5G通信在電力系統中的應用

申小霜 國網山西省電力公司長治供電公司

近年來，電網通信一直以光纖網絡為主，然而城市配電網光纖通道建設周期長、成本高，且難以解決配電網點無光纖覆蓋的保護配置問題，已經成為配電網故障快速處理技術在推廣過程中的主要影響因素。隨著以5G為代表的新型通信技術的快速發展與應用，特別是在高帶寬、低時延方面的突破，可通過增加信息量優化配電網保護原理，提升配電網保護的動作性能。

一、通信方案

5G通信技術是在4G通信技術基礎上發展而來的通信技術，與4G通信技術相比，5G通信技術的網絡傳輸速度大幅度提升。4G通信技術的網絡傳輸峰值為150Mb/s，而5G通信技術的網絡傳輸速度為15Gb/s，與此同時，5G通信技術能對網絡延時進行有效的控制。由于5G技術具備超低時延、超高帶寬、更高移動速率以及海量接入的優勢性能，4G無法承載的時延敏感及大帶寬業務將通過5G網絡承載應用，根據ITU的正式定義，5G有3個主要應用場景：eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC（大連接物聯網）、uRLLC（低時延和高可靠通信），可有效滿足用戶對于大連接、大流量及低時延的基本需求。

二、5G通信在電力系統中的應用

（一）網絡切片技術

5G標準面向不同的需求場景，導致網絡的安全性、移動性、時延和可靠性的要求是不一樣的，因此需要采用網絡切片技術將一張物理網絡分成多個虛擬網絡，每個切片資源面向不同的應用場景需求，邏輯上進行隔離，相互獨立。針對電網應用場景需求，網絡切片不僅有助于業務數據隔離，還有助于提升數據的安全性，相對無線公網的“軟”切片，可以采取更嚴格的“硬”切片技術，這樣不僅要求對網絡組網架構進行調整，而且要求對業務數據進行更精準的標識，所以從網絡架構設計到端到端不同業務數據的流轉，從無線頻率的規劃使用到核心網的分區而治，從通道隔離到處理板的分工，均需要詳細設計。安全隔離設計嚴格遵守“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則，基站應通過獨立的時頻資源、基站傳輸單板/端口為特定業務提供專線通道，滿足不同安全大區業務物理隔離的要求。

（二）規劃5G無線網絡分布式基站

在分布式基站的基礎上規劃5G無線網絡時，相關人員應設計基本的規劃方案，該計劃方案主要指的是通過利用射頻處理單元和基帶處理單元對網絡基站模式進行構建，從而為5G無線網絡的建設工作奠定基礎。在分布式基站基本規劃方案中，主要是將基帶處理單元設置在機房內部，將射頻處理單元設置在機房外部，這里需要注意的是，射頻處理單元要在覆蓋區域內，進而能夠通過鐵塔以及天面等保證射頻處理單元的穩定運作。通過這種布置方式，能夠使射頻處理單元能夠統一實現射頻濾波與放大，還能夠進行變頻處理，并且，通過設置饋線還能夠與天線進行連接。這意味著，相較于其他基站，通過按照該方法建設5G無線網絡能夠有效提升分布式基站對頻譜的利用效率，從而達到高頻譜的利用目的。通過將基帶處理單元統一放置在機房內部，能夠有效實現信息數據傳輸、處理基帶信號以及主控信號等功能。但是，該設置方案具有兩個問題，第一個問題是：在將射頻處理單元設置在機房外部、將基帶處理單元設置在機房內部，運維成本得到了增加，且需要較強的風險管控能力；第二個問題是：給信息數據的傳輸接入方面提出了更高的要求。這主要是因為5G無線網絡不同于3G和4G，該網絡技術對帶寬和容量具有更高的要求，這造成在以分布式基站為基礎構建5G無線網絡時，對信息數據的傳輸管道的性能提出了更高的要求。

（三）網絡切片管理

網絡切片管理應該考慮本行業的終端和服務器系統，針對分布式電源調控進行調整。可以應用網絡功能虛擬化管理機制（MANO）提供管理方式，如虛擬資源的分配、上報和硬件故障報警等。網絡切片管理由業務管理層、切片管理層和切片子網管理層組成。網絡切片管理還將實現網絡功能虛擬化所需操作，包括電力業務通訊頂層設計、工作票準備、網絡配置、保護激活、實時監控、自動上傳報告、參數修改以及工作終止等業務操作，實現業務全生命周期管理。

（四）安全性分析根據相關分析

基站服務中斷現象中，50%與電源室相關的。對于2G、3G語音業務為主的移動通信系統，小范圍的網絡中斷，影響的僅僅是語音業務或者少量的數據業務，相對屬于可控范圍之內；5G業務面對eMBB（移動增強寬帶）、mMTC（海量物聯）和uRLLC（高可靠低時延連接）三大應用場景，一旦電源中斷，將導致移動支付、虛擬技術、人工智能等等萬物互連的影響，將大面積影響工業生產、社會生活等等嚴重社會后果，帶來的損失將無法估量。因此，5G基站建設中的電源安全可靠性，將是重點考慮的關鍵因素之一。

三、結束語

基站電源等基礎設施的配置，是電源新設備技術應用的重要創新延伸。5G移動通信網絡建設，需要大規模的基站網絡部署，以滿足高頻率通信、大容量接入和高速率移動需求。現有網絡切片技術、分布式基站、安全性等基礎設施上做好規劃和創新設計應用，是當前的一項重要任務，也是取得經濟效益和社會效益的重要手段，我們有責任有義務做好這項基礎工作，以促進5G通信在電力系統的應用。