5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化中的應(yīng)用

徐溯 張際 刁楊華 劉元瑩 張懿

【摘要】? ? 傳統(tǒng)意義的電話等通訊設(shè)備采用的是有線通信技術(shù)，主要是利用銅鋁等導(dǎo)電金屬構(gòu)成光纖光纜，后者作為一種肉眼可見實物傳遞媒介，而信息如聲音等可通過有線通信技術(shù)進行傳播。除了有線通信，近年來發(fā)展較快速和先進的無線通信也是一種重要的通信技術(shù)。與有線通信技術(shù)不同，無線通信技術(shù)不需要有線介質(zhì)的參與，常用的無線通訊設(shè)備包括收音機、數(shù)字電視等等。配電自動化系統(tǒng)主要有有線傳輸通信模式和無線傳輸通信模式。但是近年來，隨著5G通信技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，有線傳輸方式因較高的成本和較低的傳輸速率而被逐漸淘汰。本文基于5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化中應(yīng)用，探討5G通信技術(shù)的特點以及在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的可行性。

【關(guān)鍵詞】? ? 有線通信技術(shù)? ? 5G通信技術(shù)? ? 配電自動化? ? 可行性

引言：

智能分布式配電自動化主要目的是利用先進的現(xiàn)代化技術(shù)提供較高的供電質(zhì)量。當(dāng)配電系統(tǒng)遇到故障時，智能化的系統(tǒng)能夠快速識別并在短時間內(nèi)處理故障。通信系統(tǒng)是配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成之一，通信系統(tǒng)的良好運行決定了配電效率及質(zhì)量。幾十年來，隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種通信方式層出不窮，主要分為兩大類：有線通信方式和無線通信方式。有線的通信方式需要在各個配電站點之間通過光纖或者電纜進行連接，信息傳遞質(zhì)量可控，但是成本較高，操作工序繁瑣，主要原因在于一條通信電纜只能具備一個通信通道。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，信息傳遞的成本提高，而傳遞質(zhì)量下降。而無線通信方式由其是5G通信技術(shù)，不需要通信電纜，節(jié)省了成本，同時信息傳遞比較高效。不過，有線通信雖然利用不同的通信電纜傳遞信息，盡管成本較高，但是每個信息相互不干擾。而5G通信技術(shù)當(dāng)時存在的最大問題是信號的相互干擾，這也影響了其在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、有線通信和5G通信技術(shù)的特點及其在配電自動化過程中的應(yīng)用

如上文介紹，有線通信在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，盡管干擾性較小，但是成本較高，信息的傳遞往往局限于短距離傳輸。并且傳遞質(zhì)量和效率較低。與有線通信不同，5G通信的主要傳輸方式是微波，后者的傳輸通道是肉眼不可見的自由空間。因此與有線通信相比節(jié)省了通道費用和成本。在智能分布式配電自動化中，綜合考慮安裝成本、信息傳遞穩(wěn)定性、可靠性、質(zhì)量和維護等因素，5G通信技術(shù)也逐漸成為配電自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的主要通信方式[1]。

智能分布式配電自動化是當(dāng)前一種高效的供電模式，其優(yōu)點主要是在電路系統(tǒng)中具備分段開關(guān)，當(dāng)局部線路出現(xiàn)問題，發(fā)生故障時，斷路器能夠及時識別故障位點，利用分段式開關(guān)實現(xiàn)定點區(qū)域功能關(guān)閉和隔離，而其他非問題區(qū)保持正常供電。這種高效的故障定位、分析和解決的速度來源于較快的通信速度。在配電自動化系統(tǒng)中，規(guī)定故障開關(guān)的完成時間小于150毫秒，而信息上傳到主站的時間小于3秒[2]。而按照有線通信和無線通信的傳輸速度相比，5G通信技術(shù)盡管會受到信號的相互干擾，但是其傳輸速度較快，其理論的通信延遲小于1毫秒，因此可以滿足智能分布式配電自動化系統(tǒng)的要求。

二、5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化中難點和驗證

2.1干擾原因及類型

隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展，我國構(gòu)建了大量的無線通信衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的頻率大約集中在3000-4200赫茲，與5G通信的頻率相似，導(dǎo)致了信號的相互干擾。當(dāng)然，按照國家的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)通信衛(wèi)星信號與5G通信信號發(fā)生干擾時，5G通信信號應(yīng)及時做出調(diào)整或者回避，以保證衛(wèi)星的通信質(zhì)量。隨著我國科技水平的不斷提升，衛(wèi)星的數(shù)量也在逐年的提升，因此要想解決5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化中應(yīng)用的干擾問題，必須要調(diào)整5G通信信號的通用頻率，使其頻率保持在3000赫茲以下或者4200赫茲以上。除了這個方法，還可以發(fā)展一些抗干擾的過濾器，以減緩衛(wèi)星信號對5G信號的干擾。

盡管以上兩個方法在理論上具有可行性，但是更改頻率或者采用過濾器，在一定程度上也影響了通信傳輸?shù)乃俣?，其理論的通信延遲將不會小于1毫秒。所以，在智能分布式配電自動化系統(tǒng)中，通信延遲時間將會加長，可能無法達到配電自動化系統(tǒng)要求的通信時間。

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，一些短距離的5G屏蔽信號器也應(yīng)運而生。與通信衛(wèi)星相比，這些屏蔽器材干擾能力和距離有限，但是其帶來的副作用也不容忽視。大型國考的過程中，比如高考，5G屏蔽器材應(yīng)用最為廣泛，主要是為了屏蔽手機等含有5G信號的設(shè)備，防止作弊。如果智能分布式配電自動化系統(tǒng)分布在考場附近，則極容易收到這種5G信號屏蔽儀的干擾，降低了無線通信的傳輸效率，使得配電系統(tǒng)短時間內(nèi)喪失通信功能。但是當(dāng)這個屏蔽儀關(guān)閉時，通信傳輸也會恢復(fù)。所以說這種短暫的信號干擾不會影響整個配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。

2.2可行性驗證

近年來，盡管智能化配電自動化逐漸得到推廣，但是有線的通信方式限制了配電自動化的進一步發(fā)展。5G通信技術(shù)具有良好的安全性、低成本性、高傳輸速率以及連接廣泛性等優(yōu)點，盡管通信技術(shù)的發(fā)展不能完全避免信號干擾對5G通信技術(shù)的影響，但是其在智能化配電自動化系統(tǒng)中依然發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢。

5G通信技術(shù)為智能化配電系統(tǒng)開啟了一個良好的方向，很多研究人員及團隊已經(jīng)成功將5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能化配電系統(tǒng)，并在實驗室搭建了模型。在此基礎(chǔ)上，實質(zhì)檢測了5G通信技術(shù)的傳輸速度，并驗證了故障發(fā)生過程、通信延遲時間、故障切斷和供電恢復(fù)過程，結(jié)果表明，相比于有線通信故障處理時間分鐘級提高到了毫秒級。以上模型進一步證實了5G通信技術(shù)對智能化配電自動化系統(tǒng)的作用。盡管上一小節(jié)介紹了5G通信技術(shù)在實驗室中與配電自動化系統(tǒng)具有良好的相容性。但是，實際的生活場景不同于實驗室，主要原因在于不確定的故障產(chǎn)生因素較多。比如如上文提及的信號干擾和屏蔽系統(tǒng)，這些干擾因素會短時間的影響5G信號的傳輸速率，但是并不會破壞智能化配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。因此當(dāng)周圍屏蔽信號消失或者關(guān)閉時，5G信號能夠及時恢復(fù)到正常的傳輸速度，而自動化配電系統(tǒng)也能夠恢復(fù)正常供電速度與質(zhì)量。

除了以上提及的設(shè)備干擾外，如果故障發(fā)生在智能化配電系統(tǒng)，比如配電系統(tǒng)中某條線路與金屬發(fā)生了解除，發(fā)生了嚴(yán)重的電傳導(dǎo)現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致配電系統(tǒng)故障。在這種情況下，與該故障點相關(guān)的設(shè)備需要在短時間內(nèi)上傳故障信息，依據(jù)該信息確定故障地點故障路線。只有明確故障地點和故障路線系統(tǒng)才能夠及時的切除故障區(qū)間從而恢復(fù)其他供電模塊。如果此時5G通信存在延時問題，則會導(dǎo)致故障信息遺漏或者誤判。因此，5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能化配電系統(tǒng)是一個相互作用協(xié)作的過程，信號的干擾不能全面否定5G通信技術(shù)其他的性能。

5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能配電自動化系統(tǒng)是大勢所趨。主要原因在于，我國是人口大國，其用電量和用電范圍較大，因此導(dǎo)致了智能分布式配電系統(tǒng)覆蓋面積較廣，這也導(dǎo)致了通信的通路很多。如果采用有線通信方式，則需要大量的通信通道，在這個過程中會產(chǎn)生極高的投資成本，同時光纖及光纜容易風(fēng)化，不能夠長時間使用。5G通信技術(shù)在自由空間以光波的形式進行信號傳輸，無需線纜等實物投資，極大的降低了材料成本。同時，盡管上文提出了一個5G信號干擾器以及不利于自動化配電系統(tǒng)的情況，但是需要說明的是，信號干擾往往都是短時的，并不能損害配電自動化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。而在5G通信收到干擾的同時出現(xiàn)系統(tǒng)線路金屬性故障的可能性較低。

因此綜合以上結(jié)論，盡管5G通信技術(shù)存在著一定限制性因素，但是任何新事物的產(chǎn)生到應(yīng)用都需要經(jīng)過一個完整的修正過程，相信在不遠(yuǎn)的將來，5G通信技術(shù)更加完善，降低甚至是完全解決當(dāng)前存在的問題，因此5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化系統(tǒng)中完全具有可行性。

三、5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用中的前景

閉環(huán)的線路發(fā)生故障一般都是長時間的損耗或者遇金屬性物質(zhì)燒壞，這種故障非瞬時，所以很難在短時間內(nèi)恢復(fù)。線路的損壞多是重合閘導(dǎo)致的，而5G通信技術(shù)應(yīng)用的配電自動化系統(tǒng)中，因不需要重合閘而避免了線路損壞，所以降低了故障發(fā)生的概率。

除此之外，5G智能分布式配電自動化系統(tǒng)還能夠?qū)╇姷木€路進行檢測，當(dāng)線路發(fā)生故障時候，能夠及時定位并完成故障處理過程。而這種高強度的識別和修復(fù)能力取決于通信手段和方式。

5G通信技術(shù)不同于重合閘介導(dǎo)的故障處理方式，后者處理故障的時間約為幾分鐘，而5G故障識別和處理的時間能夠縮短100倍，僅僅需要幾毫秒。這種短時間的故障處理和供電恢復(fù)避免了總開關(guān)的關(guān)閉，降低了停電的情況，提高了供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。智能分布配電自動化系統(tǒng)分布廣泛，每一個模塊都能夠保證供電的正常。

當(dāng)然，要想實現(xiàn)上述的供電穩(wěn)定系統(tǒng)，只需要安裝一個5G通信終端，將信號與不同的配電系統(tǒng)聯(lián)系起來，無需光纖電纜就可直線配電操控故障監(jiān)控。當(dāng)然，隨著技術(shù)的不斷革新，5G通信終端也將不斷的更新，而其內(nèi)部的一些元件也在進一步的創(chuàng)新，最終能夠進一步加快故障識別和處理速度。

四、結(jié)束語

5G通信技術(shù)是4G通信技術(shù)的進一步提升和改進，相比較于有線通信方式，5G通信具有較快的傳輸速率、較低的成本以及智能分布式配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用潛力。當(dāng)前越來越多的配電區(qū)域為了節(jié)省成本，提供供電的穩(wěn)定性和質(zhì)量，將5G通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)中。當(dāng)然，在5G通信技術(shù)發(fā)展的初期，還存在一些當(dāng)前無法解決的信號干擾問題。這些問題在一定程度上限制了其應(yīng)用。

本文從自動化配電系統(tǒng)的主要通信方式出發(fā)，指出了有線傳輸方式的缺點。在此基礎(chǔ)上，將有線傳輸方式和無線傳輸方式，尤其是5G通信進行了對比，肯定了5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的潛力。并進一步探討了5G通信技術(shù)的特點以及在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的可行性。

通過以上內(nèi)容的探究，表明5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用中利大于弊，值得推廣。相信隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，5G通信技術(shù)將會得到不斷改進，并實現(xiàn)與配電自動化系統(tǒng)完美結(jié)合，提高供電質(zhì)量，促進整個社會的經(jīng)濟和發(fā)展。

參? 考? 文? 獻

[1]梁子龍，李曉悅，鄒榮慶，等.基于5G通信智能分布式饋線自動化應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019（7）：7-8.

[2]劉騰飛，葉叢林，朱建磊，等.基于5G通信技術(shù)的智能分布式配電自動化系統(tǒng)可行性[J].農(nóng)村電氣化，2019：（1）：21-22.