5G通信技術在智能電網的應用

文/劉殿鋒

5G 通信技術的出現受到了廣泛關注，相比于上幾代通信技術，5G 通信技術在帶寬和速率等方面都得到了十分顯著的提升，因此能夠更好滿足不同行業對于通信的需求。在智能電網的應用方面，5G 通信技術具有低時延的優勢，更有利于實現智能電網的配網自動化以及差動保護等方面的功能。

1 智能電網的業務特點

智能電網是指在傳統電力系統基礎上，利用了各類新能源、新材料、新設備，以及先進的傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術，形成新一代的電力系統。也稱為“電網2.0”。智能電網的概念產生于上個世紀末，目前已得到了普遍認同，也成為了電網今后發展的主要趨勢。相對于傳統的電網，智能電網的信息化與自動化程度更高，在發電、配電、用電和調度等環節實現自動化控制，能夠有效促進電網運行效率的提升，增強電網運行可靠性。在智能電網的運行過程中，通信技術發揮著關鍵作用。利用通信技術，能夠實現對電網狀態的有效監控，以及數據信息的收集。

智能電網的業務特點目前可以概括為以下幾方面。

（1）智能電網具有可靠性強的特點。智能電網的體系具有先進技術與網絡通信支持，具備預警、安全評估、故障診斷與自我修復等功能。上述功能使其可靠性得到了顯著增強，在電網出現故障的狀態下，可以維持一定的供電能力，減少停電的不良影響。因此智能電網對各類供電條件具有較強適應性。

（2）智能電網的開放性與兼容性較好。目前有關可再生能源、分布式能源的技術逐漸得到了發展，促進了上述能源的有效利用，也暴露了上述類型能源與傳統電網的兼容性問題。通過合理運用智能電網，能夠更加充分有效地利用不同種類的能源，全面滿足各類用電需求。

（3）智能電網具備更強的互動性能。運用智能電網有利于實現電力用戶與電力企業之間的雙向互動，電力企業能夠充分了解用戶需求，促進服務水平的改進。電力用戶能夠及時了解電力企業的供電情況，采用更為合理的用電方式。

（4）智能電網能夠促進電網系統的高效運行，對電網信息作出更加充分的集成與共享，有利于管理效率的提高，同時還能夠對電力資源進行優化配置，促進電力資源的高效利用。

2 5G通信技術在智能電網的應用

2.1 智能電網中5G通信技術的具體應用

5G 網絡技術是在4G 網絡技術架構的基礎上，采用大規模天線完成高頻信號傳輸，并運用低頻段傳輸信息。目前4G 網絡傳輸速度最大能夠達到150Mb/s，運用5G 網絡能夠達到15Gb/s，并且可以使網絡時延低于100ms，上述特點能夠更好滿足智能電網的各項業務需求。在將5G 通信技術用于智能電網過程中，以下技術具有較強的代表性。

2.1.1 多天線傳輸技術

多天線傳輸技術通過對有源天線陣列的引進，對無線信號的覆蓋能力作出有效改進。其中協作天線的數量能夠達到128 根，利用3D-MIMO 技術將2D 天線陣列改進為3D 天線陣列，能夠有效避免用戶之間的干擾。

2.1.2 D2D 技術

D2D 技術的主要特征是對網絡連接、接入方式的創新，運用D2D 技術可以實現通信終端直接進行通信，而不需要通過運用基站。D2D 技術主要優勢在于利用直接通信方式有效提高了信道質量，并且可以提升速率、降低通信時延、提高覆蓋能力。除此之外采用D2D 技術更有利于實現多樣化的網絡架構與連接方式，起到提高智能電網通信可靠性的作用。

2.1.3 C-RAN 接入網架構

5G 通信技術在今后的發展當中，C-RAN接入網架構是其中一種發展趨勢，這一技術的總體思路是通過運用傳輸速率較高的光傳輸網絡，利用遠端天線與集中化中心節點，使得無線信號能夠覆蓋近百個基站服務區。當前對于C-RAN 架構的研究主要為集中控制、RRU 接口定義等方面。C-RAN 接入網架構有助于減少智能電網運行成本，更有利于維護管理。

2.1.4 5G 網絡切片

網絡切片技術是對運營商網絡進行劃分，使之成為許多個虛擬網絡。不同的虛擬網絡在帶寬和時延等方面具備不同特性，從而能夠適應不同的應用場合。在中國電信、華為、國家電網公司聯合發布的《5G 助力智能電網應用白皮書》當中，對5G 網絡切片技術進行了詳細說明，結合電力行業具體情況制定了5G 網絡切片技術應用方案，例如電網控制切片、電網監測切片、電網通信切片和智能抄表切片等，實現5G 網絡功能模塊化。

2.2 5G通信技術在智能電網應用的發展方向

2.2.1 智能自動化配電

智能自動化配電是智能電網發展的重要趨勢之一，配電自動化當中涉及到多種技術的應用，主要包括數據傳輸技術、計算機技術與控制技術等，并且需要先進設備與科學管理方式的配合。智能自動化配電的應用能夠有效提升供電效率與電能質量，減少配電系統的運行維護成本，促進供電可靠性的提升。目前常見的自動化配電有以下幾種方式，首先是運用自動化開關等設備，發生故障時能夠起到有效的隔離作用。還包括利用通信網絡系統，對配電網運行過程中呢情況作出監控，發生故障階段需要調度員進行手動操作。

當前市場對電力可靠性的要求逐漸增強，對事故的處理時間需要達到毫秒級，從而保證供電的持續性。運用5G 通信技術進行自動控制，能夠及時對故障作出準確的分析判斷和定位，進行有效隔離，同時快速恢復故障區域以外地區的供電，使故障處理的自動化程度得到明顯提高，最大程度縮小停電范圍，縮短故障停電的時間，并能將處理配電故障的時間縮短到20ms 以內。

2.2.2 精準負荷控制

電力負荷控制是指對用電負荷進行跟蹤檢測，在電力負荷超過事先設定的負荷定值時，系統首先進行報警，而后跳閘切斷負荷，是管理用電負荷的一種重要方式。在傳統的電力負荷控制工作中，由于缺乏相應的通信網絡，一般只能對配電線路進行整體切除，對于電力用戶造成的影響較大。在目前的發展趨勢下，電力企業需要加強負荷控制的精確程度，降低對于重要電力用戶的影響。通過利用精準負荷控制技術，可以首先切斷電動汽車充電樁以及工廠非連續生產電源等重要程度較低的負荷。運用5G 通信技術進行負荷控制，在穩控技術支持下，充分發揮5G 通信網絡時延低、可靠性強的優勢。能夠有效提高控制系統的精確度，對故障用戶的可中斷負荷進行有效控制。能夠起到減少經濟損失，降低對其他用戶影響的作用。在今后的發展中，5G 通信技術的應用也將促進精準負荷控制技術的推廣。

2.2.3 低壓用電信息采集

低壓用電信息采集是指收集與處理用戶的用電信息，并對信息進行有效監測。通過低壓用電信息采集，具有監測用戶用電信息的異常情況，對用電情況作出分析等方面的作用。目前在低壓用電信息的采集上，運用的主要方法是傳送計量所用的數據，具體可以分為上行與下行兩種不同方向的信息，在信息流量的特征上，一般上行流量要大于下行流量。并且在對終端信息的采集方式上，主要是運用集中器，采取集中部署的方式。最初階段的采集方法為每天采集24 個計量點，而目前所運用的采集方法為5min、15min，在0 點需要進行統一采集工作。

在今后的發展趨勢上，對于用電信息需要進行更為準時的上報。而且用戶終端的數量也將很大程度地增加，在這一趨勢下，對通信規模也提出了更高要求。今后可以通過5G 通信技術，促進用戶信息采集工作的進一步細化，更為全面地獲得用戶終端信息，在此基礎上對供電作出精確調整，并制定電價階梯報價等管理制度。

2.2.4 分布式電源的控制

目前分布式電源得到了一定程度的推廣，比如太陽能與風能發電，以及電動汽車充換電站等。運用分布式電源具有明顯優勢，能夠起到節省投資、提升電力系統工作效率的作用，對分布式電源的利用也是智能電網發展中的重要部分。與此同時，由于傳統電網在設計上不適應分布式電源的要求，分布式電源并網也造成了一些問題，比如原有的電網為單電源輻射狀網絡，分布式電源接入后則變為多電源網絡。在電流的運行上也從單向變為雙向。通過5G通信技術，能夠對分布式電源實施有效監控，自動進行數據收集處理，有功功率與無功功率調控等方面的功能。

3 結論

智能電網的建設對于提升電網運行效率和增強供電可靠性具有重要意義，目前5G 通信技術在許多行業中都得到了發展和運用，在智能電網的建設當中，需要加強對5G 通信技術的研究，將更多新型技術用于智能電網建設。同時，5G 通信技術在自動化配電、負荷控制、用電信息的采集、分布式電源的控制等領域也具有良好的應用效果，今后也應加強5G 通信技術在上述領域的應用。