“5G+MEC”技術在電力行業(yè)中的應用

摘要：隨著5G技術的飛速發(fā)展，其高速率、低延遲、大連接等優(yōu)勢為電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能升級提供了新的機遇。然而，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面臨著數(shù)據(jù)傳輸速度慢、網(wǎng)絡延遲高、安全性差等問題，亟需新的技術方案。而多接入邊緣計算技術將計算和存儲任務下沉到網(wǎng)絡邊緣，提升了數(shù)據(jù)處理效率和安全性。5G與MEC技術結(jié)合，為電力行業(yè)智能發(fā)展帶來了新的可能。因此，本文首先概述了5G和MEC技術的原理和特點，分析了二者結(jié)合的優(yōu)勢，探討了“5G+MEC”技術在智能電網(wǎng)管理、配電自動化、電力設備維護和電力數(shù)據(jù)安全等場景中的應用價值和效果。最后，通過案例分析，展示了“5G+MEC”技術在電力行業(yè)中的應用效果，并展望了未來的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：5G；MEC；電力行業(yè)

一、引言

（一）5G技術原理與特點

5G技術基于OFDM和多址接入技術，融合可變長子載波、多天線MIMO和波束賦形等技術，構建了大帶寬、低時延、高可靠的網(wǎng)絡。5G技術包含eMBB、uRLLC和mMTC三大應用場景，滿足高速互聯(lián)網(wǎng)接入、低時延關鍵任務通信和物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模連接的需求。5G網(wǎng)絡提供超過100 Mbit/s的體驗速率，局部熱點區(qū)域能夠達數(shù)十吉比特每秒，支持高質(zhì)量視頻流和虛擬現(xiàn)實等應用?？湛跁r延低至1毫秒，適用于自動駕駛和遠程醫(yī)療等即時響應場景。5G網(wǎng)絡的可靠性高達99.999%，支持低功耗、大連接、低成本的海量終端接入，適用于智能城市和智能家居。網(wǎng)絡切片技術將網(wǎng)絡虛擬化為多個端到端、具有不同特性的邏輯子網(wǎng)，滿足不同行業(yè)和應用場景的差異化需求，使網(wǎng)絡更加靈活高效 [1]。

（二）MEC技術原理與特點

多接入邊緣計算技術（MEC）通過在無線接入側(cè)部署通用服務器，將計算和數(shù)據(jù)緩存任務下沉至用戶側(cè)邊緣節(jié)點，縮短了業(yè)務響應時延，滿足5G網(wǎng)絡對時延、帶寬和能力開放的需求。MEC技術的核心優(yōu)勢在于計算卸載功能，通過將用戶終端的計算任務轉(zhuǎn)移至MEC服務器處理，可以顯著減少終端設備的計算負擔，同時提高響應速度，這一特性對于需要增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實等高計算能力和低時延的應用尤為重要。緩存技術是MEC的另一個關鍵特點，MEC服務器可以將熱點圖片、視頻等熱點數(shù)據(jù)存儲在本地，從而能夠直接與請求方建立連接并提供信息，不僅減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延，也降低了對核心網(wǎng)絡的依賴，提升了用戶的使用體驗。例如，觀看熱門視頻時，用戶可以享受更快的加載速度和更流暢的播放體驗[2]。分流技術也是MEC的重要特點之一，它減少了時延，增強了用戶體驗。

（三）5G與MEC的結(jié)合優(yōu)勢

5G與MEC技術的結(jié)合為電力行業(yè)帶來了顯著優(yōu)勢。5G的超大規(guī)模連接和超低時延特性，滿足了電力行業(yè)對數(shù)據(jù)采集、移動接入和自動控制的需求，為智能電網(wǎng)的高效運行提供了穩(wěn)定可靠的連接。5G網(wǎng)絡切片與MEC的集成部署，通過創(chuàng)建多個虛擬網(wǎng)絡并根據(jù)業(yè)務需求進行優(yōu)化，提升了智能電網(wǎng)的安全性和可靠性，增強了差異化服務的保障能力。MEC的部署則將計算和存儲任務下沉至邊緣節(jié)點，減少了核心網(wǎng)絡負擔，提高了業(yè)務處理效率。此外，“5G+MEC”技術還促進了電力行業(yè)的業(yè)務創(chuàng)新，引入配電自動化、智能機器人巡檢和電力AR/VR等新興業(yè)務，推動業(yè)務模式轉(zhuǎn)型升級。在成本控制方面，本地存儲和運算減少了數(shù)據(jù)傳輸需求，節(jié)省了傳輸資源和帶寬使用成本。同時，數(shù)據(jù)本地處理和存儲降低了數(shù)據(jù)泄露風險，為電力系統(tǒng)提供了更高階的安全保障[3]。

二、“5G+MEC”技術在電力行業(yè)的應用場景

（一）智能電網(wǎng)管理

在電力行業(yè)中，5G與MEC技術地結(jié)合在多個應用場景中展現(xiàn)其強大的潛力和效果。特別是在智能電網(wǎng)管理方面，“5G+MEC”技術通過多種創(chuàng)新應用極大地提升了電網(wǎng)的智能化水平和管理效率。

首先，智慧工地是“5G+MEC”技術在電力行業(yè)的典型應用。在變電站建設過程中，利用5G安全帽、5G塔機安全監(jiān)控、5G手機巡檢，以及“BIM+VR”技術，可以實現(xiàn)對工地的實時監(jiān)控、安全管理和進度控制。5G安全帽配備了高清攝像頭和傳感器，能夠?qū)崟r傳輸工地的現(xiàn)場視頻和環(huán)境數(shù)據(jù)，確保工人的安全。5G塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測塔機的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。而通過5G手機巡檢，管理人員可以隨時隨地檢查現(xiàn)場，提升了工作效率?！癇IM+VR”技術的結(jié)合，使施工人員可以通過虛擬現(xiàn)實技術完成模擬操作和培訓，提高施工的準確性和效率。

其次，5G鷹眼系統(tǒng)是另一項重要應用，它集成了多目標跟蹤和視頻算法程序，能夠?qū)崿F(xiàn)對可視區(qū)域內(nèi)目標的實時跟蹤和報警。該系統(tǒng)能夠滿足變電站、高壓輸電線路等重要設施的高等級安保需求。通過高清攝像頭和AI算法，5G鷹眼系統(tǒng)可以實時識別和跟蹤可疑人員和物體，并在異常情況發(fā)生時及時報警，能夠提升了電網(wǎng)設施的安全保障能力[4]。

最后，“5G+AR”遠程輔助檢修平臺也是“5G+MEC”技術在智能電網(wǎng)管理中的一項創(chuàng)新應用。通過搭建AR遠程輔助維護平臺，現(xiàn)場人員可以利用AR設備與后臺專家“面對面”溝通，實現(xiàn)遠程技術支持和故障診斷。這種方式不僅提高了現(xiàn)場檢修的效率和準確性，還可以實施專業(yè)培訓和指導業(yè)務生產(chǎn)。

（二）配電自動化

配電自動化是5G與MEC技術在電力行業(yè)中的又一應用領域。該場景中，5G技術的高穩(wěn)定性、高可靠性和大帶寬特性為配電系統(tǒng)提供了強有力的支持，使配電狀態(tài)的感知和線路保護得以實現(xiàn)，從而提升了整個電網(wǎng)的安全性、可靠性和靈活性。

在配電狀態(tài)感知方面，5G技術展現(xiàn)出其強大的優(yōu)勢。通過利用5G網(wǎng)絡的高帶寬和高可靠性，將采集到的高精度錄波波形和海量實時電氣量數(shù)據(jù)實時上傳至配電自動化主站。這一過程不僅保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時性，還提高了數(shù)據(jù)的精度和完整性。實時上傳的高精度數(shù)據(jù)可以為配電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理提供準確的信息支持，確保電網(wǎng)業(yè)務的安全性和可靠性。例如，在配電系統(tǒng)中，實時監(jiān)測各個節(jié)點的電壓、電流等關鍵參數(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理異常情況，避免故障的發(fā)生。

開關站線路縱差保護也是5G技術在配電自動化中的關鍵應用。5G的超低時延和超高安全性使其能夠承載線路縱差保護信號的傳輸，這種保護方式需要在極短的時間內(nèi)傳遞和處理保護信號，以確保線路故障能夠被迅速檢測和隔離，從而保護電網(wǎng)的安全運行。5G技術的應用使線路縱差保護的信號傳輸時延得以滿足，顯著提升了線路保護的響應速度和準確性。例如，在電網(wǎng)運行中，當某條線路發(fā)生故障時，保護裝置可以在毫秒級別時間內(nèi)通過5G網(wǎng)絡傳輸故障信號，迅速采取保護措施，防止故障擴大，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

（三）電力設備維護

在電力設備維護方面，5G與MEC技術的結(jié)合展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。通過智能巡檢機器人和無人機巡檢系統(tǒng)，電力設備維護的效率和準確性得到了提升，同時也增強了電網(wǎng)運行的可靠性和安全性。

首先，5G智能電站巡檢機器人利用5G通信技術，可以實時回傳高清的巡檢畫面、環(huán)境信息和設備數(shù)據(jù)。通過將這些數(shù)據(jù)傳輸至MEC平臺，系統(tǒng)能夠自動完成人工智能分析，判斷巡檢區(qū)域內(nèi)的環(huán)境和設備是否存在異常。這種實時數(shù)據(jù)傳輸和分析能力，使巡檢機器人能夠及時發(fā)現(xiàn)和報告潛在的問題，避免設備故障和事故的發(fā)生。例如，當巡檢機器人檢測設備溫度異?；蛴挟愇锴秩霑r，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報，并將相關信息傳送至維護人員，確保問題能夠得到迅速處理。此外，巡檢機器人還具備遠程控制和調(diào)度功能，維護人員可以通過5G網(wǎng)絡對機器人完成遠程操作，靈活調(diào)整巡檢路線和任務，提高巡檢的覆蓋范圍和效率。

其次，無人機巡檢是5G技術在電力設備維護中的另一應用。通過利用5G網(wǎng)絡，無人機可以實現(xiàn)變電站及線路的實時巡檢，提升了故障發(fā)現(xiàn)后的處理效率。無人機配備了高清攝像頭和各種傳感器，能夠在巡檢過程中實時傳輸影像和數(shù)據(jù)至地面控制中心，MEC平臺可以基于人工智能圖像識別技術，對巡檢影像進行自動分析，快速識別設備的異常狀況。例如，當無人機巡檢至高壓線路時，系統(tǒng)可以實時檢測線路上的破損、老化和其他潛在隱患，并生成巡檢報告供維護人員參考。相比傳統(tǒng)的人工巡檢方式，無人機巡檢具有速度快、覆蓋面廣、準確性高等優(yōu)點，能夠顯著提高電力設備的巡檢效率和故障處理速度。

（四）電力數(shù)據(jù)安全

在電力數(shù)據(jù)安全方面，5G與MEC技術的結(jié)合提供了多層次的保護措施，顯著提升了電力企業(yè)的數(shù)據(jù)安全性。通過數(shù)據(jù)不出站點、本地卸載和安全隔離等方式，“5G+MEC”技術為電力行業(yè)打造了強大的數(shù)據(jù)保護機制。

“5G+MEC”技術能夠?qū)⒑诵木W(wǎng)用戶面下沉至電力基礎設施，實現(xiàn)用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)不出站點。該技術措施確保電力企業(yè)的敏感數(shù)據(jù)在本地處理和存儲，避免了數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能遭受的風險和威脅。例如，在變電站中，生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)可以在本地處理，無需傳輸至遠程數(shù)據(jù)中心，降低了數(shù)據(jù)被截獲或篡改風險。

MEC技術的分流功能實現(xiàn)了數(shù)據(jù)本地卸載，保障了電力企業(yè)各項業(yè)務數(shù)據(jù)的私密性和安全性。通過將變電站生產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)在本地處理存儲，可以減少數(shù)據(jù)在傳輸過程中的暴露風險，提高了數(shù)據(jù)處理的效率和安全性。MEC平臺在邊緣節(jié)點上快速處理數(shù)據(jù)，并將結(jié)果反饋給本地系統(tǒng)，不僅提升了數(shù)據(jù)處理的速度，還增強了數(shù)據(jù)的安全保護。例如，變電站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以在本地MEC服務器上完成處理和分析，避免數(shù)據(jù)外流，確保數(shù)據(jù)的私密性和安全性[5]。

“5G+MEC”技術結(jié)合網(wǎng)絡切片技術，能夠構建基于業(yè)務粒度的電力虛擬專網(wǎng)，滿足電力企業(yè)對不同隔離要求和不同類型業(yè)務流的安全隔離需求。通過網(wǎng)絡切片技術，電力企業(yè)可以根據(jù)不同業(yè)務的安全需求，創(chuàng)建多個獨立的虛擬網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡可以具有不同的安全策略和訪問控制，這種方式提高了網(wǎng)絡的靈活性和安全性，確保不同業(yè)務之間的數(shù)據(jù)隔離和安全保護。例如，電力企業(yè)可以為生產(chǎn)控制系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)和客戶服務系統(tǒng)分別創(chuàng)建獨立的網(wǎng)絡切片，確保各系統(tǒng)之間的業(yè)務數(shù)據(jù)互不干擾，提升整體數(shù)據(jù)安全水平。

三、“5G+MEC”技術在電力行業(yè)的應用案例分析

在電力行業(yè)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸方式已經(jīng)無法滿足日益增長的智能需求。以國網(wǎng)某水口發(fā)電集團為例，該集團通過5G MEC（移動邊緣計算）技術的應用，成功實現(xiàn)了智慧通航管理。具體而言，在通航樞紐區(qū)域內(nèi)建設了5G MEC網(wǎng)絡，能夠?qū)崟r監(jiān)測船舶通航情況。便攜式5G布控球快速部署在視頻圖像采集點，通過無線接入方式，采集的高清視頻信號得以高效回傳。企業(yè)機房中的5G核心網(wǎng)設備則負責用戶認證控制和數(shù)據(jù)安全處理，此舉不僅大幅度提升了監(jiān)控效果，還保證了數(shù)據(jù)安全性。

在應用中，“5G +MEC”技術顯著改善了傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡下的視頻傳輸質(zhì)量和時延問題。邊緣計算平臺使視頻數(shù)據(jù)在本地進行處理和傳輸，避免了長距離傳輸帶來的延遲問題。5G網(wǎng)絡的高帶寬和低時延特性，使高清視頻可以實時回傳，調(diào)度人員能夠高效監(jiān)控和應對突發(fā)狀況。測試數(shù)據(jù)顯示，在電力5G網(wǎng)絡架構下，下行帶寬高達800MB至1GB，上行帶寬實現(xiàn)定制化，支持多路高清視頻傳輸。該案例展示了5G MEC在提升網(wǎng)絡性能和業(yè)務效率方面的巨大潛力，優(yōu)化了現(xiàn)有的網(wǎng)絡架構，提升了成本效益。通過無線接入方式，避免了傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡布線的復雜性和高成本，特別是在地形復雜的區(qū)域。同時，由于數(shù)據(jù)不出企業(yè)本地，節(jié)省了公網(wǎng)傳輸?shù)牧髁抠M用，提升了數(shù)據(jù)安全系數(shù)。通過5G MEC技術的應用，國網(wǎng)某水口發(fā)電集團成功應對了電力行業(yè)數(shù)據(jù)傳輸和處理的多重挑戰(zhàn)，展示了5G MEC在提升網(wǎng)絡性能和業(yè)務效率方面的顯著優(yōu)勢。該案例不僅為其他電力企業(yè)提供了可借鑒的創(chuàng)新路徑，也預示了5G MEC在電力行業(yè)乃至更多領域中發(fā)揮更重要作用的可能性。

四、結(jié)束語

通過分析國網(wǎng)某水口發(fā)電集團應用“5G +MEC”技術案例，可以看出“5G +MEC”技術在電力行業(yè)具有巨大的應用潛力和價值。該技術的引入不僅顯著提升了網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量和效率，還解決了傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡在視頻傳輸中的時延問題。高帶寬和低時延的5G網(wǎng)絡以及邊緣計算平臺的本地數(shù)據(jù)處理能力，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和安全性。該案例為電力行業(yè)提供了一個成功范例，展示了“5G +MEC”技術在優(yōu)化網(wǎng)絡架構、降低成本和提升數(shù)據(jù)安全性方面的優(yōu)勢。未來，隨著“5G +MEC”技術的不斷發(fā)展和應用場景的擴展，它將在電力行業(yè)乃至更多的領域中發(fā)揮更加重要的作用，推動行業(yè)智能化和數(shù)字化進程。

作者單位：劉茂彬 吳家奇 蔣小莉 國網(wǎng)淮南供電公司

參考文獻

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