5G通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合:應(yīng)用分析與研究展望

摘要：就目前而言，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的快速穩(wěn)定發(fā)展，從而促使分布式能源接入、配電自動(dòng)化、用戶雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，在提高人們生活水平和生活質(zhì)量的同時(shí)也擴(kuò)大了各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端通訊需求的規(guī)模和使用數(shù)量。因此，只有在建立電力物聯(lián)網(wǎng)過(guò)程當(dāng)中有效融入最新的5G通訊技術(shù)，這樣才能促使電力企業(yè)向著信息化和智能化的方向進(jìn)行發(fā)展。本文主要具體闡述5G通訊與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)融合過(guò)程當(dāng)中的價(jià)值與展望，就如何進(jìn)行有效的融合提出了具體的對(duì)策，旨在為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：5G通信;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);融合;應(yīng)用;展望

1引言

近幾年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步推動(dòng)了電力行業(yè)的健康快速發(fā)展，提高了電力行業(yè)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)方面的建設(shè)力度。同時(shí)，隨著5G通訊技術(shù)的不斷研發(fā)和逐步推廣使用，5G通信技術(shù)也在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信工作當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)了良好的效果，不僅能夠滿足當(dāng)代電力系統(tǒng)的通訊需求，還提高了電力系統(tǒng)的智能化與先進(jìn)化。因此，對(duì)于各個(gè)電力企業(yè)而言，其在建設(shè)在泛電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)過(guò)程當(dāng)中要有效融入5G通訊技術(shù)，這樣才能提高其對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的控制力度，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督，從而才能推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)的健康快速發(fā)展。

2 5G通信特點(diǎn)

對(duì)于5G通信技術(shù)而言，其主要是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)而言，5G通訊技術(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳播速率更快、性能更強(qiáng)，同時(shí)也能夠滿足群眾多樣化的使用需求。此外，5G通信技術(shù)存在成本低、可靠、時(shí)延低等特點(diǎn)，是一個(gè)開(kāi)放性的技術(shù)架構(gòu)模式。在5G通信技術(shù)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，其在電力領(lǐng)域也得到了廣闊的發(fā)展，存在較多的應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展前景。對(duì)于5G通訊技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景而言，其主要分為以下四個(gè)特點(diǎn)：第一，小的連接技術(shù)。第二，可靠技術(shù)時(shí)延高。第三，整體技術(shù)覆蓋率廣。第四，相比傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)存在更多的信息傳輸與儲(chǔ)存容量。

3萬(wàn)物互聯(lián)

就目前而言，幾乎全國(guó)所有區(qū)域都已經(jīng)覆蓋了電力網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，所有的電力網(wǎng)絡(luò)末端都連接著成千上萬(wàn)的用電設(shè)備。因此，只有采用信息互聯(lián)的方式，將電力相關(guān)設(shè)備與實(shí)物進(jìn)行相互連接，這樣才能在全國(guó)范圍內(nèi)建立完整泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，從而才能推動(dòng)電力系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展。此外，采用互聯(lián)方式將所有家用電器進(jìn)行連接，不僅能夠促使家庭家居向著智能化的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)型，還能提高家庭生活的協(xié)調(diào)性，提高區(qū)域集群供電的智能化。對(duì)于萬(wàn)物互聯(lián)而言，其使用范圍較廣，在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展內(nèi)都得到了廣泛的應(yīng)用。比如：將全國(guó)范圍內(nèi)的所有配電裝置進(jìn)行互聯(lián)，能夠?qū)λ须娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，分析其是否處于健康安全的運(yùn)行狀態(tài)，這樣就能提高用電戰(zhàn)略的科學(xué)性和合理性，確保整個(gè)配電系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行。

對(duì)于輸電網(wǎng)層面而言，其主要是由不同輸變電設(shè)備構(gòu)成的。當(dāng)下，絕大部分輸變電設(shè)備主要是利用光纖來(lái)進(jìn)行信息互聯(lián)，然而，在配電網(wǎng)層面采用信息互聯(lián)技術(shù)還存在一定的問(wèn)題，受技術(shù)層次的阻礙，這就無(wú)法擴(kuò)大配電網(wǎng)信息互聯(lián)的范圍。此外，就目前而言，對(duì)傳統(tǒng)的電器物理連接模式，其存在連接質(zhì)量低、受到外界環(huán)境因素的影響較多、無(wú)法保證信息連接質(zhì)量等缺點(diǎn)。因此，在電氣信息互聯(lián)過(guò)程中，要有效融入5G通信技術(shù)，這樣才能加強(qiáng)配電網(wǎng)層面上不同電力設(shè)備的連接穩(wěn)定性，有效發(fā)揮配電網(wǎng)絡(luò)的輸變電功能，從而就能實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的目的。

4 5G通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用分析

4.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高清視頻與圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控

對(duì)于5g通信技術(shù)而言，其存在速率高、寬帶特性高，能夠快速、便捷傳輸高清視頻和圖像、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用在電力系統(tǒng)視頻圖像監(jiān)控場(chǎng)景過(guò)程當(dāng)中，從而達(dá)到提高監(jiān)控效率、降低資金成本投入的目的。目前，5G通信技術(shù)能夠?yàn)榉涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)帶來(lái)的改革創(chuàng)新主要分為以下三個(gè)方面：第一，利用5G通信技術(shù)的高寬帶特性，不僅能夠傳輸較大容量的文件，還能提高圖像視頻的清晰度。第二，對(duì)于傳統(tǒng)的電力監(jiān)控技術(shù)而言，其主要是采集電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀況，然后相關(guān)技術(shù)人員對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行事后分析。那么，利用5G通訊技術(shù)的高速和低延時(shí)性的特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的目的。第三，在電力系統(tǒng)監(jiān)控中心，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械已經(jīng)逐漸代替人工對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，那么利用5G技術(shù)能夠傳輸高清的視頻圖像為機(jī)器提供學(xué)習(xí)樣本，提高機(jī)器判斷電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的自動(dòng)化能力。比如，對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)控方式而言，其主要是采用無(wú)人機(jī)巡檢和配電房視頻監(jiān)控的方式。在利用無(wú)人機(jī)巡檢方式時(shí)，主要是利用無(wú)人機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行錄像，只有當(dāng)無(wú)人機(jī)返回之后，技術(shù)人員才能觀看視頻并對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)目的，降低了故障處理的時(shí)效性，同時(shí)也不適于場(chǎng)景環(huán)境較為復(fù)雜的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。如果在無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程當(dāng)中融入5G通訊技術(shù)，那么在無(wú)人機(jī)巡檢的同時(shí)，就可以將高清的圖像與視頻實(shí)時(shí)地通過(guò)5G線路傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，那么技術(shù)人員就能對(duì)電力線路進(jìn)行分析和檢查，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就能及時(shí)制定相對(duì)應(yīng)的解決措施。對(duì)于配電房視頻監(jiān)控方式而言，其主要是利用有線網(wǎng)絡(luò)將圖像進(jìn)行回傳，需要在電力系統(tǒng)和監(jiān)控室之間鋪設(shè)光纖網(wǎng)線。然而，利用5G移動(dòng)通信技術(shù)能夠降低網(wǎng)線鋪設(shè)的成本，在偏遠(yuǎn)地區(qū)和復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)的配電房也同樣適用。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，其主要是由成千上萬(wàn)個(gè)電力設(shè)備組成，那么電力設(shè)備之間需要戶與戶、小區(qū)與小區(qū)之間進(jìn)行信息聯(lián)通協(xié)調(diào)和智能集群用電，那么使用5g移動(dòng)通訊技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督，從而為人們?nèi)粘５挠秒姲踩峁┍Ｕ?。雖然傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安裝了較多的電力傳感器，但由于通訊技術(shù)不成熟，那么也會(huì)出現(xiàn)電力數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。然而，發(fā)揮5G移動(dòng)通信技術(shù)信息傳輸速率較高的優(yōu)勢(shì)，就能夠?yàn)橛秒娦畔⒉杉头治龉ぷ魈峁┝己玫谋憷?/p>

4.2 分布式饋線繼電保護(hù)

對(duì)于饋線繼電保護(hù)而言，其主要是配電自動(dòng)化系統(tǒng)與電力系統(tǒng)安穩(wěn)控制過(guò)程當(dāng)中十分重要也是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于配電網(wǎng)中會(huì)接入更多的分布式能源，那么只有采用分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)才能提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。對(duì)于傳統(tǒng)的集中式安穩(wěn)控制系統(tǒng)而言，其需要切整條饋線，那么就會(huì)造成大量與故障無(wú)關(guān)的負(fù)荷線被切現(xiàn)象，從而就無(wú)法保障供電的可靠性。對(duì)于分布式饋線保護(hù)系統(tǒng)而言，其主要是通過(guò)智能化變電站來(lái)進(jìn)行通訊信息的相互交換，不僅能夠準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的位置，還能將發(fā)生故障的電力區(qū)域進(jìn)行隔離。此外，分布式饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)一般會(huì)采用超低延時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來(lái)支撐大量子站之間的相互通信，這樣就能在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)迅速將故障區(qū)域進(jìn)行隔離，為系統(tǒng)的安全提供保障，降低電能的損耗量。如果通信網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)小于十毫秒，當(dāng)電力運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障，饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)可以在100毫秒內(nèi)將故障區(qū)域進(jìn)行隔離。就目前而言，分布式饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)主要是利用光纖進(jìn)行連接，隨著5G通信技術(shù)的不斷研發(fā)，采用5G通信系統(tǒng)代替光纖能夠?qū)⒀訒r(shí)降低至一毫秒，這樣就能提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，擴(kuò)大分布式饋線系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也能對(duì)特殊區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控，降低資金成本投入。

5展望

對(duì)于電力仿真而言，其是重要的電力系統(tǒng)分析手段，主要的功能是判斷電力系統(tǒng)是否處于健康的運(yùn)行狀態(tài)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行方案是否存在不安全、不可靠的風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)造。就目前而言，國(guó)內(nèi)在針對(duì)電力系統(tǒng)仿真研發(fā)方面主要開(kāi)發(fā)了PSCAD等多元化的電力系統(tǒng)仿真軟件。然而，在通信領(lǐng)域，電力系統(tǒng)在規(guī)劃和運(yùn)行之前需要對(duì)其仿真運(yùn)行進(jìn)行分析，那么相關(guān)通信企業(yè)就研發(fā)出了OPNET等通訊系統(tǒng)運(yùn)行仿真分析軟件，以此來(lái)提高通信系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。對(duì)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)而言，其在未來(lái)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中必然會(huì)導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更深層次的系統(tǒng)耦合，那么在對(duì)整個(gè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分析過(guò)程當(dāng)中，必須將5G通信技術(shù)與電力網(wǎng)進(jìn)行有效的融合，這樣才能對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。因此，要逐漸開(kāi)發(fā)最新的聯(lián)合仿真方法與仿真軟件系統(tǒng)，通過(guò)仿真才能準(zhǔn)確了解5G通信網(wǎng)與電力網(wǎng)之間存在的影響與聯(lián)系。對(duì)于5G通訊系統(tǒng)而言，雖然其單位功耗較低，但是未來(lái)使用5G通訊系統(tǒng)的用戶數(shù)量會(huì)逐漸增多，那么也會(huì)增加5G通訊量，從而也會(huì)增加5G通訊系統(tǒng)的功耗。此外，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，還需要建設(shè)不同型號(hào)的5G通訊基站，這樣才能為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作提供保障，提高通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)之間的能量交換效率，實(shí)現(xiàn)供需互動(dòng)的效果，提高5G通信網(wǎng)與電力網(wǎng)之間聯(lián)合電力流的控制力度和規(guī)范性。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近幾年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的不斷研發(fā)為國(guó)家電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了更多的機(jī)遇，加快了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的速度。同時(shí)，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員將5G通訊技術(shù)與泛在電力互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效的融合，充分發(fā)揮5G通訊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，促使電網(wǎng)系統(tǒng)向著智能化的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，不僅能夠推動(dòng)電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，還能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：劉鵬（1977—），男，漢族，四川彭州人，大學(xué)本科，工程師，主要從事變電運(yùn)維管理工作。

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司彭州市供電分公司，四川彭州?611930