泛在電力物聯網與5G 通信的結合應用與展望

彭 渤

（國家電網有限公司客戶服務中心，天津 300000）

1 泛在電力物聯網與5G 通信結合應用的關鍵技術

1.1 性能增強技術

對于5G 通信與泛在電力物聯網的結合應用而言，其最為重要的目標就是完成其他無線通信方式無法實現的高性能指標，充分發揮5G 通信的優勢。性能增強技術主要指的是提高“三高兩低”性能的無線通信技術及無線網絡技術。當前階段，此方面的部分技術已經成為5G 必備的標準技術得到廣泛關注并日漸成熟，如毫米波通信技術、大規模MIMO 技術等；部分技術雖然前景廣闊，然而存在技術瓶頸缺乏一致定論，如D2D 通信怎樣減少信號干擾、全雙工技術中存在消除自干擾等[1]。

1.2 軟化開放技術

在5G 通信網絡軟件化并向網絡用戶開放接口時會涉及到軟化開放技術。此處需要注意的是，泛在電力物聯網是通信網絡與電力網絡有機融合所產生的事物。電力通信網傳統的控制方式較為繁雜，對于操作人員的要求相對較高，而且電網無法脫離電信運營商的支持，在網絡功能的使用上表現出較強的被動性。泛在電力物聯網通過對SDN 和NFV 的運用實現了方式上的跨越，即只需要面對通信操作系統[2]。

在將網絡操作系統與泛在電力物聯網配進行配置后，還需相應的“應用程序”為其提供支撐。電網任務在性能需求方面表現出較強的差異化特征，如采集用電信息要求連接數、配電保護要求通信時延等。此前的通信通常是相同資源在不同業務中予以使用，如此便無法充分滿足較為嚴格的需求，但是將獨立資源提供給各類差異化需求，所需的成本較高，并且操作十分繁雜。切片技術的運用恰恰能夠擺脫這一困境，電網運營商可以根據實際情況以不同的切割方法來處理差異化業務，進而實現“按需定制、動態編排”的良好效果，同時在交互管理方面能夠實現自助服務。

1.3 自治優化技術

以用戶為中心展開廣泛和深入的互動是能源互聯的主要目標。因為電網用戶群十分龐大，如果單純憑借電網運營商根據廣大用戶需求對通信網做出調整和優化，那么實際工作量十分巨大。因此，需要在通信網絡與用戶間建立有效連接，讓通信網絡可以結合用戶和業務的實際情況展開自動調整。為了實現這個效果，需要將通信網絡自治作為首要任務。在3G 時代時，SON 技術就被提出，但是發展到今天在技術方面依舊面臨著一系列的挑戰，如SON 各個功能間表現出相對較強的獨立性，可能會出現沖突使得SON 的總體上的效果收益受到嚴重影響；當前階段SON 的運行模式呈現出較強的被動性特征，即“出現問題-發現問題-解決問題”，如此一來，網絡的固有延遲便有所增加，這與5G 所強調的低延遲感知不相符。目前，SON 在自治功能方面側重于協調性和主動性，使得功能間的問題和沖突得到解決，進而以主動的方式展開預測活動[3]。

5G 網絡可以根據用戶具體情況提供智能感知及適配，呈現出較強的個性化特征。通過對用戶終端一系列歷史數據的研判可以對用戶的具體需求、日常使用習慣等做出充分的挖掘和分析，此類歷史數據包括使用狀態、功耗、CPU 負載、業務類型、所處位置等。例如，用戶在什么時間利用怎樣的設備會產生什么樣的數據流量等，在通過“自學習”的方式改進和優化網絡參數配置，此技術就是情景感知技術。

2 泛在電力物聯網與5G 通信結合應用的展望

2.1 雙網聯合仿真

電力系統分析需要電力仿真的支持，以此對電力系統未來的運行狀態做出相應的判定，同時考慮方案的安全性與可靠性，找尋并提出存在的風險內容。當前階段，多元化電力系統仿真軟件的開發也取得較大進展；對于通信領域而言，為確保通信系統實際運行過程中的安全性與穩定性，在系統規劃或正式開始運行前要根據實際情況開展仿真分析工作，如OPNET等[4]。隨著泛在電力物聯網的不斷發展，也將實現電力網絡與通信網絡的進一步深度耦合，針對泛在電力物聯網所開展的分析工作要根據實際情況將5G 通信網與電力網進行結合并進行聯合仿真，這就需要對新的聯合仿真方法及軟件系統進行開發。

2.2 雙網聯合優化

即便5G 通信系統的單位功耗相對較低，但因為通信量在未來的時間里會快速提升，因此5G 通信系統在功耗方面的效果十分可觀。對于泛在電力物聯網，需為各類5G 通信基站提供電力保障，由此能夠看出雙網在能量上需進行交換，通過這種供需互動的方式實現雙網的聯合電力流規劃和控制優化。此外，雖然5G 通信可以實現“萬物互聯”的良好效果，但不得不承認電力系統的部分地方較為薄弱，或存在部分地方有著較高的通信需求，那么這種地方的通信系統就要根據實際情況做出進一步強化，因此要從實際出發針對此方面展開更加深入的研究與分析。

2.3 雙網的安全性和隱私性

雖然5G 通信具備較為明顯的應用優勢，然而萬物互聯對于通信的安全性和隱私性也會產生一定影響。推行和建設5G 通信需要對信息安全方面所面臨的挑戰予以充分重視[5]。就泛在電力物聯網來說，信息的安全性和隱私性十分重要。例如，電力系統部分數據影響電網的安全運行，要根據實際情況設置相應的安全和保密級別；同時，用戶的具體用電情況也與用戶隱私安全存在聯系，在交換和傳輸的過程中要根據實際情況對數據獲取權限進行合理設置，在確保不同參與主體隱私的前提下開展數據共享工作。泛在電力物聯網在未來的發展中將會涉及到海量的數據傳輸與轉換，不僅要對數據密級進行科學界定，而且要對數據歸屬予以明確，合理管控數據權限為5G 通信網與電力網的安全性和隱私性提供良好的支持和保障。

2.4 復雜多級多對象控制與優化

泛在電力物聯網所實現的萬物互聯并非單純通過雙網把實物予以連接，而是在此基礎上采集數據、分析運行狀態，進而完成科學的優化與控制工作。隨著泛在電力物聯網的發展，在萬物互聯方面所表現出的多級化、多對象化特征將會愈發明顯，傳統控制及優化算法的規模相對較小，在此廣域控制上無法充分發揮應有價值，因此要對更加先進的分層、分布式等優化算法進行研發，進一步提升萬物互聯的協調性。

2.5 配電網透明化和態勢感知

為了對泛在電力物聯網的實際運行狀態進行實時感知，需要根據實際情況按照海量傳感器，并利用5G通信網絡實現萬物連接，尤其是當前階段配電網監測方面存在提升空間，具體可觀性較差。例如，無法直接測量得到分布式光伏出力，僅能夠得到智能電表的“凈負荷”等問題[6]。隨著5G 通信與泛在電力物聯網的結合應用的不斷深入，未來能夠在海量數據采集的基礎上，開展大數據及可視化分析，配電網因此朝著透明化和實時態勢感知方向進行發展。

2.6 商業模式的多元化

5G 通信與泛在電力物聯網的結合應用也會為全新的商業模式注入活力。例如，可交易能源環境下實現P2P 交易，5G 通信的端對端通信技術可以為此項交易提供一定支持，并對交易通信成本做出科學控制；5G通信增強海量對象的協調性，使得虛擬電廠建設具有可行性。

3 結 論

泛在電力物聯網建設剛剛拉開序幕，同時5G 通信規模化商用也在不斷普及，未來的生活方式也會因此得到重塑，電力與能源系統將會朝著“物理-信息-社會”深度耦合的方向進行發展。本文緊緊圍繞5G 通信時代，針對泛在電力物聯網所涉及的關鍵技術進行探討，同時對5G 通信在未來普及發展過程中與泛在電力物聯網的結合應用提出幾點展望，以期可以為相關學者提供一定的參考。