。在控制類業(yè)務中，5G技術將優(yōu)化能源配置，避免大面積停電以影響企業(yè)和居民用電，同時也將滿足于配電網(wǎng)實時動態(tài)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測應用。在采集類業(yè)務中，5G將推動收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息。在移動應用類業(yè)務中，5G預防安全事故和環(huán)境污染，減少人工巡檢工作量，在未來可進行簡單的帶電操作。在多站融合業(yè)務中，5G技術將推進平臺型、共享型企業(yè)建設。

（一）控制類業(yè)務

電網(wǎng)控制類對通信需求的典型特征是低時延、高可靠、安全性要求高，適合5G技術體制下的uRRLC應用場景，典型的業(yè)務有精準切負荷控制業(yè)務和配網(wǎng)差動保護業(yè)務。

1、精準負荷控制

（1）應用場景

精準負荷控制技術是指當多直流饋入電網(wǎng)發(fā)生多直流連續(xù)換相失敗和故障導致直流閉鎖、受端電網(wǎng)有功大幅缺額、頻率急劇下降時，根據(jù)直流損失功率的大小通過精準控制分散性海量電力用戶可中斷負荷，實現(xiàn)電網(wǎng)與電源、負荷友好互動，達到電力供需瞬時平衡，支撐能源大范圍優(yōu)化配置，避免了大面積停電的發(fā)生，將電網(wǎng)損失降至最小，對企業(yè)和居民用電的影響降至最低。

基于5G 通信網(wǎng)絡的精準負荷控制系統(tǒng)由業(yè)務終端、需求響應終端、通信網(wǎng)絡和主站系統(tǒng)構成。其中，業(yè)務終端通過本地網(wǎng)絡接入樓宇需求響應終端，需求響應終端通過5G 通信網(wǎng)絡接入需求響應系統(tǒng)主站，具體應用場景如圖2所示。

（2）通信需求

精準負荷控制系統(tǒng)需快速恢復大電網(wǎng)供需平衡、確保電網(wǎng)頻率在直流閉鎖故障發(fā)生后約650毫秒內(nèi)恢復至正常值（50Hz），因此主站至終端的切負荷指令通信通道傳輸時延不能超過50毫秒。精準負荷控制系統(tǒng)整組動作時延越少，恢復電網(wǎng)故障就越快。因此，對通信的時延是越低越好。對通信的需求中，重點強調(diào)時延、可用性、安全性、可靠性。具體通信需求如下：

帶寬：＜256Kbps。

時延：控制主（子）站到終端時延≤50ms。

通信可靠性：＞99.999%。

連接密度：＜1000個/百km2。

網(wǎng)絡切片：端到端硬切片，獨享切片資源。

安全：強安全需求，要求資源獨享，物理隔離。

授時精度：＜10μs。

通信方式：主從方式，永久在線，連續(xù)高頻通信。

圖2 基于5G 通信網(wǎng)絡的精準負荷控制業(yè)務應用場景

2、配網(wǎng)差動保護業(yè)務

（1）應用場景

配網(wǎng)差動保護技術作為一種在高壓輸電網(wǎng)中成熟應用的電網(wǎng)技術，可以很好地解決分布電源接入對配電網(wǎng)帶來的諸多困擾。其原理是配電差動保護終端比較兩端或多端同時刻電流值（矢量），當電流差值超過整定值時判定為故障發(fā)生，斷開其中的斷路器或開關，執(zhí)行差動保護動作，從而實現(xiàn)了配電網(wǎng)故障的精確定位和隔離。

隨著大規(guī)模分布式新能源接入配電網(wǎng)，電動汽車充電負荷出現(xiàn)快速增長，用戶供需互動日益頻繁，配電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷因其更強的時空不確定性呈現(xiàn)出常態(tài)化的隨機波動和間歇性，配電網(wǎng)的雙向潮流、多源故障等諸多問題日益凸顯。針對配電網(wǎng)多諧波、強噪聲的系統(tǒng)特征，采用高精度、微型化同步相量測量裝置（PMU），滿足于配電網(wǎng)實時動態(tài)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測應用。

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般由下列層次組成：配電主站、配電子站（常設在變電站內(nèi)，可選配）、配電遠方終端（FTU、DTU、TTU等）和通信網(wǎng)絡。配電主站負責對整個配電系統(tǒng)建模、實時監(jiān)控和時鐘同步；配電管理系統(tǒng)負責對整個配電網(wǎng)絡進行拓撲動態(tài)分析，將拓撲變化數(shù)據(jù)傳遞給各個DTU或FTU終端，同時對各終端的差動保護功能動態(tài)分析，并決定其保護功能投入/退出狀態(tài)。而配網(wǎng)差動保護作為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，DTU和FTU負責將各自采樣數(shù)據(jù)和跳閘信息傳遞給相鄰的終端，并收集相鄰終端的采樣數(shù)據(jù)和運行信息，通過差動保護算法對故障進行快速響應。其特點就是速度快、可動態(tài)適應、故障判別可靠等，具體應用場景如圖3所示。

（2）通信需求

差動保護對電流差值的判斷需基于同一時刻的電流值，要求相互關聯(lián)的兩個或多個差動保護終端必須保證時間同步，其時間同步精度＜10μs，交互信息的傳輸時延最大不超過12ms（peer to peer的最大時延），對通信的需求中，重點強調(diào)時延、可用性、可靠性。具體通信需求如下：

帶寬：＜10Mbps。

時延：業(yè)務系統(tǒng)端到端≤15ms，通信系統(tǒng)端到端≤10ms。

通信可靠性＞99.999%。

連接密度：＜1000個/百km2。

網(wǎng)絡切片：端到端硬切片，獨享切片資源。

安全：強安全需求，要求資源獨享，物理隔離。

授時精度：＜10μs。

通信方式：多方通信，主從（自動化業(yè)務）、設備到設備；永久在線，連續(xù)高頻通信。

圖3 基于5G的差動保護系統(tǒng)架構

（二）采集類業(yè)務

電網(wǎng)采集類業(yè)務對通信需求的典型特征是點多面廣，有線通信方式覆蓋難度大，對通信時延要求不高，適合5G技術體制下的mMTC應用場景，典型的業(yè)務有用電信息采集等。

（1）用電信息采集業(yè)務應用場景

用電信息采集業(yè)務可實現(xiàn)用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理等功能，用電信息采集系統(tǒng)由主站、遠程及本地通道、集中器和采集器/電表組成，用電信息采集的數(shù)據(jù)流向包括上行和下行兩類。上行數(shù)據(jù)流是指低壓工商業(yè)、居民用戶和公配變用戶的電能表數(shù)據(jù)經(jīng)過采集器（可選）上傳到集中器，集中器經(jīng)上行通信通道傳到用電信息采集系統(tǒng)主站；專變用戶電能表的數(shù)據(jù)上傳到專變終端，專變終端經(jīng)上行通道傳到用電信息采集系統(tǒng)主站。終端多部署于樓道、屋檐及小區(qū)配電房等，部分位于地下室。

用電信息采集系統(tǒng)在邏輯上分為主站層、通信信道層、采集設備層三個層次。主站層又分為營銷采集業(yè)務應用、前置采集平臺、數(shù)據(jù)庫管理三大部分。業(yè)務應用實現(xiàn)系統(tǒng)的各種應用業(yè)務邏輯；數(shù)據(jù)采集負責采集終端的用電信息，并負責協(xié)議解析；控制執(zhí)行是業(yè)務終端執(zhí)行控制操作；前置機用于實現(xiàn)對終端進行通信管理和調(diào)度。通信信道層是主站和采集設備的紐帶，提供有線和無線通信信道，為主站和終端的信息交互提供鏈路基礎。主要有：光纖專網(wǎng)、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)、中壓電力線載波等通信方式。采集設備層是用電信息采集系統(tǒng)的信息底層，負責收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息。具體應用場景如圖4所示。

（2）通信需求

用電數(shù)據(jù)采集業(yè)務根據(jù)不同用戶的通信速率不低于1.05Kbps，對于負荷控制指令，傳輸速率不低于2.5Kbps。具體通信需求如下：

帶寬：上行＜2Mbps，下行＜1Mbps。

時延：公變/專變檢測、低壓集抄＜3 s，精準費控＜200ms。

通信可靠性： ＞99.99%。

連接密度：＜10000個/km2。

安全：高安全需求，安全加密認證，安全接入?yún)^(qū)認證，物聯(lián)網(wǎng)切片，邏輯隔離。

通信方式：永久在線，頻次≤5分鐘/次。

圖4 用電信息采集系統(tǒng)框架圖

（三）移動應用類業(yè)務

移動應用類業(yè)務對通信需求的典型特征是通信帶寬要求高，安全性要求高，適合5G技術體制下的eMBB應用場景，典型的業(yè)務有移動巡檢類業(yè)務。

（1）移動巡檢類業(yè)務應用場景

移動巡檢類業(yè)務主要包含變電站巡檢機器人、移動式現(xiàn)場施工作業(yè)管控、應急現(xiàn)場自組網(wǎng)綜合應用三大場景。主要針對電力生產(chǎn)管理中的中低速率移動場景，對配電柜、開關柜的圖片、視頻進行采集、識別，提取其運行狀態(tài)、開關資源狀態(tài)等信息，監(jiān)控機房整體環(huán)境，預防安全事故和環(huán)境污染，減少人工巡檢工作量，避免了人工現(xiàn)場作業(yè)帶來的不確定性，同時減少人工成本，極大提高運維效率。未來可進行簡單的帶電操作。

變電站巡檢機器人業(yè)務主要針對場景為110kV 及以上變電站范圍內(nèi)的電力一次設備狀態(tài)綜合監(jiān)控、安防巡視等需求，目前巡檢機器人主要使用WiFi接入，所巡視的視頻信息大多保留在站內(nèi)本地，并未能實時地回傳至遠程監(jiān)控中心。主要應用場景圖5所示。

（2）通信需求

未來變電站巡檢機器人主要搭載多路高清視頻攝像頭或環(huán)境監(jiān)控傳感器，回傳相關檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需具備實時回傳至遠程監(jiān)控中心的能力。在部分情況下，巡檢機器人甚至可以進行簡單的帶電操作，如道閘開關控制等。對通信的需求主要體現(xiàn)在多路的高清視頻回傳（Mbps 級），巡檢機器人低時延遲的遠程控制（毫秒級）。移動巡檢業(yè)務對未來的通信需求包括：

帶寬：根據(jù)場景不同，要求可持續(xù)穩(wěn)定的保障4～100Mbps。

時延：多媒體信息時延要求小于200ms?？刂菩畔r延遲小于100ms。

可靠性：多媒體信息可靠性要求99.9%，控制信息可靠性要求99.999%。

隔離要求：基本屬于電網(wǎng)III 區(qū)業(yè)務，安全性要求低于I/II 區(qū)。少量控制功能如巡檢機器人需遠程操作的控制信息屬于I/II 區(qū)。

連接數(shù)量：集中在局部區(qū)域2～10個不等。

移動性：移動速率相對較低，在10～120km/h 范圍內(nèi)。

圖5 移動巡檢類業(yè)務應用場景

（四） 電網(wǎng)新型業(yè)務

電網(wǎng)新型業(yè)務是隨著智能電網(wǎng)和電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設而出現(xiàn)的一類業(yè)務，這類個性化通信需求較多，缺乏存量業(yè)務前期的通信積累，而5G技術的出現(xiàn)，能更好地與傳統(tǒng)通信方式結合，滿足各種電網(wǎng)新型業(yè)務的個性化通信需求。典型的業(yè)務有多站融合業(yè)務等。

（1）多站融合業(yè)務應用場景

多站融合業(yè)務充分利用變電站、新能源場站、儲能站、電動汽車充電站、供電營業(yè)廳所、抽水蓄能電站等場地環(huán)境建設不同等級和應用場景的數(shù)據(jù)中心站。數(shù)據(jù)中心站提供變電站數(shù)據(jù)的本地存儲與邊緣計算能力，網(wǎng)絡邊緣計算作為云計算的延伸，通過把云計算平臺及其能力遷移到變電站、新能源場站等網(wǎng)絡邊緣，具備對高帶寬、低時延、本地化業(yè)務的更強支撐功能，向社會提供資源共享服務。

多站融合是探索利用變電站資源建設運營數(shù)據(jù)中心站、5G基站、北斗地基增強站、充電樁、儲能站等，對內(nèi)支撐堅強智能電網(wǎng)業(yè)務，對外拓展能源服務渠道，助力電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，推進電力企業(yè)搭建共享平臺，更好的為社會創(chuàng)造價值。典型應用場景如圖6所示。

（2）通信需求

基于多站融合和邊緣計算技術可以開展的相關業(yè)務有車聯(lián)網(wǎng)、高清視頻、AR/VR、智慧安防等業(yè)務，對未來的通信需求包括：

車聯(lián)網(wǎng)和高清視頻類業(yè)務：傳輸帶寬100Mbps以上，時延10ms以下。

AR / VR 類業(yè)務：傳輸帶 寬100Mbps～1G之間，時延5ms以下。

智慧安防類業(yè)務：傳輸帶寬20Mbps以上，時延20ms以下。

連接數(shù)量：集中在局部區(qū)域10～1000個不等。

三、5G電力行業(yè)應用挑戰(zhàn)

（一）安全性與電力業(yè)務適配性仍需驗證

現(xiàn)階段5G垂直行業(yè)應用普遍面臨5G網(wǎng)絡覆蓋尚不全面、技術成熟度有待提升、應用配套產(chǎn)業(yè)處于培育期等問題，電力行業(yè)也不例外。5G網(wǎng)絡與4G網(wǎng)絡相比，可根據(jù)業(yè)務需求針對切片定制安全保護機制，可基于切片實現(xiàn)用戶所需安全分級服務、切片之間的安全隔離，也可實現(xiàn)基于用戶虛擬網(wǎng)絡的安全部署和安全管理，在網(wǎng)絡設計上強化了安全性。但電力系統(tǒng)對于通信網(wǎng)絡的可靠性和安全性有著特殊的要求，且5G網(wǎng)絡切片、核心網(wǎng)下沉、超低延時業(yè)務承載、海量連接等網(wǎng)絡特征對現(xiàn)有電力安全防護架構及網(wǎng)絡管理提出了新的要求。目前，在尚不成熟的5G技術和5G商用環(huán)境下，5G技術如何滿足能源互聯(lián)網(wǎng)下的電力業(yè)務安全需求仍有待驗證。

不同主體需要協(xié)同配合，明確安全責任邊界，同步推進5G發(fā)展與安全防護。電力企業(yè)、網(wǎng)絡運營商和設備供應商需要進一步量化網(wǎng)絡的技術指標和架構設計，包括5G網(wǎng)絡切片安全性、業(yè)務隔離、端到端業(yè)務時延，協(xié)商網(wǎng)絡能力開放、網(wǎng)絡管理界面等要求，以提供滿足電力行業(yè)多場景差異化的解決方案，并進行技術驗證和示范。同時，發(fā)揮政府部門、標準化組織、企業(yè)、研究機構等各方的能動性，打造多方參與的 5G 安全治理體系。

圖6 基于5G網(wǎng)絡的多站融合應用場景架構圖

表2 5G電力行業(yè)應用安全風險

（二） 找到商用價值與成本的平衡點

5G的建設和運營成本仍是行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。運營商曾公開表示，5G的高成本來自“三個3”：5G基站數(shù)量比4G多3倍2；單座5G基站耗電量是4G基站的3倍；單座5G基站的價格可能是4G基站的3倍。5G基站功率更大、能耗更高使得建設成本和維護成本大幅增加——據(jù)測算一座宏基站的建設成本（包括主設備、動力配套設施、土建施工、軟件費用等）約為40萬元人民幣，單個基站租戶年綜合電費約為2～3萬元3。一邊是快速擴張5G基站的需求，一邊是尚不明朗的投資回報和商業(yè)模式，企業(yè)面臨5G帶來的建設和運維成本壓力。

對運營商而言，2C用戶飽和，市場增長放緩；2B將成為潛在收入增長點和主要賽道。對電力企業(yè)而言，5G通信的高速率、高容量、高可靠性、低延時、低能耗與智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)可靠性、靈活響應與協(xié)同控制、海量數(shù)據(jù)傳輸以及電池壽命與保障的基本需求相匹配。5G能夠助力電網(wǎng)智能化，并創(chuàng)造新的商業(yè)價值。

在國家推動5G超預期提速的背景下，企業(yè)找到商用價值與成本的平衡點尤為重要。企業(yè)需要選擇最有潛力的應用場景，探索共建共享模式降本增效，從而逐步實現(xiàn)從單點突破到多點突破再到行業(yè)推廣。

（三）業(yè)務模式尚不清晰

“5G+電力”的業(yè)務模式尚未成形，企業(yè)仍在摸索自身定位以及不同定位下的核心業(yè)務模式。

以5G網(wǎng)絡切片服務為例。電網(wǎng)業(yè)務主要分為安全生產(chǎn)類、客戶服務類、經(jīng)營治理類和提質(zhì)增效類等四個類型。每個類別都有很多不同的具體業(yè)務，比如在安全生產(chǎn)中，就包含輸電線路在線監(jiān)測、無人機巡檢、智慧變電、配電物聯(lián)網(wǎng)、配電網(wǎng)保護、短路電流計算分析等多種應用場景。不同業(yè)務在時延、帶寬、連接密度、同步性要求以及可靠性、安全隔離方面都有不同的指標要求。5G網(wǎng)絡切片在隔離性和安全性上可以滿足電網(wǎng)不同的業(yè)務安全分區(qū)隔離需求：電力控制切片可實現(xiàn)毫秒級低時延，保證配電控制數(shù)據(jù)和命令的可靠傳輸；電力監(jiān)測切片，可實現(xiàn)海量電表數(shù)據(jù)的采集和無人機等智能設備巡檢數(shù)據(jù)的上傳；電力通信切片，可滿足電力行業(yè)專網(wǎng)的安全通話需求4。

目前網(wǎng)絡切片的相關研究和落地仍在發(fā)展階段，電力行業(yè)應用有三種潛在業(yè)務模式。不同模式下，電力企業(yè)的角色不同，對其資源和能力的要求也不同。相關企業(yè)需要共同探索哪種模式更為可行或找到新的模式，如表3所示。

四、從技術到商業(yè)

（一）深度參與標準制定

5G行業(yè)標準化是規(guī)?；l(fā)展的基礎。中國企業(yè)牽頭提交的5G智能電網(wǎng)研究項目在3GPP R18中成功立項，為5G+智能電網(wǎng)端到端標準系體架構奠定基礎。中國電科院（國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術研究院）加入國際標準化組織3GPP，參與標準制定，這將使5G 技術能夠更好地服務于垂直行業(yè)。

表3 5G網(wǎng)絡切片電力行業(yè)應用潛在業(yè)務模式

未來，電力企業(yè)可以從標準來源、利益相關者、關鍵考量因素和后續(xù)跟進幾個方面思考如何進一步深度參與5G技術標準制定，推動5G在電力行業(yè)應用的標準化。

（1）標準來源

企業(yè)可通過多種方式開發(fā)新標準，最常見的來源包括：修訂先前標準、現(xiàn)有實現(xiàn)編撰和滿足新興需求。為滿足新興需求開發(fā)標準要求各參與方達成共識，明確優(yōu)先滿足哪些需求，再圍繞這些需求開發(fā)解決方案。

（2）技術標準利益相關者

在標準開發(fā)工作中嘗試包含代表各種最終用戶、供應商、技術解決方案專家和標準專家的參與者。

（3）標準制定考量因素

成為標準機構參與者后，標準開發(fā)工作便開始了。這包括：從工作小組那里收集需求，確定一套可以相互接受的統(tǒng)一實踐，并設計出將成為技術標準基礎的技術解決方案，在這個過程中，還應考慮以下因素，以增加成功機率5。

工程實踐：同意并確保在制定技術標準時遵守合理的工程實踐。

市場敏銳：了解標準目標市場的價值，并根據(jù)這些價值調(diào)整設計決策和權衡。

細節(jié)與多樣性：避免嘗試編撰高度詳細的內(nèi)容以支持高度多樣化的應用，標準中的細節(jié)應與服務實踐中的多樣性相平衡。

功能性：將標準支持的落地應用和功能（必需或可選）的數(shù)量限制在合理范圍。

延展性：了解標準如何支持廠商和用戶的自定義使用，盡可能通過定義明確的擴展點和過程來支持自定義。

快速落地：與大型的，由多個部分組成的標準相比，規(guī)模較小，范圍狹窄的標準成功完成和采用的機會更大。

（4）后續(xù)跟進

許多企業(yè)錯誤地認為，一旦制定并發(fā)布了某項標準，采用和遵守該標準便會自成體系。事實上，發(fā)布后采取的行動在很大程度上影響該標準是否能被廣泛采用。企業(yè)應積極進行市場宣傳、支持互操作性，開發(fā)工具幫助供應商的測試開發(fā)工作。

（二） 選擇最具潛力應用場景

5G在電力行業(yè)應用場景多樣，我們需要以發(fā)展的眼光看待5G在不同場景的應用。目前5G標準還未完成，網(wǎng)絡建設優(yōu)化需要時間，不同時期的5G網(wǎng)絡將驅動對不同網(wǎng)絡成熟度需求的應用場景?，F(xiàn)階段準確聚焦最有潛力的應用場景成為應用落地成功的基礎。德勤從戰(zhàn)略意義和市場角度提出以下五個維度評估5G電力行業(yè)應用場景潛力。

（1）戰(zhàn)略意義

價值創(chuàng)造潛力：有助于填補能源互聯(lián)網(wǎng)演進過程中電力行業(yè)面臨的技術或創(chuàng)新差距，可使企業(yè)成為未來價值創(chuàng)造者。

政策規(guī)劃契合度：該應用的發(fā)展有相關政策支持，行業(yè)可借助政府扶持加速發(fā)展。

圖7 推動行業(yè)標準化關鍵因素

（2）市場潛力

電力需求規(guī)模：評估該應用場景的市場規(guī)模及增速，可以為5G在該行業(yè)發(fā)展提供廣闊的商業(yè)化空間。

商業(yè)可行性：具備數(shù)字化基礎，對5G解決方案需求迫切，且對5G網(wǎng)絡成熟度的要求符合技術發(fā)展現(xiàn)狀，適應“以建促用，以用促建”的發(fā)展邏輯。

顛覆性：該應用具有顛覆性影響，可以滿足當前未被滿足的需求，或使用戶消費習慣產(chǎn)生變革。

（三）商業(yè)模式創(chuàng)新

在由4G向5G的革新過程中，最重要的變化與其說來自技術層面，不如說在于商業(yè)模式。5G時代的商業(yè)模式將由B2X模式 （B2B/B2C/B2G）向B2B2X模式轉變——即通信運營商在其所構建的5G環(huán)境中，將某項具有附加價值的服務提供給電力企業(yè)，電力行企業(yè)發(fā)揮中內(nèi)心作用并向最終用戶提供以前無法做到的新服務。

5G應用將打通電力行業(yè)三條價值創(chuàng)造途徑，包括傳統(tǒng)電力業(yè)務優(yōu)化，以數(shù)據(jù)驅動的價值創(chuàng)造，和以用戶需求為中心的能源消費升級。

（1）傳統(tǒng)電力業(yè)務優(yōu)化

5G賦能傳統(tǒng)電力業(yè)務優(yōu)化主要體現(xiàn)在新能源及儲能并網(wǎng)、供電可靠性和資產(chǎn)運營效率三方面。

可再生能源發(fā)電的大量并網(wǎng)將給電網(wǎng)的運行、管理帶來新的挑戰(zhàn)?？稍偕茉幢旧黹g歇性、隨機性的特點，給電網(wǎng)功率平衡和運行控制帶來困難，其分布式的滲透使配電網(wǎng)由功率單向流動的無源網(wǎng)絡變?yōu)楣β孰p向流動的有源網(wǎng)絡6。隨著電網(wǎng)設備、電力終端、用電客戶通信需求的爆發(fā)式增長，5G技術將支持能源領域基礎設施的智能化，并支持雙向能源分配，并發(fā)展新的商業(yè)模式以提高生產(chǎn)、交付、使用和協(xié)調(diào)有限能源資源的效率。

可靠性方面，5G獨特的可定制化的網(wǎng)絡切片技術，可端到端保障電網(wǎng)的高隔離性應用，更好地滿足電力網(wǎng)絡對“行業(yè)專網(wǎng)”的訴求，為智能電網(wǎng)不同業(yè)務提供差異化的網(wǎng)絡服務能力。比如上述三大類場景應用，就可以在5G網(wǎng)絡下并行不悖，滿足用戶對安全性、可靠性和靈活性的多重需求。

資產(chǎn)運營效率提升方面，在變電站機器人巡檢等電力生產(chǎn)管理中的中低速率移動場景中，具備大帶寬特性的5G網(wǎng)絡一方面可以對巡檢機器人進行移動/飛行控制，在降低人工成本和安全風險的同時大幅提升巡檢效率，另一方面還能把高清視頻圖像及時回傳到指揮中心做分析處理，提升運維效率。

表4 5G打通電力行業(yè)三條創(chuàng)造途徑

（2）數(shù)據(jù)驅動的價值創(chuàng)造

5G應用采集類業(yè)務場景下，電網(wǎng)企業(yè)或電表制造商可以源源不斷獲取用戶的各種能源數(shù)據(jù)（如用電功率）和與能源系統(tǒng)運行狀態(tài)相關的數(shù)據(jù)（如電網(wǎng)電壓）。這些一手數(shù)據(jù)蘊含解釋用戶消費習慣、生活方式等重要信息，可以為政府部門提供宏觀經(jīng)濟預測風向標或在其他跨行業(yè)領域產(chǎn)生巨大商業(yè)價值。

在充分考慮個人隱私安全的前提下，如果進一步對上述一手用能數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等進行加工與分析，建立大型的數(shù)據(jù)中心或云平臺，可以實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的高效管理，并為深度挖掘用戶洞察提供基礎。

以數(shù)據(jù)驅動創(chuàng)新服務備受期待。為用能用戶、售電企業(yè)、新能源開發(fā)企業(yè)提供創(chuàng)新服務是5G采集類業(yè)務的重要價值體現(xiàn)，可以在用能特性與潛力的挖掘、能源用量預測分析、能源市場交易等創(chuàng)新服務等方面得到充分應用7。

表5 5G+電力跨行業(yè)合作基礎

例如，國網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心利用電力大數(shù)據(jù)打造電力經(jīng)濟指數(shù)。電力經(jīng)濟指數(shù)利用電力大數(shù)據(jù)客觀、高頻的特點，從電力使用的視角反映區(qū)域、產(chǎn)業(yè)、行業(yè)等不同層面的宏觀經(jīng)濟發(fā)展狀況。依托電力大數(shù)據(jù)分析業(yè)務，可以實現(xiàn)跨省市和跨行業(yè)電力數(shù)據(jù)的共享，提升區(qū)域產(chǎn)業(yè)、行業(yè)發(fā)展態(tài)勢的洞悉能力，為政府部門的決策提供數(shù)據(jù)服務，為行業(yè)發(fā)展提供支持，為投資提供數(shù)據(jù)依據(jù)8。

又如Google 旗下的Deepmind團隊預測風機功率，提前36小時精準預測風力發(fā)電量，幫助風電場運營獲得更智能的評估分析9。通過減少風電的可變性，可再生能源將變得“足夠可預測和有價值”，為風電場運營商提供了更多數(shù)據(jù)驅動的評估，以滿足未來電力的需求，有助于電網(wǎng)實現(xiàn)電力供需平衡。

（3）以用戶需求為中心的能源消費升級

以用戶為中心的消費升級，一方面要滿足用戶多樣化的用能需求，以用戶便利作為商業(yè)模式的核心；另一方面還可以誘導性的改變用戶消費習慣，提供創(chuàng)新的商品和服務，從而為整個能源系統(tǒng)創(chuàng)造出新的價值。10

如基于SaaS的能效管理平臺，對企業(yè)、園區(qū)、校園等用戶的用能狀態(tài)進行全方位評估，設計個性化節(jié)能方案，即降低用能成本，也使得用戶的用能行為對能源系統(tǒng)更友好。又如，整合電網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)等能源網(wǎng)絡的生產(chǎn)設備與管網(wǎng)資源，搭建多能耦合的綜合能源供應系體，向用戶提供整體“用能套餐”，省卻用戶多家購買的繁瑣。

5G與電力行業(yè)融合，是無法由一兩家企業(yè)完成的。不同企業(yè)有各自的資源和能力優(yōu)勢，合作探索核心價值路徑下的可行商業(yè)模式。

備注：

1．愛立信《The Industry Impact of 5G》https://www.ericsson.com/en/networks/trending/insights-and-reports/industrybusiness-impact-of-5g

2．5 G 運維管理應更精細智能，經(jīng)濟日報，2020-08-07，http://www.xinhuanet.com/2020-08/07/c_1126335750.htm

3．單個5G基站年度電費超2萬，5G建設成本壓力大，運營商怎么辦？，新浪科技，2020-08-11，https://tech.sina.cn/t/2020-08-11/detailiivhvpwy0436862.d.html

4．中國電科院李志：5G網(wǎng)絡切片測試結果滿足預期要求應用前景可期，C114通信，2020-10-30，https://m.c114.com.cn/w5218-1142586.html

5． Best practice for technical standard creation, MITRE Corporate, April 2017，https://www.mitre.org/publications/technical-papers/best-practices-fortechnical-standard-creation

6.5G技術為新能源發(fā)電帶來的改變，中國能源網(wǎng)，2020-11-13，https://www.china5e.com/news/news-1103883-1.html

7.能源大數(shù)據(jù)技術的應用與發(fā)展，能源情報，2019-06-11，https://www.sohu.com/a/319915748_269757

8.市場，電力大數(shù)據(jù)如何服務社會？國網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心促進數(shù)據(jù)增值變現(xiàn)落地應用，中能智庫，2019-09-10，https://m.sohu.com/a/340136702_777609

9.Google和DeepMind運用人工智能預測風電場的能源輸出，搜狐，2019-02-27，https://www.sohu.com/a/297915632_485557

10.陳啟鑫王毅《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究》，清華大學