5G時代物聯網技術在電力系統中的采用

劉 偉，孫 萍

（1.山東舜雅電力科技有限公司，濟南 250101；2.山東澤平信息科技有限公司，濟南 250100）

作為新興的網絡互連技術，物聯網技術為各種物品與網絡之間架起了互連的橋梁，在電力系統中，電力用戶之間以及電力用戶與電網公司之間的關系是最為主要的兩種關系，而通過物聯網與電力系統的融合能夠把它們聯系在一起，實現了網絡數據的互聯，提升了電力系統運行的時效性。為了進一步實現智能電網的目標，電力系統在5G時代下就必須利用好物聯網技術，促進電力系統從傳統電網向智能電網多元化的發展，從而更好的滿足社會發展的需要。

1 5G時代與物聯網系統的發展

物聯網又可以被稱作傳感網，通過將各種傳感芯片嵌入物體，并借助無線網絡技術來實現傳統物體的智能化和網絡化，使得萬物互聯的目標得以實現。物聯網技術的普及和推廣需要兩個重要的條件：首先，要擁有網絡覆蓋支持的標準和網絡體系，自從我國2013年底正式啟動4G網絡建設起，在eMTC等物聯網技術的基礎上基本實現了網絡的全面覆蓋，滿足了市場對物聯網可靠性和低速低功耗的需求；其次，物聯網要具有較高的安全性。移動通信系統由于QOS的安全保障機制，以及通訊行業安全機制的安全性要求，從而為物聯網技術提供了安全性保障，也為物聯網技術快速的規模化發展打下了堅實的基礎。隨著科學技術的高速發展，移動通信技術也逐漸從4G技術逐漸走向5G技術，預計到2020年5G通信系統將正式投入商業運營。與當前的4G技術相比，5G技術擁有更低的延時性、高容量性，能夠連接千億級別的物聯網應用，這為物聯網技術快速發展提供了網絡基礎，這主要體現在以下三個方面：

首先，由于5G通信網絡的傳輸速率將超過當前4G網絡的百倍以上，大大較少了各種移動終端進行網絡數據交互所學的時間，使得各種移動終端由現在的控制信號逐漸轉變為多元的信息交互，使得物聯網技術不再桎梏與傳統網絡的限制。

其次，5G通信網絡不但能夠支持各種終端設備的直接互聯以及高頻段的數據互動，還具備了多天線傳輸等先進的通信網絡技術，這不但轉變了數據網絡的傳統蜂窩結構，還能夠實現終端通信方式的多元化。在5G時代下，物聯網將擁有更廣闊的覆蓋面積以及更多的頻段，還能夠實現終端通訊模塊的小型化、微型化。

最后，隨著5G通訊技術的即將到來，為人工智能、智能導航、無人堅實等新興技術的研發和應用提供了網絡支持。在當前4G網絡上所無法實現的功能，也能夠在5G網絡中逐步得以實現，從而實現物聯網功能和應用的發展和創新。

2 5G時代物聯網技術在電力系統中的采用

2.1 物聯網技術在電力系統發電環節中應用

隨著5G移動通信技術的即將到來，有力推動了物聯網、車聯網等各種網絡信息技術的發展和應用。由于5G技術擁有十倍于4G技術的數據交換和傳播速度，并具有超大容量和低時延等特點，提高了信息交換的時效性。風力發電雖然屬于綠色清潔的能源，但是由于其發電技術的經濟效益較低，造成大量電力資源的浪費和發電廠的虧損，通過對風力發電系統的物聯網技術改造，能夠通過各種內嵌傳感器節點結構對天氣和風力的變化進行實時數據的測量和分析（如圖一），并根據數據分析的結果而只能操控風力發電機的運轉，降低風力發電的成本支出，從而能夠較好的處理棄風限電的問題。

2.2 物聯網技術在電力系統變電環節中應用

通過物聯網技術的應用，能夠實現變電站的智能化操作，使得變電站在各種內嵌傳感器的基礎上，實現對電壓、電流的信息數據采集以及智能測量和轉換，從而降低人工成本的支出。在變電站的長期運行過程中，需要對其做定期檢修，以確保變電站的穩定運行。

通過物聯網的遙感監測和5G網絡的低延時、高速率優勢，能夠實現變電站監測數據實時上傳，相關檢修人員通過對實時監測數據的分析，安排變電站的檢修計劃。通過5G移動網絡技術物聯網的融合，不但實現了變電站的實時檢測，還提高了檢修的時效，確保了變電站的正常運行。另外，在對地下電纜進行檢修時，可將傳感器內嵌到地下電纜中，然后通過物聯網技術實現對關聯電纜的即時監測，并將相關數據傳給檢修部門進行分析、判斷和決策（如圖二）。在5G技術的支持下，物聯網技術能夠實現對變電站和地下電纜的實時監測，從而能夠及時有效的排除生產安全隱患，確保了變電系統運行的安全穩定。

2.3 物聯網技術在電力系統輸配電環節中應用

在電力系統的輸配電環節，智能傳感器能夠把輸配電線路出現的故障及意外情況即時傳輸到監測系統，監測人員通過傳輸的數據來對輸電線路進行故障分析和排除，從而做到故障的及時發現和及時解決，從而實現了輸配電系統的優化配置。另外，監測部門還能夠使用無人機載傳感器來巡檢區域內的輸電線路，并通過機載攝像機對線路的故障問題進行攝錄，從而為監測人員提供線路故障的高清數據。由于5G技術的高帶寬、低延時等特點，大大提高了故障影像的傳輸速率，能夠讓監測部門及時掌握故障問題，從而確保輸電線路的穩定運行。另外，通過物聯網技術和5G技術的應用，能夠對電力用戶的用電功率進行監測和分析，從而對電力輸送進行及時調整，從而實現電力資源的優化配置，提高電能的利用率，評估配電的風險，提高配電系統的傳送效率。

2.4 物聯網技術在電力系統用電環節中應用

在5G技術的支持下，物聯網技術還在電力系統的用電環節起到了積極的作用。通過傳感器測量技術的廣泛使用，能夠對在網的每一位電力用戶及電網的節點進行監控，并實現多個節點之間數據信息的雙向互動。具體而言，就是在各種用電設備中嵌入傳感芯片，通過用電設備運行規律來達到節能省電的目的，當監測到屋里無人時實現照明系統的自動關閉。同時，通過物聯網技術還能實現與電力價格信息的關聯，并以此來優化配置用電設備，為電力用戶節省用電支出。在電力計量計費等環節，通過物聯網技術能夠實現電表的自動統計、抄送，并從相應電力用戶電費賬戶中自動收繳，這樣不但節省了人工抄表的成本支出，還降低了人工操作失誤所造成的問題概率。另外，還可以通過用電數據的統計分析，避免電力偷竊行為的發生。

2.5 物聯網技術在應急通信環節中應用

電力系統的“發輸配用”涉及到較多的環節范圍，以及各種類型、數量繁多的終端設備，每時每刻都有可能出現安全事故，為此必須要建立其高效運轉的應急通信保障系統。在傳統的應急保障工作中，搶險檢修人員只用在事故發生后才能趕赴現場，并檢查故障源并上報指揮中心，然后由指揮中心制定應急方案來處理事故，這就難免造成大量時間的浪費。通過5G技術和物聯網技術的融合，可以大幅提高事故搶險的時效性，減少指揮調度中的工作量。通過內嵌在電力設備中的各種傳感器，能夠智能監控電網的運行以及各種電力終端設備的運作情況。當出現電力事故時，傳感器監測系統會立即發出警報并精準定位故障源，并將相關數據上傳到指揮調度中心，從而讓檢修人員可以做好搶險準備工作，提升了事故處理的時效性。

3 結束語

總而言之。5G物聯網技術能夠有效保障電力系統的“發輸配用”環節的正常運轉，不但在電網的安全、穩定運行中起到積極作用，還改進和完善了電力通信系統，促進了電力系統的技術升級和管理優化，提升了電力系統的運行效率，為電力用戶的安全用電提供有力保障。