5G環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

傅衛(wèi)弟

（諸暨市供電有限公司，浙江 諸暨 312000）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一項新型技術(shù)，既可以有效連接網(wǎng)絡(luò)和物品，又可以推動各行各業(yè)的發(fā)展。5G環(huán)境下，電力系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得電力企業(yè)與用戶、用戶與用戶之間的聯(lián)系變得更加緊密，進(jìn)而確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，更好地滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的用電需求。

1 5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 5G概述

5G是指在4G基礎(chǔ)上演變而來的一類新型移動通信系統(tǒng)，具有傳輸速率高、容量帶寬大以及功耗延時低等特點(diǎn)，得到了社會各界的廣泛關(guān)注。5G通信過程中，其他無線電波不會對移動終端產(chǎn)生影響，既可以優(yōu)化移動通信終端運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，又可以提高通信系統(tǒng)運(yùn)行效率。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一般是指借助相關(guān)的紅外感應(yīng)器、讀取設(shè)備、識別設(shè)備以及GPS設(shè)備等來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與其他類型設(shè)備的有效連接。既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的通信和交換，又可以提高定位、監(jiān)控、識別以及管理等智能化水平。大量調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)因素與主要核心。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一般是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)展和改造的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在電力系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，既可以有效提升電力系統(tǒng)的智能化和自動化水平，又有利于促進(jìn)電力系統(tǒng)的更長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 5G環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在的問題

2.1 是否支持雙向傳輸

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可以借助網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行雙向信息和電力的傳輸，從而有效獲取信息和數(shù)據(jù)。5G環(huán)境下，在電力系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可以更好地了解和掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，而且可以滿足用戶的各種需求，但是否支持雙向傳輸還有待進(jìn)一步驗證[1]。

2.2 成本性能定位

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新?lián)Q代速度較快。電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了更好地發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，需要科學(xué)、合理地運(yùn)用5G技術(shù)，并做好相關(guān)技術(shù)人員的教育和培訓(xùn)工作。同時，發(fā)電和變電過程對智能化技術(shù)提出了較高要求，需要基于5G重新計算電力設(shè)備及接口樞紐的成本。在發(fā)電風(fēng)機(jī)上，是否結(jié)合數(shù)據(jù)深度測量和拓展技術(shù)、是否應(yīng)用感知技術(shù)和功能等都牽涉到成本問題。在電力系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，需要確定成本，盡可能在有限的成本中提高相關(guān)設(shè)備的性能。但是，目前我國電力系統(tǒng)并未大范圍開啟物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改革，因此成本性能定位成為亟待解決的主要問題。

2.3 網(wǎng)絡(luò)的安全性和可覆蓋性

通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有感官性和智能化特點(diǎn)。它是否絕對安全、可靠是目前電力部門需要研究的問題。電力系統(tǒng)設(shè)計工作涉及的范圍比較廣，內(nèi)容比較多，且與國家電力系統(tǒng)的發(fā)展和人們的日常生活息息相關(guān)。而我國大多數(shù)5G信號塔還處于不斷建設(shè)和完善中，雖然已經(jīng)在一些一線城市投入使用，但在大多數(shù)中小城市并未得到普及，因此在電力系統(tǒng)中尚未廣泛覆蓋。

3 5G環(huán)境下電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于發(fā)電環(huán)節(jié)

5G時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和車輛網(wǎng)技術(shù)等不同信息技術(shù)發(fā)展迅速，并在相關(guān)領(lǐng)域取得了比較理想的應(yīng)用效果。與4G技術(shù)相比，5G的數(shù)據(jù)傳播和交換更加快速，且具有容量大和時延低等突出特點(diǎn)，能夠很好地提升信息交換率，保證信息傳輸?shù)陌踩?。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與其他發(fā)電技術(shù)相比，雖然屬于綠色和清潔能源，但經(jīng)濟(jì)效益較低，導(dǎo)致大多數(shù)發(fā)電廠虧損和大量電力資源被浪費(fèi)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力系統(tǒng)，可以借助內(nèi)嵌傳感器節(jié)點(diǎn)對風(fēng)力和天氣等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和分析，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。這樣既能夠有效控制風(fēng)力發(fā)電的成本支出，又可以解決棄風(fēng)限電問題，提高風(fēng)力發(fā)電效率[2]。圖1為傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 應(yīng)用于配電環(huán)節(jié)

輸配電環(huán)節(jié)是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。該環(huán)節(jié)中應(yīng)用智能傳感器能夠在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)線路運(yùn)行中產(chǎn)生的故障，并將相應(yīng)故障信息傳送到監(jiān)測系統(tǒng)，從而保證監(jiān)測人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)信息分析和排除輸電線路故障，并采取有效解決措施。這既能夠有效保證輸配電系統(tǒng)運(yùn)行效率，又能夠增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。在此基礎(chǔ)上，將無人機(jī)載傳感器應(yīng)用于輸配電系統(tǒng)監(jiān)測部門開展巡視工作，并應(yīng)用機(jī)載攝像機(jī)有效記錄線路故障問題，以此為監(jiān)測人員提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，從而為后續(xù)故障處理提供參考和借鑒。5G技術(shù)具有延時低和帶寬高等特點(diǎn)，能夠有效提升故障影像傳輸速率，還能夠幫助監(jiān)測部門在短時間內(nèi)明確和掌握不同方面的故障情況，從而促進(jìn)輸電線路工作順利開展。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)控電力用戶用電功率，完善電力輸送工作，有效配置電力資源，有利于提升電能利用率和系統(tǒng)傳送效率。

3.3 應(yīng)用于用電環(huán)節(jié)

隨著5G超可靠低時延（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）場景和增強(qiáng)移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化和完善了海量機(jī)器類（MassiveMachine Type of Communication，mMTC）場景技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它借助傳感器測量技術(shù)精準(zhǔn)監(jiān)控每個電網(wǎng)網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)和電力用戶用電情況，實(shí)現(xiàn)了多個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的雙向互動。基于5G環(huán)境，將傳感芯片嵌入各類用電設(shè)備，可以實(shí)時了解和掌握用電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到能源精細(xì)化管理和節(jié)能減排的目的。5G環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以與電力價格信息緊密關(guān)聯(lián)，并調(diào)整和優(yōu)化用電設(shè)備配置，從而有效節(jié)省用電開支，提升電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。電力計量計費(fèi)環(huán)節(jié)可以自動完成電表的抄送、統(tǒng)計及電費(fèi)的收繳，節(jié)省了人工抄表成本，降低了人工操作失誤率，極大地提高了用電效率。同時，在用電信息采集業(yè)務(wù)中，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)深化拓展客戶用電異常研判、停電事件主動上報、實(shí)時線損分析、回路阻抗分析、智能化臺區(qū)運(yùn)行監(jiān)測以及提升遠(yuǎn)程費(fèi)控成功率等業(yè)務(wù)功能[3]。

3.4 應(yīng)用于變電環(huán)節(jié)

5G環(huán)境下，在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅能夠滿足變電站智能化操作，還能夠基于內(nèi)嵌傳感器實(shí)現(xiàn)電流和電壓數(shù)據(jù)的采集、測量以及轉(zhuǎn)換工作，節(jié)省人工成本支出，提升變電效率。變電站運(yùn)行過程中，需要結(jié)合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行定期檢修工作，從而保證變電站的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。借助5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低延時優(yōu)勢和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遙感監(jiān)測優(yōu)勢，可以實(shí)時上傳變電站監(jiān)測數(shù)據(jù)，供檢修人員通過分析和研究，為制定變電站的后續(xù)檢修計劃提供支撐。在變電環(huán)節(jié)，5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)時檢測變電站設(shè)備，提高檢修時效，同時保證變電站正常、高效運(yùn)行。檢修地下電纜時，可以在地下電纜中內(nèi)嵌傳感器，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即時監(jiān)測關(guān)聯(lián)電纜，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給檢修部門。在變電環(huán)節(jié)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可以實(shí)時監(jiān)測地下電纜和變電站的運(yùn)行情況，不僅可以有效排除各類安全隱患，還可以提高變電系統(tǒng)的運(yùn)行效率[4]。

3.5 應(yīng)用于應(yīng)急通信環(huán)節(jié)

通常情況下，電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電以及用電涉及的范圍較廣，且涉及的終端設(shè)備類型和數(shù)量較多，加之外界因素的影響，增加了安全事故的發(fā)生率。因此，需要構(gòu)建一套完善的應(yīng)急通信保障系統(tǒng)，解決電力系統(tǒng)運(yùn)行階段的安全問題，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。傳統(tǒng)應(yīng)急通信保障系統(tǒng)中，事故發(fā)生后搶險檢修人員才可以趕赴現(xiàn)場檢修故障，并上報指揮中心。這不僅會造成時間和人員浪費(fèi)，而且會給電力系統(tǒng)造成無法彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。5G環(huán)境下，在應(yīng)急通信環(huán)節(jié)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可提升事故搶險時效性，降低指揮調(diào)度工作量，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。電力設(shè)備中內(nèi)嵌各種傳感器，能夠智能監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行情況和電力終端設(shè)備的情況，以便在出現(xiàn)電力故障后可以精準(zhǔn)定位故障源并立即發(fā)出警報，同時向指揮調(diào)度中心上傳相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而為后續(xù)檢修工作的開展?fàn)幦氋F的時間，提高事故處理效率。

4 5G環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

對于我國而言，越來越多的無線局域網(wǎng)公司和衛(wèi)星通信公司開始通過藍(lán)牙連接技術(shù)來連接中國移動、中國聯(lián)通以及中國電信等移動通信網(wǎng)絡(luò)，一定程度上推動了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。同時，一些企業(yè)和公司通過科學(xué)、合理應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高了自身的市場競爭力。5G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始慢慢滲透到人們的日常生活和生產(chǎn)中，提高了人們的工作效率和生活質(zhì)量。大多數(shù)企業(yè)結(jié)合5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化了自身企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。除了在通信企業(yè)中發(fā)揮作用外，5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也開始在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動了各行各業(yè)的發(fā)展。

4.2 電力系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景

在電力系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)既可以調(diào)整和優(yōu)化電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，還能夠完成電力系統(tǒng)的改造升級，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為推動我國電力系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。例如，惡劣天氣會導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用受限，降低用電用戶的滿意度和體驗感。此時，將5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，既可以解決天氣原因誘發(fā)的網(wǎng)絡(luò)誤差問題，又可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5 結(jié) 論

5G環(huán)境下，在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電環(huán)節(jié)、用電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)以及應(yīng)急通信環(huán)節(jié)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可以實(shí)時監(jiān)測各個環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況，有效解決各運(yùn)行階段存在的安全隱患，降低安全事故的發(fā)生率，還可以確保各個環(huán)節(jié)的安全、高效運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，進(jìn)而提升用電客戶的體驗感和滿意度。