5G 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用分析

鞏慶超，于 濤，張 強

（國網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000）

0 引 言

隨著科技的飛速進(jìn)步，智能電網(wǎng)成為國家能源戰(zhàn)略的重要一環(huán)，預(yù)示著未來電力行業(yè)的發(fā)展方向。該進(jìn)程中，無線通信技術(shù)發(fā)揮著不可或缺的作用，尤其在提高電力設(shè)備智能化水平方面具有直接影響。5G 通信技術(shù)作為新一代的無線通信技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的通信方式，具有顯著的優(yōu)勢。它不僅極大地提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛶?，降低延遲，還為大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。這些特性使得5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，為充分發(fā)揮5G 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的潛力，需要進(jìn)一步加強技術(shù)創(chuàng)新和研究，不斷探索和實踐，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)的全面升級。

1 智能電網(wǎng)的特點

隨著新時代的電力發(fā)展步伐不斷加快，智能電網(wǎng)成為推動電力行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵因素。智能電網(wǎng)以其獨特的優(yōu)勢和特點，逐漸成為保障電力供應(yīng)穩(wěn)定、安全和高效的核心力量。智能電網(wǎng)具體優(yōu)勢和特點內(nèi)容如下。

第一，智能電網(wǎng)具有較高的可靠性。借助先進(jìn)的高級通信技術(shù)，智能電網(wǎng)能夠在各種復(fù)雜情況下快速、準(zhǔn)確地做出判斷。智能電網(wǎng)不僅在面臨突發(fā)狀況時具備自我修復(fù)能力，可以降低故障導(dǎo)致的電力中斷概率，而且能預(yù)警潛在問題，提前采取措施，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

第二，智能電網(wǎng)具有開放兼容的特性。智能電網(wǎng)能夠兼容各類電源，使得風(fēng)能、太陽能等可再生能源能夠更好地融入電力系統(tǒng)，提高能源利用效率[1]。這種開放兼容性不僅促進(jìn)電力行業(yè)的多元化發(fā)展，而且為用戶提供更加多樣化的電力選擇。

第三，智能電網(wǎng)具備互動性特點。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)部門與電力用戶之間的實時互動。用戶可以根據(jù)自己的需求向電網(wǎng)部門反饋，電網(wǎng)部門可以及時獲取用戶的反饋，從而不斷優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。這種互動性不僅有助于改善用戶滿意度，還能促進(jìn)電力行業(yè)的持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新。

第四，智能電網(wǎng)還具有高效性優(yōu)勢。通過先進(jìn)的通信技術(shù)和智能化管理，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力的高效運行和信息的快速集結(jié)整理。這有助于優(yōu)化電力資源的配置，減少能源浪費，提高電力系統(tǒng)的運行效率。同時，智能電網(wǎng)可以降低運營成本，為電力企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 5G 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 D2D 技術(shù)的應(yīng)用

雖然基站是保障通信穩(wěn)定的關(guān)鍵，但是傳統(tǒng)無線通信技術(shù)的建設(shè)成本相對較高。另外，每個基站的信號覆蓋范圍有限，使得大規(guī)模應(yīng)用受限。隨著5G通信技術(shù)的不斷演進(jìn)，終端直通（Device-to-Device，D2D）網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)得到廣泛應(yīng)用[2]。這一技術(shù)的核心優(yōu)勢是無須基站，即可進(jìn)行電力通信傳輸，從而減少電力傳輸?shù)某杀?。每個節(jié)點可以獨立操作，自主發(fā)送和接收信號，實現(xiàn)信息的快速傳遞。D2D 技術(shù)示意如圖1 所示。在智能電網(wǎng)中，D2D 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量和傳輸速度，通過直接連接通信終端與網(wǎng)絡(luò)，降低運營過程中對基站的依賴程度，從而降低整體運營成本。這一技術(shù)的應(yīng)用有助于實現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的電力傳輸與分配。

圖1 D2D 技術(shù)示意

2.2 C-RAN 接入網(wǎng)架構(gòu)的應(yīng)用

集中式無線接入網(wǎng)（Centralized-Radio Access Network，C-RAN）是一種5G 通信技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它采用2 層網(wǎng)絡(luò)云的結(jié)構(gòu)，主要由集中單元（Centralized Unit，CU）和分布單元（Distributed Unit，DU）組成。CU 負(fù)責(zé)控制和管理，DU 處理無線信號的傳輸和處理。智能電網(wǎng)通過C-RAN 架構(gòu)中的CU和DU，可以實時獲取電網(wǎng)各部分的數(shù)據(jù)，如電力負(fù)載、能源產(chǎn)量和能耗等信息，有助于更精確地監(jiān)控電網(wǎng)運行狀態(tài)和分析數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化能源管理。通過C-RAN架構(gòu)的集中管理和控制能力，智能電網(wǎng)的運維人員能夠更快速地發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行中的問題，并及時采取措施進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，增強電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性[3]。

2.3 5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用

5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)指將5G 網(wǎng)絡(luò)資源按照不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行邏輯上的分割，為各種不同的應(yīng)用場景提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這種切片方式可以將網(wǎng)絡(luò)資源，如帶寬、延遲、連接密度等按需分配給特定的應(yīng)用，以提供更靈活、高效和可靠的通信服務(wù)。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用示意見圖2。

圖2 5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以為智能電網(wǎng)提供高可靠性的通信服務(wù)。通過創(chuàng)建專用的切片，可以確保電網(wǎng)設(shè)備之間的實時通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，從而提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以為智能電網(wǎng)提供低延遲的通信能力，以滿足如故障檢測、緊急控制和預(yù)防性維護(hù)等實時性要求。5G 網(wǎng)絡(luò)切片可以創(chuàng)建虛擬專網(wǎng)連接，將智能電網(wǎng)的各個子系統(tǒng)、設(shè)備和應(yīng)用連接起來。這種連接可以提供安全、私密和高效的通信渠道，支持智能電網(wǎng)中的分布式控制和協(xié)同工作。

2.4 多天線傳輸技術(shù)的應(yīng)用

多天線傳輸技術(shù)主要是使用多個有源天線發(fā)射和接收信號。該技術(shù)不僅能擴大傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信號覆蓋范圍，還能增強信號的穩(wěn)定性。近年來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，天線陣列已從2D 模式演變?yōu)?D模式，進(jìn)一步提高信號傳輸?shù)木_度。在智能電網(wǎng)中，多天線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，尤其在地下配電房等終端場景中發(fā)揮重要作用。在地下環(huán)境下，傳統(tǒng)通信技術(shù)的信號穿透和傳輸距離上常受限，而多天線傳輸技術(shù)可以解決這一問題，通過優(yōu)化信號覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量，有力保障智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

2.5 支持用電負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)

需求側(cè)響應(yīng)指電力用戶根據(jù)市場價格的變動主動調(diào)整用電負(fù)荷。這意味著用戶可以根據(jù)電力市場的供需情況，選擇在價格較低的時段使用更多電力，而在價格較高的時段減少用電量。需求側(cè)響應(yīng)能夠幫助電網(wǎng)維持平衡，減少峰值負(fù)荷，并降低能源消耗。傳統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)的局限性在于用戶的響應(yīng)能力有限，用戶只能根據(jù)自身的日常生活需求來調(diào)整用電，而無法根據(jù)市場供需情況進(jìn)行靈活調(diào)整。隨著5G 通信技術(shù)的引入，多方參與需求側(cè)響應(yīng)成為可能[4]。5G 通信技術(shù)的高速率和低延遲使得電力系統(tǒng)和用戶之間能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)交互和及時決策。具體來說，5G 通信技術(shù)能夠提供高速率、低延遲的通信連接，使得電力系統(tǒng)可以與用戶的智能電網(wǎng)終端或智能家居設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交互。這意味著電力系統(tǒng)可以獲得用戶的用電信息和需求，并為用戶提供及時的電力市場價格和供需情況。這種情況下，用戶可以根據(jù)實時的市場價格和供需情況，靈活地調(diào)整自己的用電行為。

3 5G 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展方向

3.1 智能自動化配電

隨著5G 通信技術(shù)的快速發(fā)展，其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用前景十分廣闊。借助5G 的高速度、大容量和低延遲特性，配電系統(tǒng)將實現(xiàn)更高程度的自動化和智能化，為電力行業(yè)帶來革命性的變革。5G 通信技術(shù)為智能自動化配電提供強大的支持，通過高效數(shù)據(jù)傳輸和實時通信能力實時監(jiān)控配電網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，不僅可以提升供電的可靠性和持續(xù)性，而且可以降低運維成本，縮短故障處理時間。同時，5G 通信技術(shù)能夠支持遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備，使得配電系統(tǒng)更加靈活和智能化。在智能自動化配電中，5G通信技術(shù)可以實現(xiàn)毫秒級的故障處理時間，滿足市場對電力可靠性的高要求。通過準(zhǔn)確分析和定位故障，5G 通信技術(shù)能夠迅速進(jìn)行隔離和恢復(fù)供電，有效縮小停電范圍，縮短故障影響時間，不僅可以增強電力供應(yīng)的可靠性，而且可以提高電力企業(yè)的服務(wù)水平和競爭力。

3.2 低壓用電信息采集

低壓用電信息采集旨在收集與處理用戶的用電信息，通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析調(diào)整電力供需。然而，隨著用電需求的不斷增長和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)的信息采集方式已難以滿足實時性和通信規(guī)模的要求。在這樣的背景下，5G 通信技術(shù)的引入為低壓用電信息采集帶來新的發(fā)展機遇。5G 通信技術(shù)具有高速率、大容量和低延遲的特性，能夠滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和實時通信的需求，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更為精準(zhǔn)的用電信息采集，實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題。這不僅可以提升供電的可靠性和穩(wěn)定性，也可以降低運維成本，縮短故障處理時間[5]。此外，5G 通信技術(shù)可以進(jìn)一步細(xì)化用戶信息采集工作，獲取全面的用戶終端信息，從而更加精準(zhǔn)地分析用電需求和優(yōu)化電力供應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，可以制定更為科學(xué)合理的電價階梯報價等管理制度，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。

3.3 分布式電源

太陽能、風(fēng)能發(fā)電以及電動汽車充換電站等分布式電源逐漸成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。這些分布式電源具有顯著的優(yōu)勢，如降低投資成本、提高電力系統(tǒng)的運行效率等，對智能電網(wǎng)的發(fā)展起到積極的推動作用。然而，分布式電源并網(wǎng)也帶來一些挑戰(zhàn)，如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、電力質(zhì)量的保障等。5G 通信技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的契機。5G通信技術(shù)具有高速、大容量和低延遲的特性，能夠滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和實時通信的需求。利用5G 通信技術(shù)可以實現(xiàn)對分布式電源的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集處理，自動進(jìn)行有功功率與無功功率的調(diào)控等功能。這不僅有助于提高分布式電源的運行效率，還可以減少能源浪費，對實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。此外，5G 通信技術(shù)可以促進(jìn)分布式電源與其他能源系統(tǒng)的集成和協(xié)同工作，從而實現(xiàn)能源系統(tǒng)的互聯(lián)互通，優(yōu)化能源資源的配置和利用。這不僅可以提高能源的利用效率，還可以降低能源成本，為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供強有力的支持。

3.4 精準(zhǔn)負(fù)荷控制

傳統(tǒng)的負(fù)荷控制方法無法精確地調(diào)整每一個用電單位的負(fù)荷。通過5G 通信技術(shù)的低時延和高可靠性，可以實時監(jiān)測和調(diào)控電負(fù)荷。具體來說，5G 通信技術(shù)提供實時通信的能力，使得智能電網(wǎng)能夠收集和分析各個用電單位的負(fù)荷數(shù)據(jù)。通過傳感器和智能計量裝置等設(shè)備的連接，5G 通信技術(shù)可以實時監(jiān)測并傳輸負(fù)荷信息，幫助智能電網(wǎng)系統(tǒng)準(zhǔn)確了解每個用電單位的負(fù)荷情況。基于這些實時數(shù)據(jù)，智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以利用5G 通信技術(shù)實現(xiàn)實時負(fù)荷管理和調(diào)控。通過與各類負(fù)荷設(shè)備的通信，系統(tǒng)可以根據(jù)實時需求和優(yōu)先級，精確控制負(fù)荷的開關(guān)狀態(tài)和電力消耗。這種精準(zhǔn)負(fù)荷控制既可以用于整體負(fù)荷管理，又可以針對具體負(fù)荷單元進(jìn)行個別控制。此外，5G 通信技術(shù)具有高可靠性和穩(wěn)定性的特點，可以確保負(fù)荷控制命令的準(zhǔn)確傳輸和執(zhí)行，提高負(fù)荷控制的效率和精度。

4 結(jié) 論

隨著新時代的電力發(fā)展步伐不斷加快，智能電網(wǎng)已成為推動電力行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵因素。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，5G 通信技術(shù)將繼續(xù)推動電力行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級。然而，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展和最大化社會效益，還需要各方共同努力和合作，共同推動5G 通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。