周屋梁

（廣州健新科技有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的工作和生活對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高。電網(wǎng)為滿足需求不斷擴(kuò)張，帶來了新的挑戰(zhàn)。在智能技術(shù)的支持下，電網(wǎng)建設(shè)階段要做好電力設(shè)備、終端設(shè)備與用戶間的溝通。5G通信技術(shù)能確保設(shè)備和用戶間的溝通傳輸高效、快速、安全以及穩(wěn)定，使得電力系統(tǒng)向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。在跨越階段要將物聯(lián)網(wǎng)融入電力企業(yè)，利用5G通信技術(shù)全面檢驗(yàn)數(shù)據(jù)信息和網(wǎng)絡(luò)信息，充分展現(xiàn)5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，使其發(fā)揮最大價(jià)值與作用，推進(jìn)電力企業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)背景下快速可持續(xù)發(fā)展。

1 5G通信的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)通信相比，5G通信的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速度更快，可滿足現(xiàn)階段多元化信息技術(shù)、智能技術(shù)的需求和用戶不斷提高的要求，大大提高了傳輸性能和傳輸速率。5G通信技術(shù)具有成本投入低、可靠性高、覆蓋范圍廣泛和延時(shí)低的特點(diǎn)，采用開放的技術(shù)架構(gòu)。現(xiàn)階段，5G技術(shù)通信在電力企業(yè)大范圍使用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的快速傳輸和大容量存儲(chǔ)[1]。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)

目前，電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展不可缺少的重要組成部分，幾乎覆蓋了所有地區(qū)。覆蓋地區(qū)的電力網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)客戶端連接著不計(jì)其數(shù)的電器。電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展，需要將電力設(shè)備與物理對(duì)象相連接實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)，從而建立符合用戶需求的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電器的互通與互聯(lián)，推進(jìn)生產(chǎn)、生活以及家居朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，提高人們的生活品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)覆蓋地區(qū)的智能化。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，得到了重視。例如，配備全國(guó)聯(lián)網(wǎng)電器裝置，可利用智能終端實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行軌跡與狀態(tài)，全面分析數(shù)據(jù)，提高電力系統(tǒng)調(diào)度的科學(xué)性和合理性，確保配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

各種傳輸與轉(zhuǎn)換設(shè)備共同組成了電力網(wǎng)，利用光纖傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息的相互連接與傳遞。但是，實(shí)際應(yīng)用中，配電網(wǎng)存在較多問題，無法利用現(xiàn)階段的相關(guān)技術(shù)不斷拓展。電器利用傳統(tǒng)的物理性連接模式存在連接質(zhì)量差、外部影響多等缺點(diǎn)。因此，在電力系統(tǒng)信息互聯(lián)階段，要與5G通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備在配電網(wǎng)中的穩(wěn)定可靠連接，最大限度地發(fā)揮其傳輸功能與轉(zhuǎn)換功能。在相對(duì)規(guī)模較大的場(chǎng)景，要將電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)鏈路串聯(lián)，從而全面分析社會(huì)不同層面的耗電特征?；ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)容量具有高強(qiáng)度與高連接特點(diǎn)。應(yīng)用5G通信技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，而且能有效解決很多電力問題，使得交通網(wǎng)絡(luò)、家用電器連網(wǎng)等變得更加安全可靠，且操作簡(jiǎn)便快捷[3]。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)融合的意義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要由平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層3部分組成，利用網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)計(jì)形成專業(yè)性較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架。應(yīng)用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能有效滿足現(xiàn)階段電力發(fā)展需求，通過合理調(diào)整泛在電力資源配置，結(jié)合備用設(shè)備進(jìn)行合理規(guī)劃，能提高信息識(shí)別功能。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能大范圍應(yīng)用我國(guó)現(xiàn)階段的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無線技術(shù)，掌握電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施動(dòng)態(tài)和實(shí)際分布情況[4]。將5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合，建設(shè)后可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)收集與分析處理，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的精準(zhǔn)控制，確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)大幅提高數(shù)據(jù)信息的傳輸速率。在5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的過程中，融入人工智能技術(shù)可以簡(jiǎn)化泛在物聯(lián)網(wǎng)通信，加快泛在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在泛在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行階段的實(shí)際數(shù)據(jù)信息發(fā)送前，需要整合、分析和處理收集的大量數(shù)據(jù)信息，得到初步預(yù)測(cè)和發(fā)展目標(biāo)，為后續(xù)可持續(xù)工作提供基礎(chǔ)。此外，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用運(yùn)行階段要注意數(shù)據(jù)的可靠性，提高安全性保護(hù)措施，詳細(xì)分析傳感器系統(tǒng)下數(shù)據(jù)信息的工作運(yùn)行軌跡與狀態(tài)，分析判斷整體網(wǎng)絡(luò)通信，并將判斷得到的最終結(jié)果傳輸給用戶終端。其他通信技術(shù)與5G通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下的性能參數(shù)對(duì)比如表1所示[5]。

表1 不同通信協(xié)議的性能參數(shù)對(duì)比

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與研究

4.1 傳統(tǒng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與研究

電網(wǎng)系統(tǒng)從變電站到客戶端，涉及的感知區(qū)域范圍在不斷變小，而設(shè)備存儲(chǔ)量在不斷變大，以滿足電力物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的逐級(jí)控制要求。為滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)要求，在智能物聯(lián)體系上需要不斷強(qiáng)化邊緣與終端的連接互動(dòng)功能，以確保區(qū)域自治等場(chǎng)景下的應(yīng)用。

近年來，電力企業(yè)在技術(shù)應(yīng)用上不斷改進(jìn)與調(diào)整，建設(shè)了一種單一性的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)整體框架。與其他物聯(lián)網(wǎng)類似，它主要是由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層4部分構(gòu)成，如圖1所示[6]。

圖1 傳統(tǒng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)框架

傳統(tǒng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，感知層主要是對(duì)智能化的終端標(biāo)準(zhǔn)做統(tǒng)一接入，將接入后采集的大量數(shù)據(jù)源信息利用網(wǎng)絡(luò)層多協(xié)議自組網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絻?nèi)部專網(wǎng)，然后和互聯(lián)外網(wǎng)結(jié)合，將信息上傳至國(guó)家電網(wǎng)構(gòu)建的平臺(tái)層。通常國(guó)家電網(wǎng)構(gòu)建的平臺(tái)層屬于一體化國(guó)網(wǎng)云平臺(tái)，會(huì)全面分析、整合、存儲(chǔ)上傳來的數(shù)據(jù)信息，再將整合后的數(shù)據(jù)傳送到最后的應(yīng)用層，通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)用戶定向服務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控?？梢钥闯?，在整個(gè)框架運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，平臺(tái)層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)在運(yùn)行階段的核心。平臺(tái)層和網(wǎng)絡(luò)層利用發(fā)送的數(shù)據(jù)信息有效控制電力終端[7]。

4.2 新型泛在電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與研究

現(xiàn)階段，在我國(guó)電力建設(shè)上，電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)能解決一些傳統(tǒng)電力在測(cè)量階段遇到的問題，但在整體網(wǎng)絡(luò)框架方面仍然存在弊端。一方面，一體化國(guó)網(wǎng)云平臺(tái)在上傳數(shù)據(jù)的分析整合過程中形式過于單一，且因?yàn)榧夹g(shù)限制無法滿足用戶日益增長(zhǎng)的電力需求，也無法實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化控制。另一方面，在整體框架采用多種通信協(xié)議結(jié)合的基礎(chǔ)上，才能完成各層間的數(shù)據(jù)分析與傳輸，且不同地區(qū)采用的通信技術(shù)方式也會(huì)出現(xiàn)偏差，造成通信協(xié)議不兼容、信號(hào)錯(cuò)誤以及信號(hào)差等問題。

在新型電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用中，應(yīng)將其與5G通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以其他通信協(xié)議為輔助，構(gòu)建能滿足用戶、電力企業(yè)等多機(jī)構(gòu)需求的整體電力物聯(lián)網(wǎng)框架，從發(fā)電、變電、輸電以及配電4個(gè)方面的應(yīng)用出發(fā)，展開對(duì)新型泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與研究[8]。

發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。新型泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電環(huán)節(jié)，主要涉及太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電以及火力發(fā)電等方面。將5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，可提高風(fēng)力發(fā)電的智能化水平，從而不斷提高發(fā)電效率。

變電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。變電環(huán)節(jié)主要是對(duì)如電流、電壓等指標(biāo)作出調(diào)控，以滿足工業(yè)生產(chǎn)、居民生活對(duì)電力的需求。在5G通信環(huán)境下，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)變電環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的高精準(zhǔn)性，再利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)變電站進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、收集、傳輸以及分析等，從而為運(yùn)維人員提供檢測(cè)技術(shù)服務(wù)，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的感知層，對(duì)相關(guān)電路安裝傳感器，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)電力系統(tǒng)線路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸送與監(jiān)控。傳感器具有的高敏感性和高靈活性，在線路發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間進(jìn)行診斷并發(fā)出預(yù)警，再通過智能設(shè)備將故障信息上傳共享，使得電力人員在監(jiān)控室就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的控制。

配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。配電環(huán)節(jié)主要是連接用戶所需的電網(wǎng)流程部分。物聯(lián)網(wǎng)與用戶連接過程中，需使配電網(wǎng)處于最佳的應(yīng)用環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)在配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)電力傳輸階段對(duì)用戶用電功率需求的精準(zhǔn)分析，以便結(jié)合用戶用電需求和實(shí)際用電情況對(duì)電力傳輸作出精準(zhǔn)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電力資源合理調(diào)配，降低電力能源損耗，避免浪費(fèi)[9]。

5 5G通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的應(yīng)用展望

5.1 雙網(wǎng)聯(lián)合優(yōu)化

現(xiàn)階段5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的低功耗優(yōu)勢(shì)還不夠明顯，但隨著未來通信量的不斷增加，低耗能優(yōu)勢(shì)會(huì)不斷凸顯。5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)上主要起到相互協(xié)調(diào)、供需以及互動(dòng)等作用，從而實(shí)現(xiàn)2者結(jié)合后的優(yōu)化。但是，5G通信技術(shù)需要高電力保障，在電力系統(tǒng)覆蓋較弱地區(qū)、通信需求量較高地區(qū)進(jìn)行雙網(wǎng)優(yōu)化。在具體實(shí)踐中需要與地區(qū)實(shí)際情況相結(jié)合，以制定科學(xué)合理的發(fā)展策略。

5.2 雙網(wǎng)安全隱私性

隨著5G通信技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)了物與物之間的信息數(shù)據(jù)傳遞與共享，但這種信息數(shù)據(jù)的傳遞存在隱私暴露隱患，因此在未來技術(shù)研發(fā)階段要重視安全隱私問題。在電力系統(tǒng)中存儲(chǔ)電網(wǎng)安全數(shù)據(jù)信息，并在保障安全數(shù)據(jù)信息時(shí)依據(jù)等級(jí)進(jìn)行詳細(xì)劃分，設(shè)置多層權(quán)限，確保在安全環(huán)境中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞與共享，提供5G通信與電力網(wǎng)絡(luò)雙重信息的安全隱私保障。

5.3 多元化商業(yè)模式

5G通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合階段，為電力領(lǐng)域與電力企業(yè)帶來了新機(jī)遇。因此，可以利用新型運(yùn)營(yíng)模式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)商業(yè)操作的多元化模式。例如，5G通信技術(shù)支持端與端的相互信息傳遞，為P2P能源交易提供技術(shù)支持[10]。

6 結(jié) 論

5G通信技術(shù)為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與研究帶來了更多機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)了高速度、高容量、低成本、高可靠性、廣覆蓋以及低延時(shí)等。將5G通信技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用于電力物聯(lián)網(wǎng)不同場(chǎng)景構(gòu)建階段，可改善當(dāng)前的電力運(yùn)用模式，為用戶更好地提供服務(wù)，為電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。