5G通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

吳彤浩

【摘要】? ? 社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)步促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)快速穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)了分布式能源接入、電力分配自動化、雙向用戶互動，提高人民生活水平與生活質(zhì)量。由此各種網(wǎng)格設(shè)備的規(guī)模、使用和通訊需求也在不斷擴(kuò)大。只有將最新的5G通信技術(shù)有效地融入到建設(shè)動力型因特網(wǎng)的過程中，企業(yè)才能走向信息化、智能化。文章重點(diǎn)闡述了5G通信和泛在力物聯(lián)網(wǎng)整合的價(jià)值和前景，提出了有效整合的具體對策，為社會經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G通信技術(shù)? ? 泛在電力? ? 物聯(lián)網(wǎng)? ? 應(yīng)用

引言：

近幾年來，由于科技持續(xù)進(jìn)步，推動了電力行業(yè)的健康快速發(fā)展。5G通信技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信，并取得了良好效果。既滿足了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的通信需求，又提高了電力系統(tǒng)的智能化水平。各電力公司都需要將5G通信技術(shù)有效地集成到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)中，以提高整個(gè)電力系統(tǒng)的控制水平，實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

一、5G通信技術(shù)特點(diǎn)

5G通信技術(shù)主要指第五代移動通信技術(shù)。相對于傳統(tǒng)通信技術(shù)，5G通信技術(shù)的信號數(shù)據(jù)在滿足大眾多樣化需求的還具有較高的傳輸速率和較強(qiáng)的性能。而5G通信技術(shù)是一種低成本、高可靠性、低時(shí)延的通信技術(shù)，是一個(gè)開放的技術(shù)架構(gòu)模型[1]。隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，在電力領(lǐng)域也得到了廣泛的發(fā)展，有許多應(yīng)用場景和發(fā)展前景。根據(jù)5G通信技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用場景，分為以下四大特點(diǎn)：第一，小型連接技術(shù)。其次，可靠性技術(shù)延時(shí)較高。其三，整體技術(shù)覆蓋率廣。最后，相對于傳統(tǒng)移動通信技術(shù)，具有更大的信息傳輸和存儲容量。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要由“平臺”、“網(wǎng)絡(luò)”、“感知”三部分組成，通過網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)計(jì)的整合，構(gòu)成專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。泛網(wǎng)電力物聯(lián)網(wǎng)能夠滿足電力行業(yè)的發(fā)展需求，將泛在電力資源配置和備用情況合理規(guī)劃的基礎(chǔ)上，全面提高信息識別效果。這一階段，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要得益于我國信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和無線技術(shù)的應(yīng)用，從而了解電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際分布。利用5G通暢地建設(shè)泛實(shí)力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。單獨(dú)構(gòu)建后，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)和信息進(jìn)行精確采集，從而能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)和信息進(jìn)行精確處理。對電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行和控制，要求準(zhǔn)確、無誤，信息快速準(zhǔn)確地傳遞[2]。為了達(dá)到這些目標(biāo)，泛在網(wǎng)融合了5G通信技術(shù)和，簡化了泛力物聯(lián)網(wǎng)的通信流程，通過與人工智能技術(shù)的合作，實(shí)現(xiàn)了泛在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。有科學(xué)、智慧、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)向的事物。當(dāng)泛能網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際信息和數(shù)據(jù)發(fā)送工作之前，需要綜合處理收集到的總體信息和數(shù)據(jù)，對未來發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行初步預(yù)測。這為后續(xù)反應(yīng)節(jié)省了工作時(shí)間。

另外，要注意可靠性數(shù)據(jù)的安全保護(hù);詳細(xì)地分析了傳感器系統(tǒng)下信息數(shù)據(jù)的實(shí)際工作狀態(tài)。通過這種整體過程，可以對普適整體狀態(tài)物的因特網(wǎng)通訊進(jìn)行分析與判斷。最終判斷結(jié)果將在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)送到用戶終端，通過服務(wù)可以解決特定的電源問題。

二、物聯(lián)網(wǎng)

在全國幾乎所有地區(qū)都重新建立了電力網(wǎng)絡(luò)，而每一端都連接著成千上萬的電器。只要用信息互聯(lián)將電力設(shè)備和物理對象連接起來，就可以在全國建立完全普適的物聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)電力系統(tǒng)健康、可持續(xù)發(fā)展。所有家用電器互聯(lián)互通能促進(jìn)家居向智能化方向的轉(zhuǎn)變，還能改善家居生活的調(diào)節(jié)和地區(qū)性電源的智能化。

物聯(lián)網(wǎng)有著廣泛的應(yīng)用，在許多行業(yè)的發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用。例如：全國聯(lián)網(wǎng)各配電裝置后，可實(shí)時(shí)監(jiān)測各電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，分析其是否健康、安全運(yùn)行。提高電力系統(tǒng)的科學(xué)性與合理性，確保了整個(gè)配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。電力網(wǎng)主要由各種傳輸和轉(zhuǎn)換設(shè)備組成。用于實(shí)現(xiàn)信息互連的主要手段是光纖傳輸設(shè)備，但在配電網(wǎng)層面上應(yīng)用信息互連還存在著許多問題，無法拘泥于技術(shù)水平的拓展。信息互連的分銷網(wǎng)絡(luò)。就目前的情況來說，電器傳統(tǒng)的物理連接方式存在著連接質(zhì)量低、受外部環(huán)境因素影響大、不能保證信息連接質(zhì)量等缺陷。

在電力信息互聯(lián)的過程中，必須有效地整合5G通信技術(shù)，加強(qiáng)各電力設(shè)備在配電網(wǎng)絡(luò)層次上的連接穩(wěn)定性，有效發(fā)揮其傳輸和轉(zhuǎn)換功能。在大規(guī)模定制場景中的應(yīng)用，將在用戶全面合規(guī)性預(yù)測、高精度人像繪制等方面具體體現(xiàn)。合理地使用5G通信技術(shù)，可以將電力系統(tǒng)中各個(gè)鏈路串聯(lián)起來，從而能夠從社會的各個(gè)方面分析和理解整個(gè)社會的耗電特性[2]。

互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相對于其它先進(jìn)技術(shù)，具有高連接、高強(qiáng)度容量等特點(diǎn)。5G通信技術(shù)不僅能將各種電子設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，而且在通信過程中還能應(yīng)付更多的事情。交通網(wǎng)絡(luò)信息、社會整體信息以及用戶的日常使用信息變得更加可靠。

三、5G通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

3.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高分辨率視頻和圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控

5G通信技術(shù)具有高速、高寬帶特性，因此可以快速、方便地使用。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高分辨率視頻、圖像傳輸、遠(yuǎn)程無線傳輸?shù)裙δ?，在電力系統(tǒng)的視頻圖像監(jiān)控場景中得到了廣泛的應(yīng)用，提高了監(jiān)測效率，降低了資金成本。5G通信技術(shù)能給普惠金融帶來的變革和創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)主要分為三個(gè)方面。

第一，利用5G通信技術(shù)的高寬帶特性能發(fā)送大容量文件。不但改進(jìn)了圖像，視頻清晰度顯著提升。其次，傳統(tǒng)電力監(jiān)測技術(shù)主要收集電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并對電力系統(tǒng)進(jìn)行事后分析。

第二，利用5G通信的高速低延時(shí)特性，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測[3]。

第三，在電力系統(tǒng)監(jiān)測中，隨著機(jī)器逐漸取代人工分析，5G技術(shù)可發(fā)送高分辨率視頻圖像，并為機(jī)器提供學(xué)習(xí)樣本，使得電力系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)自動化。

比如，傳統(tǒng)監(jiān)測方法主要是利用室內(nèi)無人機(jī)監(jiān)測和視頻監(jiān)控。在無人駕駛飛機(jī)返回的情況下，技術(shù)人員可以通過視頻對電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。其目標(biāo)是降低系統(tǒng)故障處理的及時(shí)性，不適用于復(fù)雜工況下系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。由于無人駕駛飛機(jī)探測器還可以通過5G線路實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，因此5G通信技術(shù)要集成到無人機(jī)探測過程中，需要進(jìn)行電力線分析和檢測。如有問題，可及時(shí)提出相應(yīng)的解決方案。配電房視頻監(jiān)控方式主要是采用有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)回圖像，電力系統(tǒng)與監(jiān)控室之間需鋪設(shè)光纖網(wǎng)線[4]。

但采用5G移動通信技術(shù)可降低網(wǎng)線鋪設(shè)費(fèi)用，適合偏遠(yuǎn)、復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)的配電室。電網(wǎng)主要由成千上萬的電力設(shè)備組成，通過5G移動通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)家庭、區(qū)域社會、區(qū)域社會之間的通信協(xié)調(diào)信息和智能集群電力。為確保人們?nèi)粘Ｓ秒姷陌踩?，對機(jī)器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。常規(guī)電力系統(tǒng)安裝的傳感器較多。通信技術(shù)不成熟，容易造成電力數(shù)據(jù)丟失。通過5G移動通信技術(shù)高速信息傳輸，非常容易實(shí)現(xiàn)耗電量信息的收集與分析。

3.2分布式饋線繼電保護(hù)

在配電自動化系統(tǒng)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制過程中，分布式饋線繼電保護(hù)是繼電保護(hù)在饋線繼電保護(hù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著分布式能源越來越多地接入配電網(wǎng)，只有采用分布式饋線自動化系統(tǒng)，才能提高配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。常規(guī)的集中穩(wěn)定控制系統(tǒng)需要切斷整個(gè)饋線，切斷與故障無關(guān)的負(fù)荷線，不能保證電源的可靠性。在分布式饋線保護(hù)系統(tǒng)中，通信信息主要通過智能變電站來實(shí)現(xiàn)。既能準(zhǔn)確地確定故障位置，又能將故障區(qū)域進(jìn)行隔離。分布式饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)一般采用超低延時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使多個(gè)變電站能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)快速地將故障區(qū)域隔離，降低安全和電力損耗[5]。在通信網(wǎng)絡(luò)延遲小于10ms的情況下，當(dāng)電源控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)可在100ms內(nèi)識別故障區(qū)域。分布式饋線繼電保護(hù)系統(tǒng)主要采用光纖實(shí)現(xiàn)。在5G通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展中，用5G系統(tǒng)取代光纖，可將延遲降低到1ms，提高繼電保護(hù)水平。系統(tǒng)速度也能擴(kuò)大分布系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，對特定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，降低資金成本。

對于電力仿真而言，這是一種重要的電力系統(tǒng)分析方法，其主要功能是判斷電力系統(tǒng)是否在正常運(yùn)行，以及工作計(jì)劃中是否存在風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)安全不可靠。國內(nèi)對電力系統(tǒng)模擬的研究和開發(fā)主要集中在PSCAD等多種電力系統(tǒng)仿真軟件。在通信系統(tǒng)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)在規(guī)劃和應(yīng)用之前，都需要對仿真行為進(jìn)行分析，以提高通信系統(tǒng)使用的安全性和可靠性，開發(fā)了OPNET等應(yīng)用于OPNET等通信系統(tǒng)的模擬分析軟件。對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來說，在未來的發(fā)展過程中，網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)的系統(tǒng)耦合必然會加深，在對泛在物聯(lián)網(wǎng)整體的分析過程中，需要5G通信技術(shù)和電力網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行高效融合，模擬電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。這就需要逐步發(fā)展最新的協(xié)同仿真方法和軟件仿真系統(tǒng)，只有通過仿真，才能正確理解5G通信網(wǎng)與電力網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。5G通信系統(tǒng)雖然單位能耗較小，但未來使用5G通信系統(tǒng)的用戶將逐漸增加，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，為保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高各通信網(wǎng)絡(luò)間的能量交換效率，需要構(gòu)建各類5G基站。在5G通信網(wǎng)與輸電網(wǎng)之間具有提高電力潮流控制與標(biāo)準(zhǔn)化的作用[6]。

四、結(jié)束語

近幾年來，科技的不斷研發(fā)為國家電網(wǎng)的發(fā)展提供了更多的機(jī)會，加快了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。將5G通信技術(shù)與泛在電力互聯(lián)網(wǎng)有效結(jié)合，充分利用5G通信技術(shù)的優(yōu)勢，提高電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展轉(zhuǎn)型，能促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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