賈濱誠，祁 鑫，趙樹法，劉思琪，楊懂懂

（國網(wǎng)新鄉(xiāng)供電公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

隨著電網(wǎng)數(shù)字化、信息化程度的不斷提高，5G通信技術(shù)逐漸應(yīng)用于發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(huán)節(jié)，電力設(shè)備也與5G 通信技術(shù)深度發(fā)展融合，越來越多的設(shè)備具備了5G 網(wǎng)絡(luò)的接入能力，對于電力虛擬專網(wǎng)的業(yè)務(wù)傳輸需求也逐年呈現(xiàn)多樣化的趨勢。2022年12月5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟全員大會發(fā)布《5G電力虛擬專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全白皮書》，對5G電力虛擬專網(wǎng)提供了安全性的指導(dǎo)準(zhǔn)則，進一步推動5G電力虛擬專網(wǎng)在更廣范圍、更多環(huán)節(jié)的落地實施[1]。

采用虛擬專網(wǎng)傳輸?shù)碾娏νㄐ艠I(yè)務(wù)主要包括生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)與管理信息類業(yè)務(wù)，生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)是指包括配電自動化、精確負(fù)荷控制、分布式能源調(diào)控等對于電力設(shè)備直接進行控制的電力業(yè)務(wù)；管理信息類業(yè)務(wù)包含設(shè)備運行信息、工業(yè)視頻監(jiān)控等對電力設(shè)備運行情況進行監(jiān)測管理的業(yè)務(wù)。相較于其他行業(yè)通信業(yè)務(wù)，電力通信業(yè)務(wù)由于行業(yè)特點對時延、可靠性、信息安全等方面具有較高的要求，原有4G 通信技術(shù)只能滿足部分管理信息類、采集類業(yè)務(wù)對傳輸指標(biāo)的需求，多數(shù)電力業(yè)務(wù)仍采用有線通信進行傳輸。2020年工信部發(fā)布《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署與建設(shè)進度，組織開展5G 行業(yè)虛擬專網(wǎng)研究和試點，5G 電力虛擬專網(wǎng)隨之應(yīng)運而生[2]。5G 電力虛擬專網(wǎng)是指采用5G獨立組網(wǎng)模式[3]，借助5G網(wǎng)絡(luò)獨有的硬切片技術(shù)手段，在運營商網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)電力業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)有效隔離，進而形成電力專用的網(wǎng)絡(luò)通道進行相關(guān)業(yè)務(wù)的傳輸，相較于4G通信技術(shù)具備大帶寬、低時延、高安全性等優(yōu)勢，成為傳輸電力生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)與新型電網(wǎng)數(shù)字化業(yè)務(wù)的先決條件[4-5]。

近年來，對于5G及行業(yè)虛擬專網(wǎng)的研究應(yīng)用一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點，5G在電力行業(yè)的研究集中于5G 傳輸?shù)目煽啃约鞍踩?，提出了跨層混合監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)地址管理和雙端協(xié)同通道切換等提高5G 傳輸電力業(yè)務(wù)的可靠性及安全性的舉措[6]。同時，針對電力虛擬專網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)也開展了大量研究，結(jié)合電力行業(yè)對于信息安全防護要求較高的行業(yè)特點，細(xì)化安全接入及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能，有效降低了電力業(yè)務(wù)在虛擬專網(wǎng)中傳輸信息泄露的風(fēng)險[7-8]。

目前，5G 電力虛擬專網(wǎng)已有大量試點，本文結(jié)合典型業(yè)務(wù)提出5G 電力虛擬專網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及業(yè)務(wù)傳輸模式，并對其在電網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，之后結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀，對5G 電力虛擬專網(wǎng)推廣應(yīng)用所面臨的問題與挑戰(zhàn)進行分析。

1 組網(wǎng)架構(gòu)及典型業(yè)務(wù)場景

1.1 組網(wǎng)架構(gòu)

依據(jù)5G 電力虛擬專網(wǎng)在電網(wǎng)監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)各部分作用的差異，將整個系統(tǒng)根據(jù)功能分為電網(wǎng)主站部分、傳輸通道部分與場站接入部分。

5G 電力虛擬專網(wǎng)的電網(wǎng)主站部分部署于地市級電網(wǎng)公司，通過安全接入?yún)^(qū)將數(shù)據(jù)上送至D5000系統(tǒng)或配網(wǎng)自動化系統(tǒng)等上級業(yè)務(wù)系統(tǒng)，用戶面功能核心網(wǎng)元（User Plane Function，UPF）下沉至地市電力公司機房，打通與上級業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳輸通道，保障業(yè)務(wù)通過5G 電力虛擬專網(wǎng)分發(fā)至目標(biāo)用戶。UPF信令與運營商5G核心網(wǎng)進行交互，運營商通過核心網(wǎng)會話管理功能模塊（Session Management Function，SMF）對下沉至電力機房的UPF 進行控制。同時上級業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)具備對于5G 虛擬專網(wǎng)通道的監(jiān)控功能，若出現(xiàn)業(yè)務(wù)信息下發(fā)超時或信息上送超期等通道異?，F(xiàn)象可及時告警。安全接入?yún)^(qū)是5G 電力虛擬專網(wǎng)與電力信息內(nèi)網(wǎng)之間的接入裝置，提供端到端加密以及網(wǎng)絡(luò)隔離等服務(wù)。應(yīng)用層建立安全接入?yún)^(qū)至5G 電力終端的加密虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）隧道，提供應(yīng)用至應(yīng)用的傳輸防護；網(wǎng)絡(luò)層采用IPsec 防護，以安全接入?yún)^(qū)下行出口為起點，5G 電力終端接入網(wǎng)關(guān)為終點，建立加密IP 隧道，加密隧道通常采用加密嵌套字協(xié)議。安全接入?yún)^(qū)同時阻斷移動運營商公網(wǎng)與電力信息內(nèi)網(wǎng)的連接，實現(xiàn)透明傳輸?shù)耐瑫r確保“數(shù)據(jù)不出圈”，即數(shù)據(jù)連接只存在于5G電力通信終端與電力信息內(nèi)網(wǎng)之間[9]，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 5G電力虛擬專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)Fig.1 5G Power virtual private network architecture

針對電網(wǎng)監(jiān)測和調(diào)控業(yè)務(wù)特點，將業(yè)務(wù)劃分為電力控制類業(yè)務(wù)與管理信息類業(yè)務(wù)，傳輸通道依據(jù)“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向加密”的安全防護方針，電力控制類業(yè)務(wù)采用5G硬切片方式進行傳輸，保證電力數(shù)據(jù)的安全可靠；管理信息類業(yè)務(wù)可采用5G軟切片方案進行傳輸，以降低整體建設(shè)成本[10-11]。空口側(cè)針對電網(wǎng)監(jiān)測和調(diào)控業(yè)務(wù)，5G 電力虛擬專網(wǎng)采用資源塊（Resource Block，RB）預(yù)留方式，最小RB 資源預(yù)留量即可滿足電力控制類所需傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量，并且符合物理隔離的安全防護要求。承載網(wǎng)采用靈活以太網(wǎng)（Flex Ethernet，F(xiàn)lexE）進行傳輸，按照臺區(qū)或站點進行建設(shè)覆蓋，每個臺區(qū)或站點采用同1 家移動運營商的同1 個5G 硬切片。核心網(wǎng)側(cè)除部署于電力機房的UPF外，根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求，針對低時延、高可靠性業(yè)務(wù)可追加部署邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）服務(wù)器，其余核心網(wǎng)元采用移動運營商公共5G資源[12]。

用戶接入部分新增終端應(yīng)采用具備5G 通信模組的電力終端設(shè)備，采用工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)eSIM卡與移動運營商公網(wǎng)互聯(lián)。存量終端可采用外置5G 通信模塊，配置eSIM 卡與5G 虛擬專網(wǎng)進行上聯(lián)。對于場站整站接入或智能電能表集群接入的情況，可部署用戶側(cè)前置設(shè)備（Customer Premise Equipment，CPE）進行匯聚，之后與核心網(wǎng)進行互聯(lián)，減少接入點數(shù)量，降低基站接入壓力。

1.2 典型業(yè)務(wù)場景

考慮到5G 電力虛擬專網(wǎng)的安全性以及高電壓等級場站均已部署電力通信光網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用集中于低電壓等級、低安全接入要求的場景，包括分布式電源調(diào)控、配電網(wǎng)自動化等。

1.2.1 配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)

配電網(wǎng)自動化作為智能配電網(wǎng)的重要組成部分，傳統(tǒng)配電設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸依賴有線傳輸方式，但由于配電設(shè)備分布廣泛，敷設(shè)光纖成本較高，同時現(xiàn)有10 kV 配電線路較為老舊，大多未同步架設(shè)光纜，因此通信通道成為配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸?；?G高可靠性、低時延、高并發(fā)連接等特性，充分解決有線通信難以完成站點全覆蓋的問題，實現(xiàn)站所終端配電自動化[13]。

當(dāng)前配電網(wǎng)自動化“三遙”業(yè)務(wù)大多通過光纖將相關(guān)業(yè)務(wù)上聯(lián)至變電站，在變電站對業(yè)務(wù)進行匯聚，通過電力通信網(wǎng)將配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)傳輸至配電網(wǎng)自動化機房，如圖2所示。若采用5G虛擬專網(wǎng)進行相關(guān)業(yè)務(wù)的傳輸，配電自動化數(shù)據(jù)傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU）采集一次設(shè)備信息后，通過通信終端將業(yè)務(wù)信息以無線的形式傳送至運營商基站，空口側(cè)通過RB 預(yù)留保證業(yè)務(wù)的傳輸安全性及可靠性；運營商5G承載網(wǎng)及核心網(wǎng)元將配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)傳輸至電力控制類業(yè)務(wù)專用UPF；通過安全接入?yún)^(qū)與配電網(wǎng)自動化主站互聯(lián)。其中，配電網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)傳輸單元、遠(yuǎn)程測控終端（RTU）等業(yè)務(wù)終端實現(xiàn)“三遙”業(yè)務(wù)上傳以及分合閘等控制類指令的下發(fā)，為了提高業(yè)務(wù)傳輸?shù)陌踩?，配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)終端與通信終端建議采用一體化設(shè)計以避免設(shè)備冒用風(fēng)險，同時配電自動化場站應(yīng)配置縱向加密裝置或微型縱向加密機，以保障控制類業(yè)務(wù)的傳輸安全。

圖2 5G電力虛擬專網(wǎng)在配電自動化中的應(yīng)用Fig.2 Application of 5G power virtual private network in distribution automation

技術(shù)性能方面，5G電力虛擬專網(wǎng)傳輸配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)傳輸帶寬應(yīng)大于10 Mbit/s，端到端傳輸時延小于200 ms，業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性達到99.99%，同時考慮配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)終端密度，城區(qū)范圍內(nèi)需結(jié)合移動運營商基站RB 資源預(yù)留情況，合理分配終端接入的基站。同時配電網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)屬于生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)，需保證與管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)完全隔離。

1.2.2 配電網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護通常采用過流或過負(fù)荷保護，此類保護對于接地故障靈敏性有限；同時由于配電網(wǎng)線路作為電網(wǎng)末端，分支眾多，組網(wǎng)復(fù)雜，傳統(tǒng)光纖覆蓋難度大，導(dǎo)致對于接地故障最為靈敏的光纖差動保護難以應(yīng)用，而4G、寬帶電力線載波（HPLC）等通信方式可靠性、安全性得不到充分保證，無法承載差動保護業(yè)務(wù)[13-14]。5G電力虛擬專網(wǎng)的應(yīng)用很好地解決了這一問題，配電網(wǎng)差動保護裝置與5G CPE 設(shè)備通過有線連接或采用一體化設(shè)計，結(jié)合時間戳實時監(jiān)測線路兩端電流差值，實現(xiàn)故障的精確定位和隔離。

圖3 為5G 電力虛擬專網(wǎng)承載差動保護業(yè)務(wù)示意圖，正常運行時，保測一體裝置通過電流互感器對一次側(cè)電流進行采集，并結(jié)合對時裝置將測量值與時間戳進行封裝，通過5G電力虛擬專網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至線路對側(cè)，對側(cè)解封裝后將時間戳與對應(yīng)電流值進行比對[14-16]。若線路出現(xiàn)接地故障，則線路兩端保護裝置向?qū)?cè)發(fā)送跳閘指令，跳開對應(yīng)間隔開關(guān)，及時切除故障，同時向D5000系統(tǒng)及配電網(wǎng)自動化主站上報保護動作信號[17-19]。

圖3 5G電力虛擬專網(wǎng)承載差動保護業(yè)務(wù)示意圖Fig.3 Schematic diagram of 5G power virtual private network carrying differential protection services

相較于配電網(wǎng)自動化等業(yè)務(wù)，配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)對于時延以及可靠性要求更高，5G電力虛擬專網(wǎng)傳輸配網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)建議配置帶寬10 Mbit/s，但結(jié)合實際應(yīng)用情況，差動保護業(yè)務(wù)配置2 Mbit/s 帶寬即可滿足業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性要求達到99.999%，端到端時延要求小于15 ms。為滿足差動保護對于時間戳的要求，需配置支持北斗與GPS雙對時裝置。同時為了保證差動保護業(yè)務(wù)的安全傳輸，通信終端應(yīng)支持機卡固化綁定，業(yè)務(wù)層面需配置加密裝置，同時具備向上層D5000 系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及線路對側(cè)保護裝置的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的雙向認(rèn)證能力。

1.2.3 設(shè)備智能巡檢

隨著圖像處理技術(shù)的升級迭代以及人工智能大規(guī)模推廣應(yīng)用，設(shè)備巡檢智能化水平也在不斷提高，設(shè)備智能巡檢是通過視頻圖像高速回傳和人工智能手段對圖像進行識別分析，快速分析判斷故障源，進而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，提高變電站、輸電線路的巡視效率，通信傳輸架構(gòu)如圖4所示。

圖4 5G電力虛擬專網(wǎng)通信傳輸架構(gòu)Fig.4 Communication transmission of 5G power virtual private network

目前可視化巡檢手段包括巡檢機器人、無人機以及工業(yè)視頻等，變電站內(nèi)通常采用電力通信網(wǎng)傳輸相關(guān)視頻圖像，占用大量帶寬資源[20-21]；輸電線路無人機巡檢以及工業(yè)視頻攝像頭監(jiān)控采用4G 網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，導(dǎo)致視頻分辨率低、圖像采集間隔大難以實時精確反映設(shè)備運行情況。智能巡檢業(yè)務(wù)大多屬于管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)，采用5G電力虛擬專網(wǎng)軟切片通道進行傳輸；工業(yè)視頻攝像頭等圖像采集終端可通過內(nèi)置5G通信模組直接將視頻圖像通過5G電力虛擬專網(wǎng)上送至新一代集控系統(tǒng)主站，主站通過安全接入?yún)^(qū)將視頻圖像接入管理信息大區(qū)。針對線路巡視無人機以及變電站巡檢機器人的控制指令的傳輸尚存在爭議，為保證電網(wǎng)設(shè)備運行安全，建議參考電網(wǎng)生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)采用硬切片模式進行傳輸，同時業(yè)務(wù)層面應(yīng)具備雙向認(rèn)證等安全措施，保證控制指令不被冒用。

由于圖像傳輸業(yè)務(wù)位于電網(wǎng)管理信息大區(qū)或互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)，業(yè)務(wù)可靠性以及時延要求相對寬泛，5G電力虛擬專網(wǎng)可采用軟切片形式，業(yè)務(wù)帶寬配置150～200 Mbit/s，業(yè)務(wù)可靠性大于99.9%。對于無人機以及巡檢機器人的控制，此類業(yè)務(wù)對于時延要求較高，端到端時延小于100 ms，可靠性大于99.99%。

2 5G電力虛擬專網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 5G電力虛擬專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建

5G電力虛擬專網(wǎng)在相關(guān)省市已開展大量試點，隨著運營商5G 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進一步成熟，5G 電力虛擬專網(wǎng)將轉(zhuǎn)入推廣應(yīng)用階段，但是目前并未出臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等指導(dǎo)性文件，現(xiàn)有電力虛擬專網(wǎng)建設(shè)部分仍參照3G、4G 無線電力專網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范，不利于充分發(fā)揮5G 電力虛擬專網(wǎng)高密度接入、高傳輸可靠性等性能優(yōu)勢[22]。

5G 電力虛擬專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)應(yīng)包含通用類標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)類標(biāo)準(zhǔn)、接口類標(biāo)準(zhǔn)、安全防護標(biāo)準(zhǔn)等。通用類標(biāo)準(zhǔn)主要針對5G 電力虛擬專網(wǎng)整體組網(wǎng)架構(gòu)、主體功能等進行明確規(guī)范，說明電網(wǎng)公司、運營商設(shè)備邊界，以及電網(wǎng)公司所屬的資產(chǎn)設(shè)備基本性能要求，為5G電力虛擬專網(wǎng)的建設(shè)提供總體性的指導(dǎo)。

業(yè)務(wù)類標(biāo)準(zhǔn)即為明確業(yè)務(wù)分類，隨著電網(wǎng)智能化、數(shù)字化水平的逐年提升，越來越多的新型電力業(yè)務(wù)隨之出現(xiàn)，部分業(yè)務(wù)界定并不明確，而5G 電力虛擬專網(wǎng)針對不同業(yè)務(wù)的傳輸模式、組網(wǎng)架構(gòu)等亟需明確業(yè)務(wù)劃分及其所需要的傳輸性能、安全防護要求。以智能巡檢為例，對于機器人、無人機的控制目前大多被視為生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)，而傳統(tǒng)生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)為直接對電力生產(chǎn)設(shè)備進行控制、監(jiān)測的業(yè)務(wù)，巡檢機器人并不屬于電力生產(chǎn)設(shè)備，但如果有誤操作等問題會直接威脅電網(wǎng)的安全運行，故而將其按生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)進行傳輸。

接口類標(biāo)準(zhǔn)可參考3GPP Release15 以及Release16，結(jié)合電網(wǎng)公司對于不同種類的業(yè)務(wù)需求，包含5G 電力虛擬專網(wǎng)無線接入側(cè)及核心網(wǎng)側(cè)所需的接口規(guī)范，以及與電力生產(chǎn)設(shè)備直接相連的5G CPE設(shè)備所需提供的相關(guān)接口規(guī)范。

由于電力行業(yè)的特殊性，電力業(yè)務(wù)對于安全防護有著更高的要求。安全防護類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)范安全接入?yún)^(qū)、加密裝置的選型要求，以及移動運營商網(wǎng)絡(luò)傳輸電力業(yè)務(wù)必須滿足的基本安全防護條件，確保電力業(yè)務(wù)在5G 電力虛擬專網(wǎng)中傳輸?shù)陌踩?、完整、合?guī)、可靠。

2.2 信號增強技術(shù)

信號增強主要針對可靠性要求較高的控制類業(yè)務(wù)。以配電網(wǎng)差動保護業(yè)務(wù)為例，采用5G電力虛擬專網(wǎng)傳輸?shù)牟顒颖Ｗo通道易受到傳輸信道噪聲及時延影響，導(dǎo)致保護失效。目前，采用時間戳保證差動保護裝置兩端對時一致，避免時延抖動造成的保護誤動。差動保護對于時延要求較高（通常要求傳輸時延小于20 ms），室外環(huán)網(wǎng)柜、開閉所等運營商提供信號較強的區(qū)域可以滿足這一時延要求，保證差動保護裝置的運行可靠。但隨著居民對于小區(qū)環(huán)境的需求逐步提高，小區(qū)配電室以及城市開閉所逐步由地上轉(zhuǎn)移至地下，小區(qū)地下室目前普遍存在信號較弱等問題，對于無線信道傳輸提出新的考驗。

為了提高5G 無線信道的可靠性，目前5G 信號放大技術(shù)包括分布式天線系統(tǒng)、增益天線、微重復(fù)器以及基于軟件的噪聲消除技術(shù)。對于5G 電力虛擬專網(wǎng)，考慮業(yè)務(wù)終端的布放位置，通常需在地下室入口、配電室等位置增加分布式天線系統(tǒng)，以保證傳輸時延以及丟包率滿足相關(guān)業(yè)務(wù)需求。

采用5G 電力虛擬專網(wǎng)接入通信系統(tǒng)的低電壓等級變電站，通常為10 kV 分布式電源接入的變電站，需要考慮提升容災(zāi)能力和傳輸可靠性。以調(diào)度專網(wǎng)業(yè)務(wù)為例，由于調(diào)度專網(wǎng)具備變電站內(nèi)重要信號上傳功能，對于傳輸可靠性同樣具有很高要求，傳統(tǒng)調(diào)度專網(wǎng)采用光纖等有線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，通常采用“1+1”主備設(shè)備可對抗N-1 故障，提高其傳輸可靠性。為降低建設(shè)成本，5G電力虛擬專網(wǎng)接入側(cè)采用無線形式進行接入，通常接入側(cè)CPE設(shè)備只接入單個運營商基站，可能會出現(xiàn)N-1故障，導(dǎo)致業(yè)務(wù)傳輸中斷。為避免單節(jié)點故障造成的整站離線事件，在條件允許的情況下，應(yīng)采用雙設(shè)備雙運營商基站接入的方式，避免因某一運營商基礎(chǔ)設(shè)施故障造成通道中斷。

3 應(yīng)用問題分析

3.1 5G電力虛擬專網(wǎng)運維商業(yè)模式

虛擬電力專網(wǎng)區(qū)別于電力專網(wǎng)的最大特征是組網(wǎng)架構(gòu)中租用運營商部分網(wǎng)元，相較于電力專網(wǎng)節(jié)省了大量前期建設(shè)投入以及后期維護成本，但也存在運營商與電網(wǎng)公司資產(chǎn)分割界限模糊、維護權(quán)限不明等問題，給設(shè)備運維帶來了不利影響。

目前對于傳輸網(wǎng)產(chǎn)權(quán)界限較為明確，傳輸網(wǎng)邊緣側(cè)下沉UPF 以及接入側(cè)CPE 產(chǎn)權(quán)劃分較為模糊。針對邊緣端以及接入設(shè)備，結(jié)合電網(wǎng)公司與運營商合作現(xiàn)狀，目前存在購買設(shè)備和購買服務(wù)兩種主流商業(yè)模式，如表1 所示。購買服務(wù)模式是指電網(wǎng)公司租賃運營商UPF，租賃的UPF 下沉至電網(wǎng)公司機房，運行維護由移動運營商負(fù)責(zé)，電網(wǎng)公司按時間支付租賃及維護費用，此種商業(yè)模式優(yōu)勢在于對于電網(wǎng)公司并未增加通信運維壓力，同時獲取相關(guān)服務(wù)。購買設(shè)備模式是指電網(wǎng)公司直接采購下沉式UPF，此種商業(yè)模式產(chǎn)權(quán)分界點在UPF接入側(cè)，產(chǎn)權(quán)分界點明確，電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)下沉UPF的購買及運維，移動運營商負(fù)責(zé)電力虛擬專網(wǎng)的通信通道維護，同時電網(wǎng)公司對于UPF的維護更換有較大的自主權(quán)。兩種商業(yè)模式為目前較為典型的電網(wǎng)公司與運營商的合作模式，除此之外還存在其他商業(yè)模式，不同商業(yè)模式適用范圍不同，亟需出臺相關(guān)通用類標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范。

表1 5G電力虛擬專網(wǎng)典型商業(yè)模式對比Tab.1 Comparison of typical business models for 5G power virtual private network

3.2 邊緣側(cè)資源尚未有效利用

雖然5G 電力虛擬專網(wǎng)已經(jīng)結(jié)合多種電力業(yè)務(wù)進行試點應(yīng)用，但從業(yè)務(wù)層面來看，業(yè)務(wù)形態(tài)較為扁平化，尚未充分利用5G 網(wǎng)絡(luò)MEC 服務(wù)器的計算能力，尚未形成多層次、多業(yè)務(wù)“云、管、邊、端”一體的數(shù)據(jù)應(yīng)用態(tài)勢[23]。目前5G 電力虛擬專網(wǎng)的主要試點探索依然集中于5G網(wǎng)絡(luò)本身，隨著未來電力業(yè)務(wù)對實時性要求的提高，充分挖掘5G網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的計算性能具有很高的實用價值[24]。隨著5G 電力虛擬專網(wǎng)的建設(shè)以及邊緣節(jié)點計算能力的提升，5G電力虛擬專網(wǎng)可根據(jù)節(jié)點功能劃分為核心處理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和邊緣計算層[20]。核心處理層為數(shù)據(jù)的核心處理平臺，是5G 電力虛擬專網(wǎng)的業(yè)務(wù)宿端，即電網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺、電力調(diào)度控制云臺等具體業(yè)務(wù)系統(tǒng)[25-26]。網(wǎng)絡(luò)傳輸層為5G電力虛擬專網(wǎng)的傳輸通道，負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)系統(tǒng)與源端數(shù)據(jù)進行互聯(lián)。邊緣計算層則充分利用5G 網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)能力，利用機器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中的自組織、自修復(fù)、自優(yōu)化和自配置，使網(wǎng)絡(luò)更加靈活、高效和可靠。并且利用邊緣節(jié)點自身的計算決策以及數(shù)據(jù)存儲能力，對數(shù)據(jù)進行初步的分析計算，減輕中心云臺的計算壓力以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸壓力；對于實時性要求較高的業(yè)務(wù)，邊緣節(jié)點也可利用第一手?jǐn)?shù)據(jù)，對業(yè)務(wù)進行分析決策，從而提升整體業(yè)務(wù)系統(tǒng)的能力。

4 結(jié)束語

5G 電力虛擬專網(wǎng)在電網(wǎng)中應(yīng)用實踐當(dāng)前還處于初級階段，與數(shù)字孿生、邊緣計算等眾多信息通信技術(shù)尚未充分融合，先進ICT 技術(shù)是電網(wǎng)數(shù)字化的關(guān)鍵手段，5G電力虛擬專網(wǎng)是推動其落地的重要技術(shù)支撐，在5G電力虛擬專網(wǎng)與傳統(tǒng)電力業(yè)務(wù)深度融合的背景下，進一步推動其與信息通信技術(shù)有機協(xié)同將會成為未來研究和發(fā)展的重點領(lǐng)域。