5G時代下物聯網與電力系統的融合

摘要：2019年是5G元年，2020年5G正式投入商用。5G通信因具有高速率、高容量、高可靠性、低時延和低能耗的特點，受到各行各業(yè)的青睞。當前，5G技術為電力通信技術奠定了基石，同時掀起了物聯網的新風潮，得益于物聯網的新一輪飛躍，電力系統必將向著更可靠、更高效、更智能的方向發(fā)展。本文將初步探討在5G時代背景下，簡要說明物聯網與電力系統融合的可能性與發(fā)展前景。

關鍵詞：5G通信;物聯網;電力系統

引言：

物聯網技術是以互聯網技術為基礎及核心的，其信息交換和通訊過程的完成也是基于互聯網技術基礎之上的。通信技術與物聯網的關系緊密，物聯網中海量終端連接、實時控制等技術離不開高速率的通信技術。而新一代5G通信技術具有高帶寬、低時延和低能耗的特點，5G的快速發(fā)展必然會刺激物聯網的發(fā)展，而在電力系統中，5G時代下物聯網的應用將顯著提高電力系統的穩(wěn)定性與安全性， 同時亦能滿足保護環(huán)境、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展要求， 促使電網水平進入一個更高的層次。

1.5G通信的基本特征

5G是指第5代移動通信技術，其核心是提高性能和滿足多樣化的要求。5G的基本特征包括“三高兩低”——即高速率、高容量、高可靠性、低時延和低能耗。

1）高速率。5G的用戶體驗速率是4G的10倍，峰值速率可達到20Gbit/s，在電力系統方面，因電力服務需要采集包括系統實時量測數據、視頻監(jiān)控數據等在內的海量數據，高速率為海量數據的傳輸提供了強有力的支持，可以更好的滿足智能電網業(yè)務對于數據傳輸實時性的需求。

2）高容量。傳統4G通信所連的終端數量有限，且一般用于手機，因此長時間以來，都以民用為主，無法用于海量設備的連接。而5G高容量的特點恰恰解決了這一問題，據資料顯示，5G通信每平方公里可以支撐100萬個移動設備，包括家用電器等，這一特點無疑為電力系統中萬物互聯提供了巨大的發(fā)展前景與想象空間。

3）高可靠性。據資料顯示，5G發(fā)送一個32字節(jié)的第2層協議數據單元的成功概率需要達到99.999%，這一技術的實現保證了通信的可靠性，進而保證了電力系統的可靠性。

4）低時延。傳統4G通信的時延在50ms左右，而5G通信技術的空口的時延僅為1ms，端到端時延小于10ms，為電力系統及時靈活地響應各種突發(fā)情況提供了支撐。

5）低能耗。傳感器與通信設備經常更換電池，將會給物聯網帶來極大阻礙。而5G通信通過優(yōu)化通信硬件協議等而具備的低能耗特點將有效解決此類問題。

2.5G時代下的物聯網技術在電力系統中采用

2.1物聯網技術在電力系統發(fā)電環(huán)節(jié)的采用

近年來，國家大力倡導清潔能源，優(yōu)秀電力系統的一大特點便是在發(fā)電環(huán)節(jié)對清潔能源的最大化利用。比如風力發(fā)電，盡管我國在風力發(fā)電方面已經取得了不朽的成果，但據資料顯示，僅2012年我國就浪費了2000億kW·h的電力，經濟損失超過百億。如今仍有一半的風力發(fā)電廠沒有盈利。而如今，借助5G時代下物聯網技術，可在風機設備上安裝先進的傳感系統，5G高速率、低時延的特點會使得傳感系統將所測數據實時傳輸給調度中心，而調度中心根據所測得的數據，可以實時掌握風力機的出電情況，更好地進行調度，進而確保分布式電源在而空范圍內。這樣很大程度上提高清潔能源的利用率。

2.2物聯網技術在電力系統變電環(huán)節(jié)的采用

智能變電站之所以能夠自動完成信息的采集、測量、計量和監(jiān)測等功能，依靠的正是通信技術與物聯網技術。在5G時代下，通過物聯網的遙感監(jiān)測與5G高速率，低時延的特點，電力系統的設備狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)和狀態(tài)評估環(huán)節(jié)時時關聯成為可能，這樣不但實現了變電站的實時監(jiān)測，還大大提高了變電站的工作時效，同時確保了變電站能夠及時處理故障，確保了變電系統的穩(wěn)定運行。另外，在對地下電纜進行檢修時，可將傳感器內嵌于地下電纜中，利用物聯網技術，將測得的數據實時傳輸給檢修部門進行分析、判斷和決策，及時排除安全隱患，保障電力系統的安全運行。

2.3物聯網技術在電力系統配電環(huán)節(jié)的采用

配電網是指從輸電網或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網。配電網不僅設備多、分布廣、運行環(huán)境復雜，而且其安全穩(wěn)定的運行狀況往往直接為用戶感知，所以，有效地掌握配電網的運行，避免隱患擴大成故障，實時監(jiān)測配電網數據是配電網運維管理的重點和難點。隨著5G時代的到來，監(jiān)測部門可以使用無人機裝載傳感器和高清攝像機來對配電網電路進行巡檢，并將所監(jiān)測到的高清數據提供給檢測人員。由于5G具有高帶寬、低時延等特點，這將大大提高高清數據的傳輸效率，同時讓監(jiān)測部門及時掌握故障問題。另外近年來，隨著分布式電源的大量接入，儲能技術的進步以及電動汽車、智能家電等靈活負荷的出現，配電網已經逐步發(fā)展成可以自動控制，主動管理的主動配電網。通過物聯網和5G技術的應用，能夠實現對電力用戶的用電的監(jiān)測和分析，從而對電力系統的配電量做出相應調整，實現電力資源的最優(yōu)化配置，提高配電系統的傳輸效率。

2.3物聯網技術在電力系統用電環(huán)節(jié)的采用

近年來，新型的靈活負荷的出現，很大程度上方便了ADN進行主動管理和主動控制。我國現階段的用電采集應用比較廣泛，但很多電表只能上傳每天的數據，無法做到每0.5h

上傳一次，但未來在5G時代下的物聯網技術的配合下，智能電表可以實現這一要求，以此確保用電設備在實際操作環(huán)節(jié)中可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。另外，新型的靈活負荷本身在物聯網技術的支撐下，也可以主動參與到ADN的運行管理中，在電力系統化的用電環(huán)節(jié)中起到了較為突出的應用效果。近幾年興起的降低電壓節(jié)能技術，依靠的正是物聯網技術。在5G時代物聯網技術的配合下，智能電表和高級計量設施等對用電設備進行分析判斷后，在保證其安全可靠運行的前提下，可以通過適當地降低其電壓來減少用電量，從而達到降壓節(jié)能的目的，這對我國節(jié)能減排事業(yè)具有重大意義。

3.總結

為響應國家節(jié)能減排的口號，電力系統正不斷與新興技術融合，“堅強”與“智能”并重是我國電力系統的發(fā)展方向與目標。隨著科技的不斷進步，物聯網與電力網的融合已成為一種趨勢，而5G時代的到來，無疑為兩者的融合提供了有力的保障與支持。我國作為人口大國與能源大國，如何謀求長期有效的發(fā)展戰(zhàn)略是勢在必得的，而5G時代下物聯網與電力網的融合，無疑為這一想法提供了契機！

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作者簡介：徐云鶴（1999.10.26— ）男，漢族，甘肅省蘭州市，本科，就讀于華北電力大學