5G移動通信技術(shù)在降低電力通信系統(tǒng)時延的應(yīng)用分析

馬波

【摘要】? ? 5G技術(shù)的出現(xiàn)，體現(xiàn)出了我國通信技術(shù)的新層次，在實際應(yīng)用當中具有了新的可能。在電力通信系統(tǒng)當中也是如此，需要能夠通過5G技術(shù)的應(yīng)用更好的發(fā)揮作用。在本文中，將就5G移動通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)的應(yīng)用進行一定的研究。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G移動通信技術(shù)? ? 電力通信系統(tǒng)? ? 應(yīng)用

引言：

當前，隨著電力通信系統(tǒng)中大量接入分布式電源，配電網(wǎng)（Power Distribution Network， 35kV及以下）的故障特性發(fā)生了顯著改變，傳統(tǒng)依靠過流或者距離元件的故障定位、隔離方法受到了極大的挑戰(zhàn)。電流差動保護技術(shù)（Differential protection）作為一種在高壓輸電網(wǎng)中成熟應(yīng)用的電網(wǎng)技術(shù)，具有原理簡單、動作可靠、可適應(yīng)多端電源接入等特點，可以很好地解決分布電源接入對配電網(wǎng)帶來的諸多困擾。電流差動保護的動作原理是配電自動化終端（Distribution Terminal Unit， DTU）比較兩端或多端同時刻電流值（矢量），當電流差值超過門檻值時判定為故障發(fā)生，斷開其中的斷路器或開關(guān)，執(zhí)行差動保護動作，從而實現(xiàn)了配電網(wǎng)故障的精確定位和隔離。

由于對電流差值的判斷需基于同一時刻的電流值，這就要求相互關(guān)聯(lián)的DTU必須保證時間同步，其時間同步精度<10?s。為了判斷某一時刻電路的電流差值，DTU之間需要周期性的進行電流信息的交互，交互的周期為833μs （DTU每20ms采樣24次， 平均每833μs發(fā)送一次采樣信息）。為了實現(xiàn)故障的快速檢測和隔離，交互信息的傳輸時延最大不超過15ms（peer to peer的最大時延），對通信的需求中，重點強調(diào)時延、可用性、可靠性。

一、5G技術(shù)概述

5G技術(shù)是在現(xiàn)階段信息技術(shù)不斷發(fā)展當中形成的產(chǎn)物，具有大帶寬、大連接、低時延等特征，能夠?qū)θ藗冊趯嶋H生產(chǎn)當中信息傳輸、傳輸速率方面的要求進行滿足。在電力通信系統(tǒng)建設(shè)當中，考慮與5G技術(shù)相結(jié)合，更好的滿足電力通信系統(tǒng)以可靠、高效的方式運行，滿足實際工作需求。

5G技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，將帶動數(shù)字化科技發(fā)展變革，能夠有效的融合人工智能、云計算與大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以此為基礎(chǔ)形成具有智能化、現(xiàn)代化特征的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。5G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活，從而能實現(xiàn)毫秒級時延，滿足電力通信系統(tǒng)

二、測試流程

基于5G無線測試系統(tǒng)的差動保護業(yè)務(wù)流程：

1. DTU開機后，通過電力專用5G CPE連接到5G網(wǎng)絡(luò)，并通過CPE的精準授時接口實現(xiàn)小于10μs時間同步。

2.每個DTU采集電流值，并按照預(yù)定的833μs周期將電流值通過本端電力專用5G CPE發(fā)送給對端電力專用5G CPE，進一步發(fā)送給對端DTU。

3.每個DTU接收來自其相鄰DTU的電流采樣值，并比較同一時刻自身采樣值與相鄰DTU的采樣值的差值，若差值超過了某一個閾值，則DTU主動斷開與其相連DTU之間的電路，加以隔離。

三、時延測試（整體及分段測試時延）

差動保護業(yè)務(wù)重點關(guān)注本端DTU接口到對端DTU接口時延。本次測試中，我們以兩個協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器之間的ping包時延除以2作為DTU到DTU單向傳輸時延的近似值（考慮到DTU到協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器通信時延，及協(xié)議轉(zhuǎn)換時間很小，約0.1ms，可忽略）。

DTU通過解析SV規(guī)約，記錄本次上電后與對端DTU通信的最大時延，通過液晶屏顯示。

測試結(jié)論：外場空口場景下，通信終端間最大端到端時延< 15ms，滿足測試要求。

四、通信系統(tǒng)可靠性測試

4.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠性

設(shè)備可靠性是指設(shè)備機能在時間上的穩(wěn)定性程度，或者說在一定時間內(nèi)，不發(fā)生問題的程度。本次外場測試的通信系統(tǒng)可靠性可滿足要求，隨設(shè)備上網(wǎng)提供可用度預(yù)計。

4.2通信模塊在線率

測試終端的在線情況，每分鐘與通信終端通信1次（獲取通信終端的心跳），在線率計算方法為：

在線率 = 實際成功通信次數(shù)/理論成功通信次數(shù) * 100%

測試預(yù)期 CPE工作正常，ping測返回時延正常，測試期間CPE始終在線

4.3通信模塊可靠性

參照網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性，本次外場測試的通信模塊可靠性可滿足要求，隨模塊上網(wǎng)提供可用度預(yù)計。

4.4丟包率

測試基站gNB在輕載狀態(tài)下業(yè)務(wù)丟包率，采用PC模擬DTU的發(fā)包情況，以100000個數(shù)據(jù)包為1組分別記錄3組。

測試結(jié)論：測試期間無丟包，滿足測試要求

五、差動保護和配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)測試

5.1差動保護業(yè)務(wù)測試

1.同步和采樣精度測試

根據(jù)現(xiàn)場實際CT、PT變比進行設(shè)置定值。

單體模擬量測試方法：本側(cè)分別加模擬量Ia=2∠0°（A），Ib=2∠240°（A），Ic=2∠120°（A），對側(cè)分別加模擬量Ia=2∠180°（A），Ib=2∠60°（A），Ic=2∠300°（A），單相模擬量符合遙測5P20的標準，理論值Id=0（A），允許誤差±0.1A;理論值Ir=2A，允許誤差±0.1A。

單體開入量及壓板測試方法;

斷路器位置通過實際開關(guān)的位置，裝置能夠正確顯示分合位，對應(yīng)的遙信顯示正確;

當總功能壓板退出時，所有保護不出口;

當總功能壓板投入、差動保護壓板投入，差動保護正常動作;

當總功能壓板投入、母線差動保護壓板投入，母線差動保護正常動作。

按照拓撲圖進行數(shù)據(jù)驗證，本側(cè)分別加模擬量，Ia=1∠0°（A），Ib=1∠240°（A），Ic=1∠120°（A），對側(cè)分別加模擬量Ia=1∠30°（A），Ib=2∠270°（A），Ic=2∠150°（A），查看對應(yīng)DTU的DSP數(shù)據(jù)正確性。角度誤差10°之內(nèi)不會影響差動保護的可靠動作。

5.2測試步驟

1. DTU開機，并接入5G網(wǎng)絡(luò)。

2.啟動繼電保護測試儀。

3.在繼電保護測試儀上修改DTU的電流幅值和相位值，設(shè)置同時刻觸發(fā)加量測試。

4.在DTU側(cè)記錄本側(cè)和對側(cè)的電流幅值、相位值、差流數(shù)據(jù)和制流數(shù)據(jù)。

5.3測試結(jié)果

1. DTU上收到的本側(cè)和對側(cè)電流幅值和相位值能夠與繼電保護測試儀上設(shè)置的電流幅值和相位值一致。

2. DTU上查看的差流數(shù)據(jù)和制流數(shù)據(jù)能夠與理論值一致。

六、結(jié)束語

在上文中，我們對5G移動通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)的應(yīng)用進行了一定的研究。在實際工作開展當中，需要能夠?qū)?G技術(shù)特點進行把握，根據(jù)電力通信系統(tǒng)運行特點與技術(shù)發(fā)展需求做好技術(shù)的應(yīng)用，同時積極做好技術(shù)的研究優(yōu)化，在做好電力通信網(wǎng)資源有效優(yōu)化的情況下，做好電力系統(tǒng)的建設(shè)。

參? 考? 文? 獻

[1]王昊.5G無線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國新通信，2019，（14）.119.

[2]張松，王金宇，王圣達.5G移動通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)的應(yīng)用探究[J].中國新通信，2019，（23）.6.

[3]李維.5G無線通信技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2019，（1）.194-195.

[4]汪小路.5G通信技術(shù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)探討[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用， 2019，（3）.51-52.