保定市智能電腦有限公司 商 娜

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的末端，直接面向電力用戶(hù)，其網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性直接影響著電力用戶(hù)的用電體驗(yàn)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中其運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要。但目前配電網(wǎng)是整個(gè)電力系統(tǒng)中最為薄弱的一環(huán)，隨著我國(guó)配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，分布式電源、能源儲(chǔ)能以及電動(dòng)汽車(chē)等產(chǎn)品接入到電力系統(tǒng)中，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了影響，也導(dǎo)致配電網(wǎng)從單電源輻射向多電源復(fù)雜供電的方向轉(zhuǎn)變。配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題也逐漸增多，而傳統(tǒng)的故障處理方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足配電網(wǎng)的實(shí)際需求，目前主要面臨著以下困境：一是應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)故障的設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商較多，但執(zhí)行的通信標(biāo)準(zhǔn)卻不一致，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)設(shè)備之間的通用性較差；二是配電網(wǎng)直接面對(duì)電力用戶(hù)，其覆蓋面積十分廣闊，分布式電源的接入導(dǎo)致傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足配電網(wǎng)的需求；三是目前配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)設(shè)備的通信方式主要采用第4代移動(dòng)通信技術(shù)，在實(shí)際使用時(shí)可靠性較差且具有較高的時(shí)延。目前配電網(wǎng)絡(luò)主要使用無(wú)線(xiàn)通信的方式，這種方式具有成本低、覆蓋面積廣、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的傳輸之中，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻面臨著穩(wěn)定性差、帶寬小、時(shí)延高等問(wèn)題，使得無(wú)線(xiàn)通信很難適應(yīng)配電網(wǎng)的控制需求。

1 基于5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架構(gòu)

5G技術(shù)是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，具有超帶寬、超低時(shí)延以及海量接入的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前5G技術(shù)主要有以下應(yīng)用場(chǎng)景：一是eMBB場(chǎng)景，這是對(duì)原有通信業(yè)務(wù)的進(jìn)一步加強(qiáng)，能為通信用戶(hù)提供更高的通信速率；二是mMTC場(chǎng)景，這是為了滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際需求，為物聯(lián)網(wǎng)提供低速率、超大接入量的業(yè)務(wù)服務(wù)；三是uRLLC場(chǎng)景，主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，能為工業(yè)提供穩(wěn)定可靠的、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)支持。與4G技術(shù)相比，5G技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行了核心網(wǎng)絡(luò)和基站的演進(jìn)，這種演進(jìn)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)流程

從圖1中可以看出5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包含：核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將4G核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分離，將其變?yōu)榭刂泼婧陀脩?hù)面，并分別提供相應(yīng)的5G技術(shù)服務(wù)。其中5G邊緣云服務(wù)，能為用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)高層協(xié)議以及相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理能力，通信用戶(hù)基于該項(xiàng)服務(wù)可以滿(mǎn)足自身的視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、虛擬現(xiàn)實(shí)等對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率要求較高的業(yè)務(wù)需求。5G技術(shù)本身是眾多信息技術(shù)的結(jié)合體，這就包含云計(jì)算、分布式云架構(gòu)技術(shù)以及NFV技術(shù)的，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的核心網(wǎng)絡(luò)具備與這些技術(shù)協(xié)同使用的能力，從而根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，提供相應(yīng)的通信信息服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)將實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為眾多虛擬網(wǎng)絡(luò)，再滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率需求的同時(shí)，能在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)行使用。

2 5G技術(shù)在電力系統(tǒng)生產(chǎn)與管理業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

2.1 5G技術(shù)的應(yīng)用思路

5G技術(shù)是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)的，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中許多基站采用與4G基站共建的方式，在降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的同時(shí)，也加速了5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的步伐。5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將業(yè)務(wù)終端、通信終端與基站的業(yè)務(wù)主站系統(tǒng)建立聯(lián)系，從而完成數(shù)據(jù)信息的傳輸。

在5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)主站系統(tǒng)通過(guò)5G通信網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)終端進(jìn)行聯(lián)系，這其中包括核心、邊緣、接入以及業(yè)務(wù)等節(jié)點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)并未改變?cè)械臉I(yè)務(wù)模式，依然采用原有協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，從而完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳輸。接入節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)接入，主要滿(mǎn)足專(zhuān)用業(yè)務(wù)的通信需求，并通過(guò)邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)所收到的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，這種傳輸方式極大的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，并降低?shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的時(shí)延。而核心節(jié)點(diǎn)則主要是滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用需求，為了給不同用戶(hù)提供不同的個(gè)性化服務(wù)，核心節(jié)點(diǎn)將5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片化，并利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行軟硬件分離，以支撐5G技術(shù)在多個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用。

2.2 電流差動(dòng)保護(hù)信號(hào)同步技術(shù)

信號(hào)同步技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意兩點(diǎn)：一是在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣時(shí)必須保證線(xiàn)路兩側(cè)的時(shí)間保持一致；二是差動(dòng)繼電器在計(jì)算差動(dòng)電流時(shí)也要保證兩側(cè)時(shí)間的相同。目前信號(hào)同步技術(shù)的同步方法主要有以下兩種：一是數(shù)據(jù)通道同步方法，這種方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行矯正，從而保證同步數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；二是全球定位系統(tǒng)同步方法，這種方法主要使用GPS系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘的時(shí)間進(jìn)行同步。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)，信號(hào)同步技術(shù)也可以采用北斗定位系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步，目前采用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)所進(jìn)行的時(shí)間同步，實(shí)際誤差相對(duì)較小，線(xiàn)路采樣脈沖的誤差也在2μs以?xún)?nèi)。

2.3 5G技術(shù)在配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用

在配電系統(tǒng)中配電主站系統(tǒng)與業(yè)務(wù)終端系統(tǒng)之間進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，需要根據(jù)4G基站的實(shí)際情況進(jìn)行建設(shè)。電流差動(dòng)保護(hù)裝置是保護(hù)電力系統(tǒng)的重要裝備，能降低停電的時(shí)間和電力故障搶修的效率，在實(shí)際工作時(shí)主要是對(duì)電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在異常數(shù)據(jù)時(shí)，就進(jìn)行跳閘保護(hù)。但目前5G技術(shù)在配電網(wǎng)電流差動(dòng)裝置中的應(yīng)用以及保護(hù)原理還存在著以下問(wèn)題，主要包含以下幾點(diǎn)：一是分布式電源在進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)原有的電力網(wǎng)絡(luò)造成影響，這也導(dǎo)致原有的配件保護(hù)裝置無(wú)法正常使用。這是因?yàn)樵诜植际诫娫粗凶冸娫O(shè)備的耐壓和過(guò)電能力較弱，一旦發(fā)生故障所提供的電流水平較低，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中原有的配電網(wǎng)繼電設(shè)備的性能出現(xiàn)惡化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用；二是配電網(wǎng)原本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而無(wú)法對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行靈活配置。這主要是因?yàn)榉植际诫娫吹慕尤胧沟迷镜膯味朔派渚W(wǎng)絡(luò)變?yōu)閺?fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致配電網(wǎng)無(wú)法靈活的對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行配置；三是通信通道的建設(shè)以及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)本身的特點(diǎn)制約著配電網(wǎng)的發(fā)展，這是因?yàn)槲覈?guó)目前電力系統(tǒng)所使用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是第4代通信技術(shù)，通信技術(shù)本身并不能滿(mǎn)足配電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。因此本文結(jié)合5G通信技術(shù)，將其應(yīng)用到電流差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)之中，并將配電主站、差動(dòng)保護(hù)裝置、以及終端設(shè)備與5G技術(shù)進(jìn)行有序串聯(lián)，并構(gòu)建了應(yīng)用架構(gòu)。

在配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)主要的應(yīng)用場(chǎng)景是電力系統(tǒng)中的變電站，因此本文對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文在線(xiàn)路環(huán)網(wǎng)柜中安裝了電流差動(dòng)保護(hù)裝置、5G通信模組以及測(cè)控裝備，為了保證電流差動(dòng)保護(hù)裝置的穩(wěn)定性，對(duì)配電終端的CT電流和零序電流進(jìn)行采集，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算出被保護(hù)電路實(shí)際的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，線(xiàn)路環(huán)網(wǎng)柜中的電流插動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)對(duì)線(xiàn)路中的電流進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)保護(hù)邏輯作出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)。

2.4 5G技術(shù)在配電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用情況

目前我國(guó)許多電力企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始將5G技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)絡(luò)之中，并進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證。在電流差動(dòng)保護(hù)方面，我國(guó)南方電力公司就與中國(guó)移動(dòng)、華為公司在深圳進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首個(gè)分布式配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)測(cè)試，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延在10ms以?xún)?nèi)，控制精度可以達(dá)到300ns。從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，5G技術(shù)是能滿(mǎn)足配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)的業(yè)務(wù)需求的。在智能化巡檢方面，廣東東莞供電公司和浙江電力有限公司基于5G技術(shù)開(kāi)展了無(wú)人機(jī)智能巡檢試點(diǎn)驗(yàn)證，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，5G網(wǎng)絡(luò)能為無(wú)人機(jī)提供精準(zhǔn)的定位，在數(shù)據(jù)傳輸上也能為其提供大帶寬、低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)人機(jī)可以清晰的拍攝到設(shè)備及線(xiàn)路的外觀(guān)，這有效的提升了巡檢工作的效率。在同步測(cè)量方面，我國(guó)上海電力公司利用5G大帶寬、低時(shí)延的特點(diǎn)對(duì)配電網(wǎng)的同步相量進(jìn)行測(cè)量，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，配電網(wǎng)主站的通信時(shí)延在10ms以?xún)?nèi)，通過(guò)這次試點(diǎn)驗(yàn)證再一次證明了5G網(wǎng)絡(luò)的可靠性，在我國(guó)配電網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用是完全可行的。

結(jié)語(yǔ)：配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的一環(huán)，直接面對(duì)電力用戶(hù)，其運(yùn)行的平穩(wěn)性直接關(guān)系到電力用戶(hù)的用電體驗(yàn)。電流差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)是配電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障，但在業(yè)務(wù)實(shí)際開(kāi)展的過(guò)程中，由于通信技術(shù)的限制實(shí)際保護(hù)的效果并不十分理想，對(duì)于配電網(wǎng)的智能化發(fā)展是十分不利的，但隨著5G時(shí)代的到來(lái)，5G技術(shù)本身所具有的大帶寬、低時(shí)延、高速率的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足了配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的需求。