5G技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用探討

國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司淮北供電公司 王迎生

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展電網(wǎng)的規(guī)模顯著擴(kuò)大，同時(shí)隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，配電自動(dòng)化、用電信息采集、分布式能源接入等各項(xiàng)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)設(shè)備的類型愈加豐富，電力終端、用戶的通信需求與日俱增，因此需采用高效、穩(wěn)定、先進(jìn)的通信技術(shù)及系統(tǒng)作為保障，推動(dòng)電力行業(yè)的智能化、信息化發(fā)展水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展提供保障。

1 5G 技術(shù)概述

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G 通信系統(tǒng)的主要組成部分包括宏基站、微基站核心網(wǎng)。其中核心網(wǎng)的功能在于控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)信息的有效傳輸，也是5G 通信系統(tǒng)的核心；宏基站的作用為通過(guò)光纖或微波與核心網(wǎng)連接，不同區(qū)域范圍內(nèi)的基站與用戶信息需在無(wú)線通信的作用下進(jìn)行傳輸，宏基站在5G 通信系統(tǒng)中具有重要的作用。同4G 通信技術(shù)相比5G 技術(shù)的性能明顯更優(yōu)，主要體現(xiàn)在移動(dòng)速率、時(shí)延、可靠性、連接密度、帶寬及用戶體驗(yàn)速率等多個(gè)方面。

1.2 通信特點(diǎn)

5G 主要指第5代移動(dòng)通信技術(shù)，其作用在于強(qiáng)化通信質(zhì)量，滿足用戶的多樣化需求，具有成本低、可操作性強(qiáng)、時(shí)延低等特點(diǎn)，同時(shí)其技術(shù)架構(gòu)具有開(kāi)放性的特征。5G 技術(shù)在電力行業(yè)中具有十分廣闊的發(fā)展前景，主要包括：較小的連接技術(shù)、可靠技術(shù)的時(shí)延較高、覆蓋的整體技術(shù)及容量較大的技術(shù)。5G 技術(shù)特點(diǎn)（高速率、大容量、高可靠性、低時(shí)延、低能耗）與電力系統(tǒng)的需求（海量數(shù)據(jù)傳輸、萬(wàn)物信息的有效互聯(lián)、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活響應(yīng)協(xié)同控制、保障電池壽命）具有一致性，5G 技術(shù)的特點(diǎn)與電力系統(tǒng)的需求具有互補(bǔ)性，因此對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用5G 技術(shù)對(duì)于海量數(shù)據(jù)傳輸、精準(zhǔn)控制、寬帶通信等業(yè)務(wù)具有重要的意義。

1.3 優(yōu)勢(shì)

5G 移動(dòng)通信技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)最先進(jìn)的移動(dòng)技術(shù)，比4G 通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)方面的速度更快，且這種速度是成倍增長(zhǎng)的，目前其傳輸速度可高達(dá)每秒10G。同時(shí)也縮短了網(wǎng)絡(luò)延遲速度，這都是5G 移動(dòng)通信技術(shù)所展現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)。5G 移動(dòng)通信技術(shù)背景下智能終端的建設(shè)層次也在不斷提高。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備范圍也在逐步擴(kuò)大，MIMO 作為其中的核心技術(shù)[1]，可利用多個(gè)天線發(fā)射及接收電波，并通過(guò)高頻電波技術(shù)的運(yùn)用將信號(hào)強(qiáng)大的電波傳送到電腦終端，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。另外，多載波技術(shù)應(yīng)用于5G 移動(dòng)通信也能很好擺脫傳輸速率受限，此項(xiàng)技術(shù)中可采用多個(gè)載波信號(hào)，將所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成低速并行的子數(shù)據(jù)流，然后在通信道上進(jìn)行傳輸，在此過(guò)程具有頻譜利用率高、抗多徑反射干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其傳輸速度自然就得到了提高。

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是依附于人工來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)整體部署與運(yùn)行維護(hù)，在一定程度上大大增加了人力物力財(cái)力消耗，而這時(shí)可采用自由網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在部署階段進(jìn)行自由的規(guī)劃與配置，使維護(hù)階段也能自行優(yōu)化完成，這種技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用相比操作簡(jiǎn)單且安全性高，有效避免了成本方面的大量開(kāi)銷，同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中也同樣起到了不容小覷的作用，目前也是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)想要進(jìn)一步發(fā)展中不可或缺的重要部分，對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)提升性能方面提供了一定的保障。在電力通信系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展中，將5G 移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，不僅可提高通信系統(tǒng)通信速度，還可提高通信系統(tǒng)的特性質(zhì)量，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展起著促進(jìn)性的作用。

2 5G 移動(dòng)通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)要素

2.1 云技術(shù)

高效性是目前信息化時(shí)代、智能化時(shí)代中傳輸信息數(shù)據(jù)最為顯著的特點(diǎn)，并對(duì)通信行業(yè)和人們的生活有著很大的影響。在如今信息數(shù)據(jù)數(shù)量爆發(fā)的時(shí)代，云端技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息數(shù)據(jù)的有效儲(chǔ)存，還保證了數(shù)據(jù)的整體安全性，避免數(shù)據(jù)丟失的同時(shí)也確保了信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。5G 移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)為云技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，賦予了云技術(shù)個(gè)性化的特征，而隨著5G 移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用的不斷普及，電力通信系統(tǒng)的內(nèi)容也逐漸朝向多元化方向發(fā)展，滿足了對(duì)電力通信多元化的需求，給予用戶個(gè)性化的使用體驗(yàn)。既然5G 移動(dòng)通信技術(shù)提高了云技術(shù)的應(yīng)用效率與質(zhì)量，那么5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)帶動(dòng)云技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在這個(gè)發(fā)展的過(guò)程中云技術(shù)就會(huì)在實(shí)踐中不斷總結(jié)弊端與經(jīng)驗(yàn)，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，從而推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 人工智能

人工智能目前應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，并逐漸被應(yīng)用于通信行業(yè)，在一定程度上推進(jìn)了通信行業(yè)的革新步伐。相比以往通信技術(shù)而言，5G 移動(dòng)通信技術(shù)除傳播速度快和網(wǎng)絡(luò)延遲率低之外，還可同時(shí)傳輸數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，這符合人工智能技術(shù)的應(yīng)用要求，且二者技術(shù)融合目前已存在成功案例，如智慧型城市。隨著5G 移動(dòng)通信技術(shù)的普及度越來(lái)越高，電力通信系統(tǒng)可借助5G 移動(dòng)通信技術(shù)創(chuàng)建人工智能系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)先行軟硬件以及平臺(tái)的革新。在這個(gè)期間，5G 移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)發(fā)揮出自身最大的優(yōu)勢(shì)及作用，那么這時(shí)電力通信就可根據(jù)自身情況適當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式，以確保電力通信系統(tǒng)長(zhǎng)期持續(xù)性的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.3 物聯(lián)技術(shù)

在移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用下可為設(shè)備連接提供有效的支持，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，為生產(chǎn)生活提供了諸多的便利，而目前將5G 移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于其中，不僅可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)設(shè)備的有效連接、還可實(shí)現(xiàn)多樣化智能設(shè)備間的有效連接，最終實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的遠(yuǎn)程控制，如小米智能設(shè)備可通過(guò)與手機(jī)設(shè)備的有效連接，在有移動(dòng)通信技術(shù)覆蓋的區(qū)域就可遠(yuǎn)程控制家中智能設(shè)備完成制定的任務(wù)。

其實(shí)在5G 移動(dòng)通信技術(shù)顯現(xiàn)前，4G 通信技術(shù)便可達(dá)到這樣的目的，但這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)還處于發(fā)展的初期階段，再加之對(duì)網(wǎng)速和設(shè)備類型方面的要求都很高，因此遠(yuǎn)程操控并沒(méi)有取得良好的效果，難以將物聯(lián)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)很好的展現(xiàn)出來(lái)。而5G 移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)卻打破了這樣的局面，不僅可有效解決4G 通信技術(shù)上的不足之處，其龐大的數(shù)據(jù)流量擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，可高效并順暢的完成物聯(lián)過(guò)程，使物聯(lián)技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)。在5G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用下，物聯(lián)技術(shù)可在原有的基礎(chǔ)上擴(kuò)大物聯(lián)規(guī)模，同時(shí)還可有效降低物聯(lián)技術(shù)的建設(shè)成本，極大的提高了通信技術(shù)水平。

2.4 MIMO 技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是指在不增加寬帶的情況下，成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線技術(shù)的高頻傳輸可用在這個(gè)頻率的寬帶傳輸，頻率越高其傳范圍越廣。但如在頻率上沒(méi)有足夠的無(wú)線電波，就會(huì)缺乏足夠的無(wú)線寬帶支持，而在5G 移動(dòng)通信技術(shù)中高頻電波是存在的，但這種高頻電波也存在著一定的弊端，一方面是無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸，另一方面是線性型高頻電波易被其他障礙物阻擋，使電波發(fā)送和接收受阻。

MIMO 技術(shù)則可使用數(shù)個(gè)天線同時(shí)對(duì)電波進(jìn)行接收與發(fā)射，這使得傳輸與接收效率在原有基礎(chǔ)上提升了一大截，這也使得此項(xiàng)技術(shù)成為5G 移動(dòng)通信技術(shù)中最重要的部分。按常理推算，MIMO 技術(shù)擁有的規(guī)模越大，其可使用的高頻無(wú)線電波就會(huì)越多，但高頻電波中存在的弊端卻沒(méi)有辦法在短時(shí)間內(nèi)被解決，為得到有效的解決就需建立更多的基站、以量取勝，最終保證5G 移動(dòng)通信技術(shù)傳輸速度的快速性和平穩(wěn)性。

2.5 超密集組網(wǎng)技術(shù)

超密集組網(wǎng)是通過(guò)更密集化的部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，獲得更高的頻率復(fù)用效率，提高熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)容量的百倍升級(jí)[2]。而由于基站數(shù)量和密度的增加，鄰近干擾源也逐漸增多，信道切換次數(shù)頻繁，使之信號(hào)接受展現(xiàn)不出良好的效果，最終使得用戶體驗(yàn)下降。而5G 移動(dòng)通信技術(shù)建立起的超密集組網(wǎng)可將多個(gè)基站干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為切實(shí)可用的有用信號(hào)，有效的避免了信號(hào)干擾因子，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)虛擬化，使用戶體驗(yàn)得到了良好的保障，同時(shí)也使信號(hào)質(zhì)量得到了保障。

3 5G 移動(dòng)通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

隨著5G 移動(dòng)通信技術(shù)的不斷推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)以及多種網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)也隨之得到了大幅度地飛躍與發(fā)展，同時(shí)，通過(guò)5G 通信技術(shù)的運(yùn)用可大大提升數(shù)據(jù)交換以及傳播的速度，有效保證了信息交互的即時(shí)性。在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)當(dāng)中，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電過(guò)程雖然有著綠色環(huán)保的特性，但往往具備著一定的電力資源嚴(yán)重浪費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)效益較低的問(wèn)題。為有效解決這一弊端，將5G 移動(dòng)通信技術(shù)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而有效借助傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)該地區(qū)內(nèi)風(fēng)力變化情況以及天氣變化情況進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，并通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析的結(jié)果對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)加以控制，在原有的基礎(chǔ)上不斷提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)降低成本、節(jié)約能耗的目的。

3.2 在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

5G 移動(dòng)通信技術(shù)與變電環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在有效借助5G 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[3]，在變電站系統(tǒng)內(nèi)部安裝相應(yīng)的傳感器，進(jìn)而有效對(duì)變電站系統(tǒng)的電壓及電流信息加以分析，同時(shí)推動(dòng)數(shù)據(jù)分析的效率以及智能化水平的提升，最大限度地降低人工成本的支出。推動(dòng)5G 移動(dòng)通訊技術(shù)與電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確?？稍诘谝粫r(shí)間發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行過(guò)程中存在的安全問(wèn)題，并對(duì)相關(guān)工作人員發(fā)出系統(tǒng)提示，使得變電站故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響可降到最低，大大提升變電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

3.3 輸電線路巡檢

傳統(tǒng)的電線路巡檢往往會(huì)采用人工的方式來(lái)進(jìn)行，而人工的巡檢方式會(huì)受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境和位置的影響，如一些以徒步無(wú)法到達(dá)的區(qū)域就需借助一些設(shè)備和儀器來(lái)完成巡檢工作、如望遠(yuǎn)鏡等，而這些設(shè)備的利用也會(huì)一定程度上提高線路巡檢工作的不確定性，導(dǎo)致該工作受到影響。另外一種較為常見(jiàn)的輸電線路巡檢方法是無(wú)人機(jī)航拍，但這種巡檢方式本身有一定的延遲，即使工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)了故障問(wèn)題也無(wú)法對(duì)其進(jìn)行及時(shí)處理。所以可利用5G 技術(shù)來(lái)輔助巡檢工作，利用監(jiān)控拍攝技術(shù)對(duì)輸電線所在位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)得到的圖像實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播到室內(nèi)，讓工作人員能夠以較快的速度發(fā)現(xiàn)輸電線路中存在的問(wèn)題情況，并針對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)核查。

3.4 在電力系統(tǒng)用電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，很多時(shí)候電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備都會(huì)通過(guò)與移動(dòng)通信技術(shù)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程操控的目的，而5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展給相關(guān)操作帶來(lái)了更廣闊的的發(fā)展空間。電力設(shè)備與5G 移動(dòng)通信技術(shù)的結(jié)合可有效擴(kuò)大覆蓋面積與數(shù)據(jù)流量，幫助電力通信系統(tǒng)更好地與物聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)而針對(duì)各個(gè)移動(dòng)終端的損耗做出管理，有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的流量損耗，實(shí)現(xiàn)降低成本支出的目的。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為例，將5G 通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的用電功率，并對(duì)電力輸送的狀態(tài)展開(kāi)有效地管理與調(diào)節(jié)，在優(yōu)化電力資源配置的基礎(chǔ)上最大限度地避免電力損耗過(guò)多問(wèn)題的發(fā)生。另外，5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與電力通信系統(tǒng)的融合也是提高電力系統(tǒng)通信水平與整體運(yùn)行質(zhì)量的有效途徑，如在電量以及費(fèi)用的計(jì)算過(guò)程中，借助通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、并完善相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與抄送。不僅如此，用戶通過(guò)自助繳費(fèi)可有效在降低電力系統(tǒng)工作人員工作壓力的基礎(chǔ)上，避免由人工抄表導(dǎo)致的誤差，不斷滿足電力行業(yè)在現(xiàn)代化社會(huì)環(huán)境中的智能化發(fā)展需求。

4 結(jié)語(yǔ)

5G 移動(dòng)通信技術(shù)作為我國(guó)科技發(fā)展的重要成果，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。相較于以往的通信技術(shù)，5G 移動(dòng)通信技術(shù)具備了高效性、先進(jìn)性的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與電力行業(yè)的有機(jī)結(jié)合顯著提升電力通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)了我國(guó)電力行業(yè)整體發(fā)展水平與經(jīng)濟(jì)效益的提升。