5G通信技術在電力物聯(lián)網(wǎng)中的運用探究

蔡 暉

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）受到了人們的廣泛關注。為全面提升泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應用運行質量，結合電力物聯(lián)網(wǎng)運行要求和規(guī)范深度融合5G通信技術，建構更加科學規(guī)范的物聯(lián)應用體系，從而一定程度上推進電力物聯(lián)網(wǎng)的高效部署，在滿足電力物聯(lián)網(wǎng)應用需求的同時提升安全防護水平。

1 5G通信技術在電力物聯(lián)網(wǎng)中應用的必要性

在通信技術不斷發(fā)展的時代背景下，5G通信技術以低時延、強帶寬以及高移動速率等特性被廣泛應用于各行業(yè)，如圖1所示[1]。

圖1 5G通信技術特點

5G通信技術應用在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)場景，能在滿足多元業(yè)務需求的同時，更好地提升服務質量。例如：電力物聯(lián)網(wǎng)要完成智慧電廠生產(chǎn)和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性采集，可應用5G通信技術的高連接密度特性，提升數(shù)據(jù)采集的質量；電力物聯(lián)網(wǎng)要完成時空定位和可視化運維管理，可應用5G通信技術實現(xiàn)高精度對時，并建立全方位的定位網(wǎng)絡覆蓋處理模式；電力物聯(lián)網(wǎng)需要實時監(jiān)測和預警輸電線路山火，可利用5G通信技術低時延的優(yōu)勢，提升數(shù)據(jù)采集的精度和準確性，優(yōu)化預警效率；電力物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)在線監(jiān)測輸電線路狀態(tài)，可應用5G通信技術提升監(jiān)測水平[3]。

綜上所述，5G通信技術在滿足電力業(yè)務通信需求方面具有突出優(yōu)勢，能更好地輔助電力系統(tǒng)開展相關工作，并保證服務質量和時效性，具有重要的推廣價值。

2 5G通信技術在電力物聯(lián)網(wǎng)中應用的具體內容

2.1 關鍵技術

5G通信技術在電力物聯(lián)網(wǎng)中的關鍵技術為深度覆蓋技術和輸電線路智能監(jiān)測技術。深度覆蓋技術能夠多維度匯總電網(wǎng)各個無線通信應用場景數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在滿足通信性能指標要求的同時減少信號覆蓋盲區(qū)，平均電場強度能達到2 845 V/m[4]。輸電線路智能監(jiān)測技術可以結合邊緣計算模式計算分析不同數(shù)據(jù)，降低通信時延，同時利用邊緣計算實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入、存儲和通信管理[5]。

2.2 設計內容

為更好地提升電力物聯(lián)網(wǎng)應用水平，要整合通信技術要點，建立完整的泛在物聯(lián)網(wǎng)控制模式，打造多元合理化技術體系，優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)綜合管理效果。目前，5G通信技術被應用在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的不同業(yè)務場景中，發(fā)揮其優(yōu)勢作用的同時，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多元服務升級提供保障，如圖2所示。

圖2 5G通信技術應用場景

2.2.1 分布式能源和儲能并網(wǎng)

新能源本身具有間歇性和不確定性特點，因此對電網(wǎng)應用通信的需求與日俱增，而5G通信技術能實現(xiàn)傳統(tǒng)技術無法達到的時延和可靠性要求。

（1）數(shù)據(jù)實時性交互處理?；?G通信技術的高帶寬特性，建立能源資源評估模塊和分布式能源調節(jié)能力評估模塊，結合評估分析的相關數(shù)據(jù)內容，提升分布式能源協(xié)調數(shù)據(jù)實時匯總和交互管理的水平。

（2）精準控制。分布式新能源要借助電力電子裝置接入電網(wǎng)完成相關工作。利用5G通信技術的高帶寬特質，能建立新能源的精準管理體系，優(yōu)化新能源的消納效果[6]。

（3）大規(guī)模接入。在電力物聯(lián)網(wǎng)體系中，分布式風電終端和光伏終端等子網(wǎng)體系應用范圍不斷擴大，使得如何滿足規(guī)?；尤氤蔀殡y點。利用5G通信技術能貼合海量分布式新能源和儲能接入要求，匹配連接業(yè)務標準，完成規(guī)?；尤牍ぷ鳌?/p>

2.2.2 輸變電運行監(jiān)控

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，輸變電業(yè)務采集數(shù)據(jù)量不斷增加，輸變電運維管理工作的難度隨之加大。為了加強輸變電運維管理，需要整合5G通信技術要求，落實監(jiān)控工作。

（1）輸變電高清監(jiān)控?；诜涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)應用要求，輸變電監(jiān)控模式要結合全方位多視角開展電網(wǎng)狀態(tài)感知工作。不僅能實現(xiàn)結構化電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的匯總，還能有效采集非結構化數(shù)據(jù)內容。例如，無人機電力巡檢業(yè)務工作的開展，要完成高壓輸電線路和特高壓輸電線路的巡查，借助高清圖片和視頻有效輔助檢修工作人員開展實時性狀態(tài)評估。因此，要配置激光雷達設備，實現(xiàn)對無人機數(shù)據(jù)的管理。傳統(tǒng)的通信方式無法滿足傳輸數(shù)據(jù)的帶寬要求，因此需選擇能達到200 Mb/s以上帶寬的5G通信技術作為傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，以開展相應的業(yè)務管理工作[7]。

（2）輸變電智能運維。變電運維質量和運行效率在電網(wǎng)應用控制體系中的要求較高，而借助5G視頻傳輸業(yè)務能有效緩解人工巡檢壓力，提高實時運維檢修工作的效率。5G通信技術應用模式中利用多元控制模式能實現(xiàn)運維可視化處理，在排查故障的同時提升故障定位的實時控制效果。例如，南方電網(wǎng)在廣州試行5G通信技術+智能巡檢業(yè)務，利用無人機和5G巡檢機器人完成了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)匯總，并在獲取實時指令后回傳高清視頻圖像，為運維水平的全面提升奠定基礎。

2.2.3 配電網(wǎng)調控保護

為了保護配電網(wǎng)調控，需要進行兩方面準備。一方面，結合5G通信技術建立配網(wǎng)海量運行信息的實時采集和傳輸管理體系，保證運行分析數(shù)據(jù)能有效體現(xiàn)相關設備的運行情況，并建立配網(wǎng)廣域量測和配網(wǎng)態(tài)勢感知等工作模式，確保智能調控工作順利展開。另一方面，應用5G通信技術不僅能實時采集并分析配網(wǎng)終端狀態(tài)量，實現(xiàn)全方位多角度感知管理，保證實時控制效果的最優(yōu)化，支持非故障區(qū)域的隔離處理，維持業(yè)務的正常運行，減少停電造成的經(jīng)濟損失[8]。

2.2.4 用戶負荷感知和調控

第一，智能電表利用本地通信能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時匯總管理，且應用5G通信技術實現(xiàn)電力末端用戶側的全面覆蓋，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嵭?，支撐海量電網(wǎng)用戶運行信息的實時管理。此外，應用該技術能建立實時感知控制體系，在匯總用戶運行狀態(tài)信息和電網(wǎng)運行工況信息的同時，實現(xiàn)用戶負荷的多元感知。

第二，在用戶緊急控制工作中應用5G通信技術，能實現(xiàn)用戶負荷側信息匯總。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，可以借助全方位調控處理，結合穩(wěn)控技術，實現(xiàn)負荷控制體系的精準管理，保證海量電力用戶精準管理工作順利展開。一般而言，精準負荷控制系統(tǒng)中，裝置的響應時間在10 ms以上，但應用5G通信技術低時延的優(yōu)勢能大大縮短響應時間，更好地支撐用戶緊急控制業(yè)務運行[9]。

第三，在智能終端應用5G通信技術過程中，結合5G通信技術低時延特性，基于挖掘用戶柔性可斷負荷參與調峰能力，維持電網(wǎng)調度的協(xié)調性，減少尖峰負荷等問題對電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的影響，保證尖峰負荷時期電網(wǎng)應用控制的可靠性。

2.2.5 協(xié)同調度

隨著分布式新能源和電動汽車充電樁等項目不斷發(fā)展，人們對電網(wǎng)應用控制模式的要求越來越高。為全面提高電網(wǎng)協(xié)調調度水平和控制穩(wěn)定性，要提供更加精準的實時海量數(shù)據(jù)分析處理手段。應用5G通信技術能實時采集并傳輸海量分布式電源數(shù)據(jù)，保證電網(wǎng)調控、運行分析平臺等工作順利展開，維持海量分布式電源實時調度工作的平衡性。

2.2.6 規(guī)劃投資

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，國網(wǎng)公司資產(chǎn)類型逐漸增多，但傳統(tǒng)技術體系無法支持所有設備在線接入，導致無法實時分析部分設備產(chǎn)出數(shù)據(jù)。5G通信技術大帶寬、高速率等特性，能實現(xiàn)源設備、網(wǎng)設備、負荷設備以及儲能設備的統(tǒng)一接入，實時上傳管理物資信息，可以全面提高電網(wǎng)規(guī)劃效果和綜合治理水平[10]。

3 結 論

在電力物聯(lián)網(wǎng)中應用5G通信技術，不僅能提升實際應用效能，還能建立更加科學規(guī)范的電力數(shù)據(jù)匯總和傳輸平臺，利用深度覆蓋技術和輸電線路智能監(jiān)測技術完成分布式能源和儲能并網(wǎng)、配電網(wǎng)調控保護、規(guī)劃投資、協(xié)同調度、用戶負荷感知和調控等工作，促進電力系統(tǒng)可持續(xù)健康發(fā)展。