5G移動通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用探索

■國網(wǎng)四川省電力公司：聶鵬；四川世紀星通科技有限公司：向運華

5G移動通信技術(shù)是移動通信技術(shù)不斷推進的第5代通信技術(shù)，其呈現(xiàn)出了十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢，不僅可以被運用到不同的交互場景中，同時還能夠促進高速傳輸任務(wù)的高效落實，全方位滿足人們對信息傳輸速率、傳輸量、信息延時的多元化需求。但由于目前5G移動通信技術(shù)的部署正在大規(guī)模實施，而5G技術(shù)的應(yīng)用和成熟業(yè)務(wù)使用時間尚短，為了能夠進一步提升其使用效果，在提高無線通信速度和低延時的基礎(chǔ)之上保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，則要從實際情況出發(fā)，對5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀展開分析，逐步細化應(yīng)用實踐中所存在的諸多不足，以此來拓寬其未來的發(fā)展路徑。

1.5G移動通信技術(shù)概述

在當前的社會發(fā)展背景下，隨著我國科技實力的不斷增強，通信技術(shù)的發(fā)展速度也在隨之加快，智能化、信息化已經(jīng)成為各個行業(yè)通用的發(fā)展方向。而5G移動通信則是移動通信技術(shù)的第5代通信技術(shù)，相較于之前的2G、3G、4G而言，5G移動通信技術(shù)呈現(xiàn)了十分明顯的優(yōu)勢，不僅可以大幅度增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時還有更快的速度、更低的延時，支持更多終端的鏈接。例如，5G移動通信技術(shù)的數(shù)據(jù)吞吐量是其他通信技術(shù)所無法比擬的，即使當前的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信處于繁忙狀態(tài)，5G通信技術(shù)的信息傳輸速度也不會受到影響，可以滿足不同場景下不同用戶群體的使用需求。截至目前為止，5G移動通信技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了移動電子設(shè)備中，并逐漸成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧牧硪粋€層面加以分析，5G移動通信技術(shù)也有了更為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)兼容性特點，在包括自動化電力設(shè)備的多項聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中均能發(fā)揮作用。

另外，當前5G無線通信技術(shù)的傳輸帶寬有了明顯提升，而高速傳輸、低延時則是其中的核心組成要素。信息傳輸頻率的越高，則代表著帶寬越寬，傳統(tǒng)模式下的無線網(wǎng)絡(luò)頻率在使用中存在著很多弊端，其中最為明顯的即為頻譜帶寬不足，將會導(dǎo)致部分帶寬不具備傳輸支持條件。隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然衍生出了高頻電波頻帶，但同時也存在著一些有待提高的地方，傳輸距離受限，容易受到障礙物遮擋的干擾等。而5G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)則可以有效解決上述弊端，5G技術(shù)能夠同步應(yīng)用多輸出與多輸入技術(shù)，運用足夠數(shù)量的天線來實現(xiàn)同步聯(lián)動，并朝向指定方向來精準發(fā)射電波。隨著5G技術(shù)的日益成熟，將會更為合理、高效的應(yīng)用高頻電波，精準彌補傳統(tǒng)模式下的傳輸距離受限與易損耗問題。

2.5G移動通信技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)技術(shù)

在當前的信息時代背景下，幾乎每個現(xiàn)代人的日常生活都離不開信息技術(shù)的支持，很多電子設(shè)備都可以利用移動通信技術(shù)來實現(xiàn)在線連接，使用者只需要在電子設(shè)備中下載相關(guān)的應(yīng)用程序，即可實現(xiàn)遠程智能操控，這為現(xiàn)代人的日常生活、生產(chǎn)以及學習任務(wù)創(chuàng)造出了諸多便利。例如，4G移動通信技術(shù)能夠?qū)⒓彝鼍爸械母鞣N電子設(shè)備與智能手機相關(guān)聯(lián)，使用者可以在手機中遠程各種家電的使用，根據(jù)自己的需求來進行智能化操作。但此項技術(shù)目前僅限于部分使用，整體日常使用體驗都無法媲美Wi-Fi技術(shù)，其主要是由于4G移動通信技術(shù)的仍然無法支持更為復(fù)雜、更為智能化大數(shù)據(jù)量的連接場景。但5G技術(shù)的出現(xiàn)則開辟出了一個嶄新的時代，相較于4G技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)而言，5G技術(shù)的覆蓋面積更廣，速度更快，數(shù)據(jù)的帶寬也更大，通信容量更多，可以為物聯(lián)技術(shù)在不同場景中的應(yīng)用創(chuàng)造出更多的可能性。

近年電力中的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用十分普遍，從“發(fā)、輸、變、配、用”各個階段都存在，特別是在配電和用電極其重要。目前的配網(wǎng)大多是采用數(shù)傳電臺方式傳輸，其缺點十分明顯就是需要單獨部署，系統(tǒng)延時較大，時效性不好。數(shù)傳電臺頻率容易受到干擾，數(shù)據(jù)安全性不足。另外用電環(huán)節(jié)因為數(shù)量眾多，分布廣泛，原有的通信技術(shù)十分棘手，又由于智慧電網(wǎng)、充電樁等大量普及，4G網(wǎng)絡(luò)根本無法勝任大規(guī)模的接入，只能采用各種技術(shù)手段結(jié)合進行部署，大大地增加系統(tǒng)冗余過程和故障率。而5G移動通信技術(shù)在物聯(lián)中的應(yīng)用作用具體表現(xiàn)為以下幾個方面：首先，5G移動通信技術(shù)可以有效拓寬物聯(lián)網(wǎng)的連接規(guī)模，在5G技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍會得到進一步擴大，所產(chǎn)生的流量消耗也會有效降低，這在很大程度上降低了物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與運營成本；其次，5G技術(shù)還可以實現(xiàn)關(guān)鍵任務(wù)之間的相互關(guān)聯(lián)，有效提升通信水平與通信質(zhì)量。目前，5G技術(shù)已經(jīng)在多項行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出了出色表現(xiàn)，例如交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)以及自動化生產(chǎn)等，保證生產(chǎn)效率的同時降低生產(chǎn)質(zhì)量，使得相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益得以有效提升。未來5G移動通信技術(shù)電力中“發(fā)、輸、變、配、用”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必不可少。

2.2 智能電網(wǎng)

隨著智能電網(wǎng)深入推進，“智能電網(wǎng)”不單是指電網(wǎng)的輸電線路、變電站、變壓器等組成的網(wǎng)絡(luò)，不只是將電力從發(fā)電廠輸送到您的家庭或企業(yè)的固有系統(tǒng)。智能電網(wǎng)是將由控件、計算機、自動化以及新技術(shù)和設(shè)備組成，具有整個大電力網(wǎng)的自動化態(tài)勢感知，智能化調(diào)度控制，預(yù)測性調(diào)整建議的綜合性系統(tǒng)。

在智能電網(wǎng)中，要求擁有自愈能力能夠自動檢測和響應(yīng)電網(wǎng)問題，并確保在出現(xiàn)問題后快速恢復(fù)。因此電力傳輸和數(shù)據(jù)的雙向流動是智能電網(wǎng)的基本特點，能夠?qū)⒄麄€電網(wǎng)的上下游的信息和數(shù)據(jù)實時有效的傳遞各方十分重要。而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)往往信息傳輸十分有限，用戶企業(yè)和發(fā)電企業(yè)數(shù)據(jù)沒法貢獻，施工計劃和發(fā)電計劃沒有關(guān)聯(lián)。而5G移動通信技術(shù)正因為其優(yōu)秀的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)所有的數(shù)據(jù)接入傳輸，實現(xiàn)所有的數(shù)據(jù)上云端大腦，5G通信技術(shù)充當智能電網(wǎng)的神經(jīng)，讓整個電網(wǎng)更加“聰明”。

為了實現(xiàn)國家碳中和的目標，國內(nèi)電力能源中的再生能源、清潔能源比例會逐漸加大，而此類能源擁有先天的不足，例如：風能為清潔能源，其儲量大、分布廣，但它的能量密度低，并且不穩(wěn)定，無法像火電水電全天24小時都有。此類能源的比例增大進一步需要智能電網(wǎng)的傳輸神經(jīng)多樣和及時，通過5G技術(shù)的快速傳輸?shù)脱訒r高容量，能夠?qū)⑺枰臄?shù)據(jù)都匯總到智能電網(wǎng)云端，實現(xiàn)實時的反饋機制，有限保證電網(wǎng)安全。

2.3 線路及桿塔監(jiān)控通信

電網(wǎng)線路監(jiān)控一直以來都是電力傳輸?shù)闹攸c工作，線路、桿塔數(shù)量多區(qū)域廣，原來的技術(shù)手段通信能力有限、穩(wěn)定差。而5G移動通信技術(shù)覆蓋廣、通信能力強、穩(wěn)定性好。針對復(fù)雜地區(qū)環(huán)境有MIMO技術(shù)，能夠做到關(guān)注重點區(qū)域，MIMO技術(shù)所指的即為多輸入與多輸出技術(shù)，簡單一些解釋，MIMO技術(shù)的主要工作原理是，利用多個天線來同步完成電波傳輸工作。事實上，MIMO技術(shù)就是5G移動通信技術(shù)的核心所在，在具體的應(yīng)用實踐中，所要聯(lián)動的天線數(shù)量較多，基本在數(shù)十個與數(shù)百個不等。在如此多數(shù)量天線的聯(lián)動下，即可讓波束完成定向傳輸任務(wù)。隨著MIMO技術(shù)的高效普及，高頻電波的應(yīng)用范圍也得到了進一步擴大。在絕大多數(shù)情況下，5G技術(shù)所應(yīng)用到的電波頻率要遠高于其他通信技術(shù)，但由于受到傳輸距離的限制，因此會阻礙5G技術(shù)在某些應(yīng)用場景中的作用發(fā)揮。MIMO技術(shù)的出現(xiàn)可以在更大的范圍內(nèi)實現(xiàn)電磁波的定向發(fā)送，保證電波傳輸效率的同時，減少各個移動終端之間的能量消耗，不需要再額外考慮距離限制。

5G移動通信技術(shù)部署和發(fā)展，能夠有限解決現(xiàn)有線路及鐵塔監(jiān)控通信接入問題，實現(xiàn)實時的高碼率視頻數(shù)據(jù)、低延時的監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)的傳輸接入。

2.4 電力搶修

原有的電力系統(tǒng)信息技術(shù)大部分采用串口協(xié)議等窄帶通信方式對設(shè)備進行監(jiān)測，只能對系統(tǒng)設(shè)備的重要參數(shù)進行監(jiān)控，不能實時監(jiān)控設(shè)備的所以內(nèi)容。如果系統(tǒng)中的設(shè)備發(fā)生故障，只能通過監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進行推測故障情況，無法直觀地實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控。限于技術(shù)原因4G時代也采用了現(xiàn)場視頻實時監(jiān)控來解決上述問題，但是4G傳輸速度、帶寬容量都不能滿足全程高清圖傳的傳輸處理，畫面質(zhì)量模糊、延時較大，差強人意。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今5G傳輸帶寬是4G技術(shù)的20倍以上，5G技術(shù)的通信技術(shù)已經(jīng)能夠達到10Gb/s。5G技術(shù)的擁有更低延時，更大的容量、更高的帶寬，能夠?qū)崿F(xiàn)高清視頻的實時傳輸處理。在電力搶修過程中現(xiàn)場維修人員通過5G技術(shù)和后方指揮中心，保障前后方聯(lián)動。通過5G布控點能夠準確地鎖定突發(fā)事故的所處部位，配合數(shù)據(jù)采集同步生成配電網(wǎng)全景圖，輔助維修人員及時完成搶修工作，讓電力系統(tǒng)可以盡快恢復(fù)到正常狀態(tài)。其次，由于電力通信系統(tǒng)中的電力設(shè)備在經(jīng)過長時間使用后，難以避免的會出現(xiàn)零件磨損或其他故障問題，通過5G技術(shù)，快速了解系統(tǒng)的基本情況，可以讓搶修人員在作業(yè)現(xiàn)場高效落實搶修方案，組織搶修工作，并能將搶修方案快速共享給相關(guān)的工作人員，大幅度提高搶修現(xiàn)場的溝通效率。

2.5 應(yīng)急指揮

除去上文中所提及的幾點技術(shù)要點之外，5G技術(shù)還可以在被應(yīng)用電力應(yīng)急通信系統(tǒng)中。當發(fā)生重大事件時通過5G技術(shù)將現(xiàn)場的情況傳回指揮中心，利用5G技術(shù)的大容量實現(xiàn)多點布控實現(xiàn)全方位采集，結(jié)構(gòu)無人機技術(shù)，將應(yīng)急現(xiàn)場的視頻信息數(shù)據(jù)、紅外采集數(shù)據(jù)、GIS地圖數(shù)據(jù)、現(xiàn)場作業(yè)調(diào)度信息等整合聯(lián)動，實現(xiàn)整個應(yīng)急指揮工作前后方一體化，數(shù)據(jù)快速同步，將所有信息精準的下放到每一個應(yīng)急救援參與中的人手中，通過將5G技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)急場景中，不僅可以更為快速進行應(yīng)急通信，而且能夠協(xié)助救援調(diào)度，讓整個應(yīng)急事件得到快速解決。

3.5G移動通信技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 5G專網(wǎng)定向性波束的合理化分布

5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用原理是，利用波束使得移動終端朝向另一個方向來完成信號傳輸，以此來保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與高效性。從另一個方面加以分析，如果想要保證5G移動通信技術(shù)的順利應(yīng)用，則要確保移動終端不得接收不具備關(guān)聯(lián)性的電波，以此來有效避免其他電波對于移動終端帶來負面干擾。在未來的發(fā)展中，應(yīng)當加大對定向波束的研究力度，使其能夠被更為合理地分布到變電站的通道內(nèi)，并結(jié)合以往的實踐經(jīng)驗來制定出行之有效的自動化泵站管理方案，使其能夠一直保持良好的運行狀態(tài)。

3.2 5G專網(wǎng)接入兼容性的合理優(yōu)化

就目前來看，我國的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展水平雖然已經(jīng)達到了一個相對成熟的標準，但整體的兼容性仍然有待提升。其中的部分通信技術(shù)可以實現(xiàn)兼容，但普及范圍遠遠不夠。在日后，通過提高5G專網(wǎng)減少接入網(wǎng)絡(luò)兼容性，一方面能夠擴大5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其能夠在不同類型的電力設(shè)備中發(fā)揮功用；另一方面則可以促進不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的高效通信，減少網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、設(shè)備都能夠使用5G技術(shù)接入傳輸。降低后期的運營與維護成本，緩解使用者的經(jīng)濟壓力。

4.結(jié)束語

綜上所述，在當前的時代背景下，電力通信系統(tǒng)正在經(jīng)歷著一次又一次的更新與升級。通過對5G技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢與應(yīng)用要點展開分析，將更加有利于發(fā)現(xiàn)此項技術(shù)的不足之處，并更為精準且全面的剖析電力通信系統(tǒng)當前的運行現(xiàn)狀，在日后找到適合的改進方向。相信在不久的將來，5G技術(shù)一定能夠在多個領(lǐng)域中大放異彩，為電力通信質(zhì)量的穩(wěn)步提高提供強大的動力支持，讓現(xiàn)代人的日常生活變得更加舒適便利，推動我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展。