蔡 暉

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）受到了人們的廣泛關(guān)注。為全面提升泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用運(yùn)行質(zhì)量，結(jié)合電力物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行要求和規(guī)范深度融合5G通信技術(shù)，建構(gòu)更加科學(xué)規(guī)范的物聯(lián)應(yīng)用體系，從而一定程度上推進(jìn)電力物聯(lián)網(wǎng)的高效部署，在滿足電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的同時(shí)提升安全防護(hù)水平。

1 5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的必要性

在通信技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，5G通信技術(shù)以低時(shí)延、強(qiáng)帶寬以及高移動(dòng)速率等特性被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，如圖1所示[1]。

圖1 5G通信技術(shù)特點(diǎn)

5G通信技術(shù)應(yīng)用在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，能在滿足多元業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，更好地提升服務(wù)質(zhì)量。例如：電力物聯(lián)網(wǎng)要完成智慧電廠生產(chǎn)和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性采集，可應(yīng)用5G通信技術(shù)的高連接密度特性，提升數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量；電力物聯(lián)網(wǎng)要完成時(shí)空定位和可視化運(yùn)維管理，可應(yīng)用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)時(shí)，并建立全方位的定位網(wǎng)絡(luò)覆蓋處理模式；電力物聯(lián)網(wǎng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警輸電線路山火，可利用5G通信技術(shù)低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)，提升數(shù)據(jù)采集的精度和準(zhǔn)確性，優(yōu)化預(yù)警效率；電力物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)輸電線路狀態(tài)，可應(yīng)用5G通信技術(shù)提升監(jiān)測(cè)水平[3]。

綜上所述，5G通信技術(shù)在滿足電力業(yè)務(wù)通信需求方面具有突出優(yōu)勢(shì)，能更好地輔助電力系統(tǒng)開展相關(guān)工作，并保證服務(wù)質(zhì)量和時(shí)效性，具有重要的推廣價(jià)值。

2 5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的具體內(nèi)容

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

5G通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)為深度覆蓋技術(shù)和輸電線路智能監(jiān)測(cè)技術(shù)。深度覆蓋技術(shù)能夠多維度匯總電網(wǎng)各個(gè)無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在滿足通信性能指標(biāo)要求的同時(shí)減少信號(hào)覆蓋盲區(qū)，平均電場(chǎng)強(qiáng)度能達(dá)到2 845 V/m[4]。輸電線路智能監(jiān)測(cè)技術(shù)可以結(jié)合邊緣計(jì)算模式計(jì)算分析不同數(shù)據(jù)，降低通信時(shí)延，同時(shí)利用邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入、存儲(chǔ)和通信管理[5]。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

為更好地提升電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，要整合通信技術(shù)要點(diǎn)，建立完整的泛在物聯(lián)網(wǎng)控制模式，打造多元合理化技術(shù)體系，優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)綜合管理效果。目前，5G通信技術(shù)被應(yīng)用在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用的同時(shí)，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多元服務(wù)升級(jí)提供保障，如圖2所示。

圖2 5G通信技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

2.2.1 分布式能源和儲(chǔ)能并網(wǎng)

新能源本身具有間歇性和不確定性特點(diǎn)，因此對(duì)電網(wǎng)應(yīng)用通信的需求與日俱增，而5G通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的時(shí)延和可靠性要求。

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性交互處理?；?G通信技術(shù)的高帶寬特性，建立能源資源評(píng)估模塊和分布式能源調(diào)節(jié)能力評(píng)估模塊，結(jié)合評(píng)估分析的相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，提升分布式能源協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總和交互管理的水平。

（2）精準(zhǔn)控制。分布式新能源要借助電力電子裝置接入電網(wǎng)完成相關(guān)工作。利用5G通信技術(shù)的高帶寬特質(zhì)，能建立新能源的精準(zhǔn)管理體系，優(yōu)化新能源的消納效果[6]。

（3）大規(guī)模接入。在電力物聯(lián)網(wǎng)體系中，分布式風(fēng)電終端和光伏終端等子網(wǎng)體系應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使得如何滿足規(guī)模化接入成為難點(diǎn)。利用5G通信技術(shù)能貼合海量分布式新能源和儲(chǔ)能接入要求，匹配連接業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，完成規(guī)?；尤牍ぷ鳌?/p>

2.2.2 輸變電運(yùn)行監(jiān)控

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，輸變電業(yè)務(wù)采集數(shù)據(jù)量不斷增加，輸變電運(yùn)維管理工作的難度隨之加大。為了加強(qiáng)輸變電運(yùn)維管理，需要整合5G通信技術(shù)要求，落實(shí)監(jiān)控工作。

（1）輸變電高清監(jiān)控。基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求，輸變電監(jiān)控模式要結(jié)合全方位多視角開展電網(wǎng)狀態(tài)感知工作。不僅能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總，還能有效采集非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)內(nèi)容。例如，無(wú)人機(jī)電力巡檢業(yè)務(wù)工作的開展，要完成高壓輸電線路和特高壓輸電線路的巡查，借助高清圖片和視頻有效輔助檢修工作人員開展實(shí)時(shí)性狀態(tài)評(píng)估。因此，要配置激光雷達(dá)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的管理。傳統(tǒng)的通信方式無(wú)法滿足傳輸數(shù)據(jù)的帶寬要求，因此需選擇能達(dá)到200 Mb/s以上帶寬的5G通信技術(shù)作為傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，以開展相應(yīng)的業(yè)務(wù)管理工作[7]。

（2）輸變電智能運(yùn)維。變電運(yùn)維質(zhì)量和運(yùn)行效率在電網(wǎng)應(yīng)用控制體系中的要求較高，而借助5G視頻傳輸業(yè)務(wù)能有效緩解人工巡檢壓力，提高實(shí)時(shí)運(yùn)維檢修工作的效率。5G通信技術(shù)應(yīng)用模式中利用多元控制模式能實(shí)現(xiàn)運(yùn)維可視化處理，在排查故障的同時(shí)提升故障定位的實(shí)時(shí)控制效果。例如，南方電網(wǎng)在廣州試行5G通信技術(shù)+智能巡檢業(yè)務(wù)，利用無(wú)人機(jī)和5G巡檢機(jī)器人完成了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)匯總，并在獲取實(shí)時(shí)指令后回傳高清視頻圖像，為運(yùn)維水平的全面提升奠定基礎(chǔ)。

2.2.3 配電網(wǎng)調(diào)控保護(hù)

為了保護(hù)配電網(wǎng)調(diào)控，需要進(jìn)行兩方面準(zhǔn)備。一方面，結(jié)合5G通信技術(shù)建立配網(wǎng)海量運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)采集和傳輸管理體系，保證運(yùn)行分析數(shù)據(jù)能有效體現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，并建立配網(wǎng)廣域量測(cè)和配網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知等工作模式，確保智能調(diào)控工作順利展開。另一方面，應(yīng)用5G通信技術(shù)不僅能實(shí)時(shí)采集并分析配網(wǎng)終端狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)全方位多角度感知管理，保證實(shí)時(shí)控制效果的最優(yōu)化，支持非故障區(qū)域的隔離處理，維持業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，減少停電造成的經(jīng)濟(jì)損失[8]。

2.2.4 用戶負(fù)荷感知和調(diào)控

第一，智能電表利用本地通信能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)匯總管理，且應(yīng)用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力末端用戶側(cè)的全面覆蓋，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)效性，支撐海量電網(wǎng)用戶運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)管理。此外，應(yīng)用該技術(shù)能建立實(shí)時(shí)感知控制體系，在匯總用戶運(yùn)行狀態(tài)信息和電網(wǎng)運(yùn)行工況信息的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)荷的多元感知。

第二，在用戶緊急控制工作中應(yīng)用5G通信技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)荷側(cè)信息匯總。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，可以借助全方位調(diào)控處理，結(jié)合穩(wěn)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制體系的精準(zhǔn)管理，保證海量電力用戶精準(zhǔn)管理工作順利展開。一般而言，精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)中，裝置的響應(yīng)時(shí)間在10 ms以上，但應(yīng)用5G通信技術(shù)低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)能大大縮短響應(yīng)時(shí)間，更好地支撐用戶緊急控制業(yè)務(wù)運(yùn)行[9]。

第三，在智能終端應(yīng)用5G通信技術(shù)過程中，結(jié)合5G通信技術(shù)低時(shí)延特性，基于挖掘用戶柔性可斷負(fù)荷參與調(diào)峰能力，維持電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)性，減少尖峰負(fù)荷等問題對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，保證尖峰負(fù)荷時(shí)期電網(wǎng)應(yīng)用控制的可靠性。

2.2.5 協(xié)同調(diào)度

隨著分布式新能源和電動(dòng)汽車充電樁等項(xiàng)目不斷發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)應(yīng)用控制模式的要求越來(lái)越高。為全面提高電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度水平和控制穩(wěn)定性，要提供更加精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)海量數(shù)據(jù)分析處理手段。應(yīng)用5G通信技術(shù)能實(shí)時(shí)采集并傳輸海量分布式電源數(shù)據(jù)，保證電網(wǎng)調(diào)控、運(yùn)行分析平臺(tái)等工作順利展開，維持海量分布式電源實(shí)時(shí)調(diào)度工作的平衡性。

2.2.6 規(guī)劃投資

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，國(guó)網(wǎng)公司資產(chǎn)類型逐漸增多，但傳統(tǒng)技術(shù)體系無(wú)法支持所有設(shè)備在線接入，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)時(shí)分析部分設(shè)備產(chǎn)出數(shù)據(jù)。5G通信技術(shù)大帶寬、高速率等特性，能實(shí)現(xiàn)源設(shè)備、網(wǎng)設(shè)備、負(fù)荷設(shè)備以及儲(chǔ)能設(shè)備的統(tǒng)一接入，實(shí)時(shí)上傳管理物資信息，可以全面提高電網(wǎng)規(guī)劃效果和綜合治理水平[10]。

3 結(jié) 論

在電力物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用5G通信技術(shù)，不僅能提升實(shí)際應(yīng)用效能，還能建立更加科學(xué)規(guī)范的電力數(shù)據(jù)匯總和傳輸平臺(tái)，利用深度覆蓋技術(shù)和輸電線路智能監(jiān)測(cè)技術(shù)完成分布式能源和儲(chǔ)能并網(wǎng)、配電網(wǎng)調(diào)控保護(hù)、規(guī)劃投資、協(xié)同調(diào)度、用戶負(fù)荷感知和調(diào)控等工作，促進(jìn)電力系統(tǒng)可持續(xù)健康發(fā)展。