5G環境下物聯網技術在電力系統中的應用

傅衛弟

（諸暨市供電有限公司，浙江 諸暨 312000）

0 引 言

物聯網技術作為一項新型技術，既可以有效連接網絡和物品，又可以推動各行各業的發展。5G環境下，電力系統借助物聯網技術使得電力企業與用戶、用戶與用戶之間的聯系變得更加緊密，進而確保電力系統安全、穩定運行，更好地滿足人們日常生產和生活的用電需求。

1 5G與物聯網技術概述

1.1 5G概述

5G是指在4G基礎上演變而來的一類新型移動通信系統，具有傳輸速率高、容量帶寬大以及功耗延時低等特點，得到了社會各界的廣泛關注。5G通信過程中，其他無線電波不會對移動終端產生影響，既可以優化移動通信終端運轉環境，又可以提高通信系統運行效率。

1.2 物聯網技術概述

物聯網技術一般是指借助相關的紅外感應器、讀取設備、識別設備以及GPS設備等來實現互聯網與其他類型設備的有效連接。既可以實現數據信息的通信和交換，又可以提高定位、監控、識別以及管理等智能化水平。大量調查和研究發現，互聯網是物聯網技術的基礎因素與主要核心。物聯網技術一般是在互聯網基礎上不斷擴展和改造的新型網絡技術。在電力系統中引入物聯網技術，既可以有效提升電力系統的智能化和自動化水平，又有利于促進電力系統的更長遠發展。

2 5G環境下物聯網技術存在的問題

2.1 是否支持雙向傳輸

傳統電力系統可以借助網絡終端進行雙向信息和電力的傳輸，從而有效獲取信息和數據。5G環境下，在電力系統中引入物聯網技術，不僅可以更好地了解和掌握電力系統運行情況，而且可以滿足用戶的各種需求，但是否支持雙向傳輸還有待進一步驗證[1]。

2.2 成本性能定位

隨著科學技術的發展，網絡技術更新換代速度較快。電力系統運行過程中，為了更好地發揮物聯網技術的優勢，需要科學、合理地運用5G技術，并做好相關技術人員的教育和培訓工作。同時，發電和變電過程對智能化技術提出了較高要求，需要基于5G重新計算電力設備及接口樞紐的成本。在發電風機上，是否結合數據深度測量和拓展技術、是否應用感知技術和功能等都牽涉到成本問題。在電力系統中，為了充分發揮物聯網技術的優勢，需要確定成本，盡可能在有限的成本中提高相關設備的性能。但是，目前我國電力系統并未大范圍開啟物聯網技術改革，因此成本性能定位成為亟待解決的主要問題。

2.3 網絡的安全性和可覆蓋性

通常情況下，物聯網技術具有感官性和智能化特點。它是否絕對安全、可靠是目前電力部門需要研究的問題。電力系統設計工作涉及的范圍比較廣，內容比較多，且與國家電力系統的發展和人們的日常生活息息相關。而我國大多數5G信號塔還處于不斷建設和完善中，雖然已經在一些一線城市投入使用，但在大多數中小城市并未得到普及，因此在電力系統中尚未廣泛覆蓋。

3 5G環境下電力系統中物聯網技術的應用

3.1 應用于發電環節

5G時代，物聯網技術和車輛網技術等不同信息技術發展迅速，并在相關領域取得了比較理想的應用效果。與4G技術相比，5G的數據傳播和交換更加快速，且具有容量大和時延低等突出特點，能夠很好地提升信息交換率，保證信息傳輸的安全。風力發電技術與其他發電技術相比，雖然屬于綠色和清潔能源，但經濟效益較低，導致大多數發電廠虧損和大量電力資源被浪費。將物聯網技術應用于風力系統，可以借助內嵌傳感器節點對風力和天氣等方面的數據進行測量和分析，并根據分析結果調整和優化風力發電機的運轉速度。這樣既能夠有效控制風力發電的成本支出，又可以解決棄風限電問題，提高風力發電效率[2]。圖1為傳感器節點結構示意圖。

圖1 傳感器節點結構示意圖

3.2 應用于配電環節

輸配電環節是電力系統的關鍵環節之一。該環節中應用智能傳感器能夠在短時間內發現線路運行中產生的故障，并將相應故障信息傳送到監測系統，從而保證監測人員能夠根據數據信息分析和排除輸電線路故障，并采取有效解決措施。這既能夠有效保證輸配電系統運行效率，又能夠增強電力系統運行效率。在此基礎上，將無人機載傳感器應用于輸配電系統監測部門開展巡視工作，并應用機載攝像機有效記錄線路故障問題，以此為監測人員提供相關的數據信息，從而為后續故障處理提供參考和借鑒。5G技術具有延時低和帶寬高等特點，能夠有效提升故障影像傳輸速率，還能夠幫助監測部門在短時間內明確和掌握不同方面的故障情況，從而促進輸電線路工作順利開展。在電力系統中應用物聯網技術能夠實時監控電力用戶用電功率，完善電力輸送工作，有效配置電力資源，有利于提升電能利用率和系統傳送效率。

3.3 應用于用電環節

隨著5G超可靠低時延（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）場景和增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）技術標準的凍結，物聯網技術在電力系統中得到了廣泛應用，進一步優化和完善了海量機器類（MassiveMachine Type of Communication，mMTC）場景技術標準。它借助傳感器測量技術精準監控每個電網網架節點和電力用戶用電情況，實現了多個節點數據的雙向互動?；?G環境，將傳感芯片嵌入各類用電設備，可以實時了解和掌握用電設備運行狀態，以達到能源精細化管理和節能減排的目的。5G環境下，物聯網技術可以與電力價格信息緊密關聯，并調整和優化用電設備配置，從而有效節省用電開支，提升電力企業經濟效益。電力計量計費環節可以自動完成電表的抄送、統計及電費的收繳，節省了人工抄表成本，降低了人工操作失誤率，極大地提高了用電效率。同時，在用電信息采集業務中，應用物聯網技術可以實現深化拓展客戶用電異常研判、停電事件主動上報、實時線損分析、回路阻抗分析、智能化臺區運行監測以及提升遠程費控成功率等業務功能[3]。

3.4 應用于變電環節

5G環境下，在電力系統變電環節中應用物聯網技術不僅能夠滿足變電站智能化操作，還能夠基于內嵌傳感器實現電流和電壓數據的采集、測量以及轉換工作，節省人工成本支出，提升變電效率。變電站運行過程中，需要結合相應標準和規范進行定期檢修工作，從而保證變電站的安全、平穩運行。借助5G網絡的高速率、低延時優勢和物聯網技術的遙感監測優勢，可以實時上傳變電站監測數據，供檢修人員通過分析和研究，為制定變電站的后續檢修計劃提供支撐。在變電環節，5G與物聯網技術相結合可以實時檢測變電站設備，提高檢修時效，同時保證變電站正常、高效運行。檢修地下電纜時，可以在地下電纜中內嵌傳感器，借助物聯網技術即時監測關聯電纜，并將監測數據傳輸給檢修部門。在變電環節應用物聯網技術，還可以實時監測地下電纜和變電站的運行情況，不僅可以有效排除各類安全隱患，還可以提高變電系統的運行效率[4]。

3.5 應用于應急通信環節

通常情況下，電力系統的發電、輸電、配電以及用電涉及的范圍較廣，且涉及的終端設備類型和數量較多，加之外界因素的影響，增加了安全事故的發生率。因此，需要構建一套完善的應急通信保障系統，解決電力系統運行階段的安全問題，提升電力系統運行效率。傳統應急通信保障系統中，事故發生后搶險檢修人員才可以趕赴現場檢修故障，并上報指揮中心。這不僅會造成時間和人員浪費，而且會給電力系統造成無法彌補的經濟損失。5G環境下，在應急通信環節中融入物聯網技術可提升事故搶險時效性，降低指揮調度工作量，提高電力系統的運行效率。電力設備中內嵌各種傳感器，能夠智能監控電網運行情況和電力終端設備的情況，以便在出現電力故障后可以精準定位故障源并立即發出警報，同時向指揮調度中心上傳相關數據信息，從而為后續檢修工作的開展爭取寶貴的時間，提高事故處理效率。

4 5G環境下物聯網技術的發展前景

4.1 物聯網技術的發展趨勢

對于我國而言，越來越多的無線局域網公司和衛星通信公司開始通過藍牙連接技術來連接中國移動、中國聯通以及中國電信等移動通信網絡，一定程度上推動了互聯網的發展。同時，一些企業和公司通過科學、合理應用5G網絡技術，提高了自身的市場競爭力。5G網絡和互聯網技術開始慢慢滲透到人們的日常生活和生產中，提高了人們的工作效率和生活質量。大多數企業結合5G和物聯網技術，優化了自身企業的產品結構，使5G和物聯網技術具有廣闊的發展前景。除了在通信企業中發揮作用外，5G和物聯網技術也開始在其他領域得到廣泛應用，推動了各行各業的發展。

4.2 電力系統中應用物聯網技術的發展前景

在電力系統中引入物聯網技術既可以調整和優化電力傳輸網絡，還能夠完成電力系統的改造升級，提高電力系統的運行效率，為推動我國電力系統的發展奠定基礎。例如，惡劣天氣會導致互聯網技術使用受限，降低用電用戶的滿意度和體驗感。此時，將5G技術和物聯網技術進行融合應用到電力系統中，既可以解決天氣原因誘發的網絡誤差問題，又可以提高電力系統的運行效率。

5 結 論

5G環境下，在電力系統的發電環節、輸配電環節、用電環節、變電環節以及應急通信環節中引入物聯網技術，不僅可以實時監測各個環節的運行情況，有效解決各運行階段存在的安全隱患，降低安全事故的發生率，還可以確保各個環節的安全、高效運行，提高電力系統運行效率，進而提升用電客戶的體驗感和滿意度。