基于5G的電力通信終端研制及應(yīng)用研究

蔡慈貴

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

5G電力通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特性優(yōu)勢體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣燃涌?，實現(xiàn)了電力網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積擴大的目標(biāo)。然而電力通信終端的系統(tǒng)組成方式具有復(fù)雜性，因此決定了電力通信終端的系統(tǒng)架構(gòu)亟待完善。通信終端網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計人員只有在創(chuàng)新終端硬件以及終端軟件運行方式的基礎(chǔ)上，才能確保實現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)的良好運行效果，靈活控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸處理成本。

1 5G電力通信終端的基本特征

5G電力通信終端的特征就是依靠5G的自動化與智能化通信平臺作為電力通信基礎(chǔ)設(shè)備，確保實現(xiàn)平穩(wěn)與全面?zhèn)鬏斕幚黼娏νㄐ艛?shù)據(jù)的目標(biāo)。電力通信終端的優(yōu)化改造工作必須要依賴5G數(shù)字化通信手段支撐。現(xiàn)階段的5G電力通信整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)當(dāng)包含系統(tǒng)通信平臺層、人機交互層以及業(yè)務(wù)處理層等關(guān)鍵組成部分，電力通信的5G網(wǎng)絡(luò)體系規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)能夠全面致力于電力通信終端的優(yōu)化改造具體實踐工作，保證達到大連接、低延時與大帶寬的全新電力通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成效[1]。同時，電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)正確利用5G的電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺，全面展現(xiàn)5G大數(shù)據(jù)的智能化手段推廣運用效果。

目前，面臨配網(wǎng)自動化的全新電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)需求，電力通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)能夠準(zhǔn)確認(rèn)識5G技術(shù)手段的價值意義，積極運用5G技術(shù)來改造電力通信的網(wǎng)絡(luò)運行模式。系統(tǒng)設(shè)計人員具體針對于配網(wǎng)差動保護、配網(wǎng)自動化以及其他的關(guān)鍵技術(shù)手段都要全面引進5G技術(shù)實踐領(lǐng)域，明顯提升電力通信網(wǎng)絡(luò)終端傳輸數(shù)據(jù)的運行效果[2]。

5G通信網(wǎng)絡(luò)的3大顯著優(yōu)勢是高速率、低時延以及大容量，5G的網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)平臺應(yīng)當(dāng)融入電力行業(yè)發(fā)展過程。近些年來，電力通信終端的體系設(shè)計模式正在不斷實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，目前已經(jīng)達到了電力通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與5G通信手段緊密結(jié)合的目標(biāo)。與原有的電力通信終端組成結(jié)構(gòu)方式進行對比，建立在5G平臺基礎(chǔ)上的電力數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)處理技術(shù)更加有益于保證數(shù)據(jù)傳輸安全，同時還能明顯控制與降低電力通信的網(wǎng)絡(luò)實踐運行成本。5G電力通信終端的體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G電力通信終端的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 5G電力通信終端的體系架構(gòu)研發(fā)要點

電力通信的5G網(wǎng)絡(luò)終端硬件重點應(yīng)當(dāng)包含系統(tǒng)授時模塊、主控模塊、系統(tǒng)功能底板（擴展模塊以及主控模塊）、系統(tǒng)端口的安全防護模塊以及系統(tǒng)模組的適配模塊等，按照5G的基本網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議來完成實時性的電力通信數(shù)據(jù)處理與傳遞操作[3]。在此前提下，經(jīng)由5G平臺技術(shù)手段改造以后的電力通信終端體系更加具備了轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、端到端互通、顯示本地傳輸信號、網(wǎng)關(guān)管理以及網(wǎng)絡(luò)授時等良好運行效果，體現(xiàn)了合理優(yōu)化電力通信的網(wǎng)絡(luò)運行終端的必要性。

電力通信的終端體系架構(gòu)包含系統(tǒng)平臺層、系統(tǒng)人機交互界面以及系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理層等，其中的人機交互軟件界面具有準(zhǔn)確展示目前系統(tǒng)運行參數(shù)、終端配置參數(shù)、系統(tǒng)程序升級狀態(tài)以及電力通信的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)論等作用。5G網(wǎng)絡(luò)用戶如果有必要瀏覽現(xiàn)有的系統(tǒng)日志內(nèi)容，那么必須要經(jīng)由上述的系統(tǒng)交互界面才能實現(xiàn)。電力通信的網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)平臺層重點包含日志管理模塊、網(wǎng)絡(luò)防火墻模塊、路由功能管理模塊、程序升級的專用模塊、發(fā)布系統(tǒng)傳輸操作指令的模塊等。為了實現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)中的授時功能，關(guān)鍵思路要點就是準(zhǔn)確計算現(xiàn)有的終端累積延時數(shù)據(jù)，然后針對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的本地時間予以必要的更改修正處理[4]。

針對上述各個系統(tǒng)關(guān)鍵組成模塊來講，系統(tǒng)授時模塊的重要作用體現(xiàn)在全面判斷實時性的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸內(nèi)容，正確轉(zhuǎn)化原有的授時數(shù)據(jù)內(nèi)容，確保形成體系化與完整性較強的電力標(biāo)準(zhǔn)碼[5]。系統(tǒng)主控模塊針對接入的電力網(wǎng)絡(luò)各個終端模塊應(yīng)當(dāng)著眼于準(zhǔn)確控制，同時還能實現(xiàn)接入電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)約的目標(biāo)。除此以外，技術(shù)人員通過合理改造設(shè)計通信防護的專用回路體系，進而達到了電力通信網(wǎng)絡(luò)的最佳穩(wěn)定運行程度標(biāo)準(zhǔn)。即便處于強度較高的電磁干擾空間環(huán)境中，端口防護的網(wǎng)絡(luò)硬件組成模塊也能保持正常運行。此外對于網(wǎng)絡(luò)時鐘的重要系統(tǒng)解析模塊而言，上述的電力網(wǎng)絡(luò)通信組成模塊能夠在電磁干擾程度較強的特殊空間中完成相應(yīng)的傳輸處理操作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)正確規(guī)劃設(shè)計內(nèi)置性的系統(tǒng)硬件模塊，確保5G網(wǎng)絡(luò)可以全面支撐現(xiàn)有的配網(wǎng)差動保護。電力通信的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計人員還要密切關(guān)注匹配各項電力通信業(yè)務(wù)，構(gòu)建端到端的動態(tài)化以及智能化電力通信體系運行實現(xiàn)模式。

電力通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)終端還包含業(yè)務(wù)層，重點針對核心的電力通信業(yè)務(wù)進行必要的整合處理。通常情況下，平臺業(yè)務(wù)層都夠全方位地顯示現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)類型數(shù)據(jù)、信號強度數(shù)據(jù)以及自檢狀態(tài)數(shù)據(jù)，進而有效確保經(jīng)由LAN網(wǎng)絡(luò)的串口通信數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)完整轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)階段的電力通信網(wǎng)絡(luò)體系業(yè)務(wù)傳輸處理層包括了心跳監(jiān)測、看門狗以及模塊監(jiān)控的軟件組成部分。上述的專用監(jiān)控軟件可以為系統(tǒng)操作管理人員準(zhǔn)確顯示電力系統(tǒng)運行使用狀態(tài)，增強了電力通信終端的安全性和時效性。

3 基于5G的電力通信終端具體運用方式

軟件與硬件的基礎(chǔ)設(shè)施共同組成了電力通信系統(tǒng)，目前的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)?shù)玫骄C合的性能優(yōu)化整改，如此才能確保經(jīng)過優(yōu)化改造以后的電力通信網(wǎng)絡(luò)能夠滿足通信傳輸效率要求。5G的城鄉(xiāng)電力網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺目前正在不斷得到擴大建設(shè)，5G傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能也在顯著提高。在此前提下，電力通信終端系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)要點體現(xiàn)如下文所述。

3.1 實時控制通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)荷

電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)被控制在合理的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷承載限度范圍，電力通信網(wǎng)絡(luò)在瞬時的系統(tǒng)負(fù)荷強度如果存在過高傾向，那么電力通信體系的運行使用功能就會明顯削弱[6]。電力通信網(wǎng)絡(luò)管理人員針對通信網(wǎng)絡(luò)的運行負(fù)荷限度應(yīng)當(dāng)進行合理設(shè)置，同時還要做到準(zhǔn)確判斷監(jiān)測電力通信體系的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷強度。

目前，電力通信網(wǎng)絡(luò)體系與5G自動控制手段的銜接融合趨勢正在逐步加深，突顯了電力體系運行負(fù)荷良好的控制實施效果。系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計人員目前有必要重點實施分級與分類的電力網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷監(jiān)測監(jiān)管工作，嚴(yán)格按照電力系統(tǒng)負(fù)荷的分區(qū)監(jiān)管實踐工作思路來控制負(fù)荷最大限度。在有線的電力通信光纖連接模式下，電網(wǎng)設(shè)計人員目前針對復(fù)雜程度較高的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)著眼于科學(xué)改造優(yōu)化，確保各個不同區(qū)域部位的系統(tǒng)通信鏈路能夠達到緊密連接互通效果，增強了網(wǎng)絡(luò)控制子站以及負(fù)荷控制終端的聯(lián)系。

3.2 優(yōu)化配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)的接入模式

在目前的情況下，大規(guī)模的分布式電源正在全面運用于電力通信系統(tǒng)，因此原有的系統(tǒng)故障隔離處理手段以及故障定位操作技術(shù)手段不再具備適用性，系統(tǒng)設(shè)計人員針對上述技術(shù)手段應(yīng)當(dāng)致力于改造優(yōu)化[7]?，F(xiàn)階段的配電網(wǎng)本身具備復(fù)雜程度較高的拓?fù)淇蚣芙Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)線路安裝連接過程的難度將會增加。由此可見，工程設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)合理改造優(yōu)化配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)的實時接入技術(shù)手段，運用靈活的技術(shù)方法來拓展目前的配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)覆蓋范圍。5G模式下的配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)在進行整體改造時，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計人員必須要先針對核心網(wǎng)的用戶進行服務(wù)優(yōu)化改造，確保核心網(wǎng)的全部用戶都能享有優(yōu)質(zhì)的配網(wǎng)服務(wù)。核心網(wǎng)的服務(wù)器體系設(shè)計方式應(yīng)當(dāng)滿足獨立性要求，確保網(wǎng)絡(luò)基站以及服務(wù)器能夠達到緊密銜接的程度。配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)模式如圖2所示。

圖2 配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)模式

電力供電通信網(wǎng)絡(luò)必須要滿足城市用戶的大規(guī)模供電需求，因此現(xiàn)階段的電力供電通信網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)當(dāng)接受5G技術(shù)改造。在目前的情況下，城市電力負(fù)荷的預(yù)測工作成效正在明顯得到優(yōu)化。城市電網(wǎng)的管理技術(shù)人員針對城市電網(wǎng)負(fù)荷通過展開準(zhǔn)確全面的預(yù)測監(jiān)管工作，應(yīng)當(dāng)能夠有效確保滿足城市電力負(fù)荷的優(yōu)化分配利用目標(biāo)，對于高效利用以及節(jié)約利用城市電網(wǎng)資源具有明顯影響。城市電力負(fù)荷現(xiàn)存的預(yù)測問題根源體現(xiàn)在電網(wǎng)管理技術(shù)人員忽視實時性的電力負(fù)荷變化，針對電力負(fù)荷的預(yù)測工作沒有構(gòu)建智能化的技術(shù)模型，因此就會增加配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)錯誤。

配網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測技術(shù)人員針對城市配電網(wǎng)沒有全面展開嚴(yán)格的電網(wǎng)供電質(zhì)量監(jiān)管工作，進而導(dǎo)致城市電網(wǎng)現(xiàn)有的負(fù)荷壓力較大。在城市居民的高峰用電時段內(nèi)，城市地區(qū)配網(wǎng)將會表現(xiàn)為超負(fù)荷的運行狀況，明顯增加了城市能源電站的常規(guī)能源供應(yīng)壓力，因此城市電力網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷預(yù)測管理工作目前亟待得到強化。城市電網(wǎng)管理人員目前有必要積極采用網(wǎng)絡(luò)自動化的智能電網(wǎng)管理模型，運用智能電網(wǎng)模型來準(zhǔn)確預(yù)測城市電力負(fù)荷，以增強城市電力負(fù)荷調(diào)節(jié)控制方案的科學(xué)性[8]。

3.3 驗證電力通信的網(wǎng)絡(luò)體系運行實施效果

系統(tǒng)運行管理的具體負(fù)責(zé)人員應(yīng)當(dāng)針對電力通信的整體運行實施效果展開全面檢測操作，運用虛擬的網(wǎng)絡(luò)模型方式來測試電力通信效果。系統(tǒng)檢測的技術(shù)人員目前針對智能化模型應(yīng)當(dāng)正確運用于驗證電力通信效果，確保做到準(zhǔn)確完整記錄電力通信網(wǎng)絡(luò)的延時數(shù)據(jù)結(jié)論。經(jīng)過測試與驗證可見，5G網(wǎng)絡(luò)整體上達到了相對更高的遙感通信準(zhǔn)確率、遙測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率以及遙控準(zhǔn)確率目標(biāo)，客觀上展現(xiàn)了精準(zhǔn)控制模式運用于電力通信網(wǎng)絡(luò)時效性檢驗的重要意義[9]。

城市電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測數(shù)據(jù)并不是固定的，而是處于不斷波動與變化的過程中。電網(wǎng)管理人員針對用電高峰時段的電網(wǎng)負(fù)荷變化狀況應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確進行了解，增強掌控用電高峰時段城市電網(wǎng)負(fù)荷波動的能力，指導(dǎo)城市居民積極節(jié)約電網(wǎng)資源。具有網(wǎng)絡(luò)信息化與智能化特征的電力負(fù)荷預(yù)測模式可以幫助工作人員準(zhǔn)確識別電網(wǎng)使用狀況，從而給出完整與科學(xué)的電網(wǎng)運維管理決策支撐[10]。

4 結(jié) 論

經(jīng)過分析可見，電力通信終端的系統(tǒng)優(yōu)化改進過程不能夠缺少5G平臺作為保障，電力通信終端系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)軟件以及網(wǎng)絡(luò)硬件組成部分都必須要實現(xiàn)全面的整改優(yōu)化。具體在技術(shù)轉(zhuǎn)型的實踐中，電力通信5G網(wǎng)絡(luò)體系的規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)全面關(guān)注于實時控制通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)荷，優(yōu)化配網(wǎng)差動業(yè)務(wù)的接入模式，驗證電力通信網(wǎng)絡(luò)體系的運行效果。