泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G 通信的結(jié)合應(yīng)用與展望

彭 渤

（國家電網(wǎng)有限公司客戶服務(wù)中心，天津 300000）

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G 通信結(jié)合應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 性能增強(qiáng)技術(shù)

對于5G 通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用而言，其最為重要的目標(biāo)就是完成其他無線通信方式無法實(shí)現(xiàn)的高性能指標(biāo)，充分發(fā)揮5G 通信的優(yōu)勢。性能增強(qiáng)技術(shù)主要指的是提高“三高兩低”性能的無線通信技術(shù)及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)前階段，此方面的部分技術(shù)已經(jīng)成為5G 必備的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)得到廣泛關(guān)注并日漸成熟，如毫米波通信技術(shù)、大規(guī)模MIMO 技術(shù)等；部分技術(shù)雖然前景廣闊，然而存在技術(shù)瓶頸缺乏一致定論，如D2D 通信怎樣減少信號干擾、全雙工技術(shù)中存在消除自干擾等[1]。

1.2 軟化開放技術(shù)

在5G 通信網(wǎng)絡(luò)軟件化并向網(wǎng)絡(luò)用戶開放接口時會涉及到軟化開放技術(shù)。此處需要注意的是，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)有機(jī)融合所產(chǎn)生的事物。電力通信網(wǎng)傳統(tǒng)的控制方式較為繁雜，對于操作人員的要求相對較高，而且電網(wǎng)無法脫離電信運(yùn)營商的支持，在網(wǎng)絡(luò)功能的使用上表現(xiàn)出較強(qiáng)的被動性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過對SDN 和NFV 的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了方式上的跨越，即只需要面對通信操作系統(tǒng)[2]。

在將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)配進(jìn)行配置后，還需相應(yīng)的“應(yīng)用程序”為其提供支撐。電網(wǎng)任務(wù)在性能需求方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的差異化特征，如采集用電信息要求連接數(shù)、配電保護(hù)要求通信時延等。此前的通信通常是相同資源在不同業(yè)務(wù)中予以使用，如此便無法充分滿足較為嚴(yán)格的需求，但是將獨(dú)立資源提供給各類差異化需求，所需的成本較高，并且操作十分繁雜。切片技術(shù)的運(yùn)用恰恰能夠擺脫這一困境，電網(wǎng)運(yùn)營商可以根據(jù)實(shí)際情況以不同的切割方法來處理差異化業(yè)務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“按需定制、動態(tài)編排”的良好效果，同時在交互管理方面能夠?qū)崿F(xiàn)自助服務(wù)。

1.3 自治優(yōu)化技術(shù)

以用戶為中心展開廣泛和深入的互動是能源互聯(lián)的主要目標(biāo)。因?yàn)殡娋W(wǎng)用戶群十分龐大，如果單純憑借電網(wǎng)運(yùn)營商根據(jù)廣大用戶需求對通信網(wǎng)做出調(diào)整和優(yōu)化，那么實(shí)際工作量十分巨大。因此，需要在通信網(wǎng)絡(luò)與用戶間建立有效連接，讓通信網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合用戶和業(yè)務(wù)的實(shí)際情況展開自動調(diào)整。為了實(shí)現(xiàn)這個效果，需要將通信網(wǎng)絡(luò)自治作為首要任務(wù)。在3G 時代時，SON 技術(shù)就被提出，但是發(fā)展到今天在技術(shù)方面依舊面臨著一系列的挑戰(zhàn)，如SON 各個功能間表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的獨(dú)立性，可能會出現(xiàn)沖突使得SON 的總體上的效果收益受到嚴(yán)重影響；當(dāng)前階段SON 的運(yùn)行模式呈現(xiàn)出較強(qiáng)的被動性特征，即“出現(xiàn)問題-發(fā)現(xiàn)問題-解決問題”，如此一來，網(wǎng)絡(luò)的固有延遲便有所增加，這與5G 所強(qiáng)調(diào)的低延遲感知不相符。目前，SON 在自治功能方面?zhèn)戎赜趨f(xié)調(diào)性和主動性，使得功能間的問題和沖突得到解決，進(jìn)而以主動的方式展開預(yù)測活動[3]。

5G 網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶具體情況提供智能感知及適配，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的個性化特征。通過對用戶終端一系列歷史數(shù)據(jù)的研判可以對用戶的具體需求、日常使用習(xí)慣等做出充分的挖掘和分析，此類歷史數(shù)據(jù)包括使用狀態(tài)、功耗、CPU 負(fù)載、業(yè)務(wù)類型、所處位置等。例如，用戶在什么時間利用怎樣的設(shè)備會產(chǎn)生什么樣的數(shù)據(jù)流量等，在通過“自學(xué)習(xí)”的方式改進(jìn)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，此技術(shù)就是情景感知技術(shù)。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G 通信結(jié)合應(yīng)用的展望

2.1 雙網(wǎng)聯(lián)合仿真

電力系統(tǒng)分析需要電力仿真的支持，以此對電力系統(tǒng)未來的運(yùn)行狀態(tài)做出相應(yīng)的判定，同時考慮方案的安全性與可靠性，找尋并提出存在的風(fēng)險內(nèi)容。當(dāng)前階段，多元化電力系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)也取得較大進(jìn)展；對于通信領(lǐng)域而言，為確保通信系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性，在系統(tǒng)規(guī)劃或正式開始運(yùn)行前要根據(jù)實(shí)際情況開展仿真分析工作，如OPNET等[4]。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，也將實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步深度耦合，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所開展的分析工作要根據(jù)實(shí)際情況將5G 通信網(wǎng)與電力網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合并進(jìn)行聯(lián)合仿真，這就需要對新的聯(lián)合仿真方法及軟件系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

2.2 雙網(wǎng)聯(lián)合優(yōu)化

即便5G 通信系統(tǒng)的單位功耗相對較低，但因?yàn)橥ㄐ帕吭谖磥淼臅r間里會快速提升，因此5G 通信系統(tǒng)在功耗方面的效果十分可觀。對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，需為各類5G 通信基站提供電力保障，由此能夠看出雙網(wǎng)在能量上需進(jìn)行交換，通過這種供需互動的方式實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)的聯(lián)合電力流規(guī)劃和控制優(yōu)化。此外，雖然5G 通信可以實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的良好效果，但不得不承認(rèn)電力系統(tǒng)的部分地方較為薄弱，或存在部分地方有著較高的通信需求，那么這種地方的通信系統(tǒng)就要根據(jù)實(shí)際情況做出進(jìn)一步強(qiáng)化，因此要從實(shí)際出發(fā)針對此方面展開更加深入的研究與分析。

2.3 雙網(wǎng)的安全性和隱私性

雖然5G 通信具備較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，然而萬物互聯(lián)對于通信的安全性和隱私性也會產(chǎn)生一定影響。推行和建設(shè)5G 通信需要對信息安全方面所面臨的挑戰(zhàn)予以充分重視[5]。就泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來說，信息的安全性和隱私性十分重要。例如，電力系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的安全和保密級別；同時，用戶的具體用電情況也與用戶隱私安全存在聯(lián)系，在交換和傳輸?shù)倪^程中要根據(jù)實(shí)際情況對數(shù)據(jù)獲取權(quán)限進(jìn)行合理設(shè)置，在確保不同參與主體隱私的前提下開展數(shù)據(jù)共享工作。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在未來的發(fā)展中將會涉及到海量的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換，不僅要對數(shù)據(jù)密級進(jìn)行科學(xué)界定，而且要對數(shù)據(jù)歸屬予以明確，合理管控數(shù)據(jù)權(quán)限為5G 通信網(wǎng)與電力網(wǎng)的安全性和隱私性提供良好的支持和保障。

2.4 復(fù)雜多級多對象控制與優(yōu)化

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的萬物互聯(lián)并非單純通過雙網(wǎng)把實(shí)物予以連接，而是在此基礎(chǔ)上采集數(shù)據(jù)、分析運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而完成科學(xué)的優(yōu)化與控制工作。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在萬物互聯(lián)方面所表現(xiàn)出的多級化、多對象化特征將會愈發(fā)明顯，傳統(tǒng)控制及優(yōu)化算法的規(guī)模相對較小，在此廣域控制上無法充分發(fā)揮應(yīng)有價值，因此要對更加先進(jìn)的分層、分布式等優(yōu)化算法進(jìn)行研發(fā)，進(jìn)一步提升萬物互聯(lián)的協(xié)調(diào)性。

2.5 配電網(wǎng)透明化和態(tài)勢感知

為了對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時感知，需要根據(jù)實(shí)際情況按照海量傳感器，并利用5G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬物連接，尤其是當(dāng)前階段配電網(wǎng)監(jiān)測方面存在提升空間，具體可觀性較差。例如，無法直接測量得到分布式光伏出力，僅能夠得到智能電表的“凈負(fù)荷”等問題[6]。隨著5G 通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用的不斷深入，未來能夠在海量數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，開展大數(shù)據(jù)及可視化分析，配電網(wǎng)因此朝著透明化和實(shí)時態(tài)勢感知方向進(jìn)行發(fā)展。

2.6 商業(yè)模式的多元化

5G 通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用也會為全新的商業(yè)模式注入活力。例如，可交易能源環(huán)境下實(shí)現(xiàn)P2P 交易，5G 通信的端對端通信技術(shù)可以為此項(xiàng)交易提供一定支持，并對交易通信成本做出科學(xué)控制；5G通信增強(qiáng)海量對象的協(xié)調(diào)性，使得虛擬電廠建設(shè)具有可行性。

3 結(jié) 論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)剛剛拉開序幕，同時5G 通信規(guī)模化商用也在不斷普及，未來的生活方式也會因此得到重塑，電力與能源系統(tǒng)將會朝著“物理-信息-社會”深度耦合的方向進(jìn)行發(fā)展。本文緊緊圍繞5G 通信時代，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，同時對5G 通信在未來普及發(fā)展過程中與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用提出幾點(diǎn)展望，以期可以為相關(guān)學(xué)者提供一定的參考。