5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

李輝

（許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）

最近幾年，國家電網(wǎng)不斷推進(jìn)電網(wǎng)智能化建設(shè)，電力信息采集、電力汽車服務(wù)等各類電力業(yè)務(wù)也開始迅速發(fā)展，人們對電網(wǎng)各種設(shè)備、電力終端、用電通信的需求猛烈增長，在需求猛烈增長的同時(shí)，也給電力帶來了問題?，F(xiàn)階段，想要滿足人們的需求，就需要一個(gè)穩(wěn)定可靠，效率較高的通信平臺和完善的電力系統(tǒng)，促進(jìn)電力行業(yè)向智能化、信息化穩(wěn)定發(fā)展，這需要詳細(xì)的探究泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能電力系統(tǒng)功能之下，將5G技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)內(nèi)，促使我國電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定和傳統(tǒng)的發(fā)展。

1 5G技術(shù)

第五代移動(dòng)通信技術(shù)作為新型的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的一種，更是G通信技術(shù)、3G通信技術(shù)、4G通信技術(shù)的延伸。該項(xiàng)技術(shù)性能目標(biāo)為降低延遲、節(jié)約資源、降低成本、提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩嵘到y(tǒng)的具體容量與設(shè)備連接規(guī)模。5G技術(shù)的創(chuàng)新，不僅僅是一個(gè)技術(shù)層面的創(chuàng)新，更是象征著一個(gè)時(shí)代的進(jìn)步，是一次跨越性轉(zhuǎn)變，用最簡單的話來說，相較于4G而言，5G技術(shù)無論是在能耗上，還是在傳輸速率上都要遙遙領(lǐng)先，這也就是前面所說的跨越性轉(zhuǎn)變，是一個(gè)質(zhì)的飛躍，從而也會(huì)給我們帶來新型的電子產(chǎn)品。為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展不斷變化的需求，對于我國5G通信基站的建設(shè)要逐漸加緊步伐，信息傳輸速度作為現(xiàn)如今互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代的重要需求，越來越受到世界各國的建設(shè)，信息技術(shù)的傳播至今也已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的主要通信形式，在以后的發(fā)展中對于施工技術(shù)以及質(zhì)量的要求也會(huì)越來越高。

2 5G技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 萬物互聯(lián)

現(xiàn)階段，信息技術(shù)飛速發(fā)展，較多的智能電器和智能設(shè)備都能夠使用5G技術(shù)進(jìn)行連接，還可以開展遠(yuǎn)程操控、智慧分析以及智能性操控，這一些功效可以給國民的生活和工作帶來較大的便捷性。較多人都認(rèn)為上述這一功能也可以在4G背景下進(jìn)行。但是，其實(shí)除去手機(jī)設(shè)備等常用性產(chǎn)品，較大部分的電子產(chǎn)品運(yùn)用4G技術(shù)只是小牛試刀。4G技術(shù)并沒有5G技術(shù)具有那么高的傳播速度，流量數(shù)據(jù)以及覆蓋面積只能夠?qū)σ粋€(gè)設(shè)備亦或是兩個(gè)設(shè)備將其需求滿足。但是，沒有辦法支撐過多復(fù)雜性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。而在電力系統(tǒng)發(fā)展的背景之下，需要多個(gè)設(shè)備共同運(yùn)營，這就要求技術(shù)可以不斷的升級。而5G技術(shù)的問世可以對多個(gè)設(shè)備進(jìn)行支持，從而保障可以實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。

2.2 云端技術(shù)

5G技術(shù)應(yīng)用在云端技術(shù)中可以體現(xiàn)為下述幾個(gè)層面：

（1）5G技術(shù)能夠給用戶提供出更貼合、更具特色的云端服務(wù)以及個(gè)性化服務(wù)[3]。伴隨著5G技術(shù)的不斷革新和興起，有關(guān)通信技術(shù)更為豐富，可以對用戶的具體需求進(jìn)一步分析，然后依照分析出的數(shù)據(jù)結(jié)果，提供出智能化和全方位的用電信息推送，從而保障電力用戶所具有的服務(wù)體驗(yàn)可以顯著提升。加之，電力系統(tǒng)中的技術(shù)人員可以運(yùn)用云端技術(shù)對系統(tǒng)內(nèi)所涉及到的各個(gè)電力設(shè)備日常運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，若是發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，就可以對設(shè)備進(jìn)行針對性的維護(hù)。將設(shè)備蘊(yùn)藏的各類信息進(jìn)一步存儲(chǔ)、分析以及歸納，若是發(fā)現(xiàn)信息存在異常狀況，需要使用云端分析的技術(shù)，及時(shí)的尋求出設(shè)備存在異常的各類因素，針對性將方案整理出來，從而規(guī)避損失狀況出現(xiàn)。

（2）5G技術(shù)促使云端技術(shù)能夠不斷的朝著移動(dòng)設(shè)備深入發(fā)展。

圖1：用電信息采集結(jié)構(gòu)

圖2：精準(zhǔn)負(fù)荷控制結(jié)構(gòu)

2.3 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

近幾年，電力通信的各類需求有了跨越式的增長。在對電力系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)的過程中，要求電力通信地承載能力需要不斷提升。在構(gòu)建智能化電力系統(tǒng)的時(shí)候，不可以與電力通信相脫離，特別是現(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入了5G時(shí)代下，構(gòu)建智能電力系統(tǒng)可以創(chuàng)建出優(yōu)質(zhì)的電力系統(tǒng)環(huán)境，塑造出安全性較高，自愈性較高，經(jīng)濟(jì)性較高，清潔性較高的環(huán)境，從而提供出適宜的電力網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)運(yùn)用在電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)、發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)以及用電環(huán)節(jié)中可以有不同的功效，從而保障電力系統(tǒng)可穩(wěn)定和安全的運(yùn)行。

2.4 智能自動(dòng)化配電

電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢是讓配電智能自動(dòng)化，在配電自動(dòng)化的進(jìn)行過程中觸及到了很多的專業(yè)的技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)是最常用到的一項(xiàng)技術(shù)，除此之外還有數(shù)據(jù)傳播技術(shù)和控制技術(shù)，還需要科學(xué)的管理模式以及先進(jìn)的設(shè)備相配合（圖1用電信息采集結(jié)構(gòu)）。智能化的配電運(yùn)用可以有效地提升電能質(zhì)量，促使供電的效率顯著提升，還可以降低配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所需要的成本，保障供電具有較高的可靠性?，F(xiàn)階段，常見類自動(dòng)化的配電主要包含下面幾種模式：運(yùn)用自動(dòng)化的開關(guān)等各類設(shè)備，若是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候需要對配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和評估；若是出現(xiàn)故障就需要及時(shí)地對故障進(jìn)行分析和解決。

2.5 精準(zhǔn)負(fù)荷控制

電力的負(fù)荷控制主要是對用電的負(fù)荷實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)測。若是電力的負(fù)荷超過預(yù)先設(shè)定的負(fù)荷值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出警報(bào)，而后將負(fù)荷設(shè)備切斷，作為對用電負(fù)荷進(jìn)行管理的重要模式。在傳統(tǒng)電力負(fù)荷的控制之下，因?yàn)閷?yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)缺乏，只能夠?qū)⑴潆娋€實(shí)施整體化控制，若是存在問題會(huì)導(dǎo)致電力用戶會(huì)受到較大的影響。在現(xiàn)階段發(fā)展的趨勢之下，企業(yè)需要提升負(fù)荷，控制精準(zhǔn)度，有效降低對電力用戶的影響。使用5G技術(shù)實(shí)施負(fù)荷控制，在5G技術(shù)基礎(chǔ)之上，將5G所具有的可靠性能強(qiáng)，時(shí)延較低等優(yōu)勢充分發(fā)揮，可以顯著提升系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)度，對故障的用戶能夠進(jìn)行中斷負(fù)荷控制，可以顯著降低經(jīng)濟(jì)損失狀況出現(xiàn)。

2.6 時(shí)延性低、可靠性高的業(yè)務(wù)場景

5G技術(shù)在各行各業(yè)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，以無人汽車為例，如果無人汽車在行駛的過程中在短時(shí)間內(nèi)要作出轉(zhuǎn)彎和剎車等各項(xiàng)行為，需要汽車的時(shí)延性較高。電力系統(tǒng)中，電力的傳播是以光速進(jìn)行傳播的，主要目的是要可以及時(shí)準(zhǔn)確地感應(yīng)到電力在電力系統(tǒng)中的變化。例如：精神負(fù)荷中類似于典型業(yè)務(wù)場景的控制關(guān)鍵在于，出現(xiàn)電力故障的最初階段，電力頻率會(huì)有急速下落的情況，電力主通道也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，電力聯(lián)絡(luò)線的功率會(huì)明顯上升，甚至?xí)鲎畲蠊β?，還會(huì)使電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)速度不足等一系列狀況，按照控制需求的不同類型進(jìn)行劃分，可以分成時(shí)間快速負(fù)荷控制等各類系統(tǒng)（圖2 精準(zhǔn)負(fù)荷控制結(jié)構(gòu)）。實(shí)現(xiàn)對高速負(fù)荷的控制系統(tǒng)各個(gè)級別的控制，主要級別有毫秒、秒、分鐘。第一種級別的系統(tǒng)能夠?qū)刂齐娏︻l率，滿足電力需求，從而進(jìn)行快速反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)切除中斷負(fù)荷，第二種級別系統(tǒng)可以給第二時(shí)間中負(fù)荷進(jìn)行中斷，以便于電力的平衡。

2.7 廣覆蓋、大連接業(yè)務(wù)場景

電力系統(tǒng)內(nèi)會(huì)有成千上萬個(gè)電力及其設(shè)備，是不是已經(jīng)呈現(xiàn)出互聯(lián)互通的狀態(tài)，能夠在各個(gè)居民小區(qū)中和各個(gè)用戶中進(jìn)行集群用電，為建設(shè)智慧城市提供便利和貢獻(xiàn)，如果沒有5G支撐的情況下，有最后1公里的問題。在最后1千米之內(nèi)的電力設(shè)備接入環(huán)境管理相對較為復(fù)雜。在5G通信技術(shù)的支撐之下，有較多的設(shè)備能夠運(yùn)用其中，促使數(shù)據(jù)信息的采集更為高效和快速，可以在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)交易方面的應(yīng)用。國內(nèi)的用電信息采集范圍是比較廣的，但大部分的居民所使用的電表是每間隔一天才進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，沒有辦法做到每間隔半個(gè)小時(shí)，只要數(shù)據(jù)信息傳輸一次，這就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息的分析存在較大的不便性。

由于5G的傳輸速率相對較高，可以為用電數(shù)據(jù)信息的收集以及數(shù)據(jù)信息分析提供一定的便利。例如：收集用電信息的過程中，用電信息數(shù)據(jù)有自己的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，由電力遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、主線信息通道、數(shù)據(jù)集中器、信息傳輸?shù)谋镜赝ǖ?、信息采集器以及電表組成。數(shù)據(jù)集中器和主線信息通道要根據(jù)Q/GDW1376.3標(biāo)準(zhǔn)通信制度進(jìn)行控住，數(shù)據(jù)集中器和信息采集器之間要按照Q/GDW1376.2標(biāo)準(zhǔn)通信制度進(jìn)行控制。采集主線和采集終端要采用不同步傳輸?shù)膸袷剑渲袛?shù)據(jù)幀需要將報(bào)文頭、起始字符、控制域C、起始字符、校驗(yàn)與CS、地址域A鏈路用戶數(shù)據(jù)以及結(jié)束字符共同組成。而用電的數(shù)據(jù)信息采集中數(shù)據(jù)流包含：上行類型、下行類型。

工商業(yè)低壓用戶、普通居民、公用類配電變壓器設(shè)備為上行類型用電信息數(shù)據(jù)將通過采集器設(shè)備上傳至集中器設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)集中器將數(shù)據(jù)通過上行信息傳輸通道將信息用最快的速度傳輸?shù)叫畔⒉杉闹骶€信息通道。在使用專業(yè)的變壓設(shè)備時(shí)，用戶設(shè)備中的信息數(shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)綄Ｓ米儔浩鞯慕K端內(nèi)，而后經(jīng)過上行通道中傳送進(jìn)用電數(shù)據(jù)信息的采集系統(tǒng)中的主線信息通道中。下行類型的數(shù)據(jù)流主要是在采集系統(tǒng)主線信息通道中經(jīng)過，再由信息集中器與專用變壓器終端將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姳韮?nèi)，然后在進(jìn)行跳合閘和各種安全認(rèn)證的指令實(shí)施帶有控制性質(zhì)的業(yè)務(wù)。以變壓臺為基礎(chǔ)范圍為，對電壓表數(shù)據(jù)集中記錄，信息集中器中的數(shù)據(jù)通過運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)向主站傳輸至少需要一天，一般的數(shù)據(jù)傳輸以天、小時(shí)的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并且進(jìn)行用電數(shù)據(jù)的上傳。以上行類型的傳輸數(shù)據(jù)為例，單個(gè)集中器為帶寬為10 kbit/s級，每個(gè)月所需流量6-8 MB。用戶信息采集的主線信息通道與采集系統(tǒng)終端之間主要根據(jù)Q/GDW 376- 2012，采用的是無線數(shù)據(jù)傳輸通道。主線信息通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，主要分為三種，第一種是定時(shí)并且自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、第二種是隨機(jī)數(shù)據(jù)采集和第三種主動(dòng)上報(bào)采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段最常用到的是第一種數(shù)據(jù)采集方式，定時(shí)并且自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，主線信息通道每天只集中采集一次數(shù)據(jù)。專業(yè)變壓器的數(shù)據(jù)采集終端可以連續(xù)記錄三次電能表中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，每10min記錄1次，每天可以記錄100次，記錄次數(shù)可以存儲(chǔ)在在專業(yè)變壓器的數(shù)據(jù)終端中，專業(yè)變壓器執(zhí)行控制命令是不定時(shí)的，數(shù)據(jù)傳輸頻率也不是固定的。

3 結(jié)束語

綜上所述，人們對各種用電設(shè)備的需求猛烈增長，為滿足人們對用電技術(shù)的需求，就要擁有一個(gè)穩(wěn)定的平臺給予支撐。這就需要細(xì)致的探究5G技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，探究物質(zhì)技術(shù)在各個(gè)典型的場景業(yè)務(wù)中的具體運(yùn)用尋求服務(wù)事宜的業(yè)務(wù)場景，開展精準(zhǔn)的負(fù)荷控制測試工作，發(fā)現(xiàn)5G技術(shù)就有點(diǎn)延遲性，可以看出5G技術(shù)能夠給電力系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供出關(guān)鍵的技術(shù)支撐。