5G如何為智能電網(wǎng)“充電”？

陳炎坤

媒體報道的中國廣電與國家電網(wǎng)合資成立5G公司，給5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用以巨大想象空間。那么5G究竟在智能電網(wǎng)領(lǐng)域有哪些應(yīng)用場景？商業(yè)實現(xiàn)還有多遠(yuǎn)？

融合5G和特高壓輸電兩項新技術(shù)的智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程不斷提速。在以特高壓為代表的電力能源流建設(shè)之后，以5G新技術(shù)為代表的電力信息流建設(shè)逐漸展開。5G因其優(yōu)異的通信特性可以實現(xiàn)智能電網(wǎng)配電側(cè)的雙向通信，助力電網(wǎng)實現(xiàn)實時感知、海量傳輸、智能決策等功能，為電網(wǎng)信息化建設(shè)提供堅強(qiáng)保障。

智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)建立在安全穩(wěn)定的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上。智能電網(wǎng)通過對先進(jìn)的傳感技術(shù)、安全穩(wěn)定的通信技術(shù)以及智能決策系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置、電力故障快速排查、大規(guī)模清潔能源快速并網(wǎng)等功能。智能電網(wǎng)包括三部分，建墻智能電網(wǎng)是電網(wǎng)的能源骨架，包括發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)，匯聚和傳輸全網(wǎng)的能源流。各類傳感、監(jiān)測設(shè)備是電網(wǎng)的神經(jīng)末梢，是信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的有機(jī)融合，實時感知電網(wǎng)運(yùn)行情況。通信網(wǎng)絡(luò)是電網(wǎng)的傳輸神經(jīng)，匯聚著全網(wǎng)的信息流，串聯(lián)起海量終端和傳感設(shè)備，為電網(wǎng)決策提供安全穩(wěn)定信息流，是電網(wǎng)智能化升級的基礎(chǔ)。

我國在發(fā)、輸電環(huán)節(jié)已建成全球規(guī)模最大的電力專網(wǎng)，但配電側(cè)網(wǎng)絡(luò)仍存問題。電力通信網(wǎng)承接智能電網(wǎng)源、網(wǎng)、荷、儲各環(huán)節(jié)信息采集與監(jiān)控，保障電網(wǎng)整體高效協(xié)調(diào)運(yùn)行，對于電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

目前我國已建成全球最大規(guī)模電力專網(wǎng)，形成以光纖通信與無線專網(wǎng)、相結(jié)合，電力載波、微波、衛(wèi)星通信等為輔的電力通信發(fā)展模式。但在電網(wǎng)“最后一公里”的低壓配電網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有4G無線網(wǎng)絡(luò)無法滿足電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)毫秒級時延、關(guān)鍵業(yè)務(wù)有效隔離、海量智能電網(wǎng)終端接入等需求，配電側(cè)無線通信網(wǎng)絡(luò)實時響應(yīng)能力、網(wǎng)絡(luò)隔離能力、承載能力亟需提升。

5G打通低壓配電通信網(wǎng)“最后一公里”。配電網(wǎng)在能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)發(fā)揮著樞紐作用，5G通信的超大帶寬、超可靠低時延、海量連接等特點與電網(wǎng)通信需求高度契合，其切片模式可完美對接電網(wǎng)業(yè)務(wù)多樣性與隔離性需求。5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以連通配用電側(cè)的采集、控制等設(shè)備，構(gòu)筑全面感知、數(shù)據(jù)匯集、智能決策的電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，滿足配電網(wǎng)精益化管理需求，打通低壓配電通信網(wǎng)“最后一公里”。

5G應(yīng)用于智能電網(wǎng)幾大優(yōu)勢

5G網(wǎng)絡(luò)切片助力實現(xiàn)智能電網(wǎng)三大功能。業(yè)務(wù)隔離，5G切片技術(shù)可以將運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，使得不同切片之間相互隔離，互不影響，保證電力業(yè)務(wù)的安全隔離要求，同時專網(wǎng)和公網(wǎng)的隔離保證了數(shù)據(jù)訪問安全和網(wǎng)絡(luò)高可用性。功能定制，網(wǎng)絡(luò)切片使得5G網(wǎng)絡(luò)三大特性被劃分到不同虛擬網(wǎng)絡(luò)之中，根據(jù)終端類型和使用場景的不同滿足其特定的網(wǎng)絡(luò)需求，并可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)功耗，大大提升了用戶體驗和網(wǎng)絡(luò)資源利用率。質(zhì)量保障，網(wǎng)絡(luò)切片之間相互隔離，任何一個切片的擁塞、過載、配置調(diào)整都不影響其它切片正常功能，這使得電網(wǎng)容錯和抗風(fēng)險能力更強(qiáng)，且網(wǎng)絡(luò)功能部署在虛擬網(wǎng)元使得切片管理效率大大提升。

5G技術(shù)賦能智能電網(wǎng)多維場景。高級計量，5G的海量連接特性使得智能電力終端得到廣泛應(yīng)用，電力公司能更深入了解客戶實時負(fù)荷需求，實現(xiàn)電力公司與客戶從單向測量向雙向互動轉(zhuǎn)變，并根據(jù)用戶用能習(xí)慣，提供更加有效的用能服務(wù)和價格優(yōu)惠，為電網(wǎng)末端供電質(zhì)量提升提供精確指導(dǎo)。配電自動化，5G的超可靠低時延特性保障配電自動化設(shè)備終端實時在線，有效保障配電自動化業(yè)務(wù)信息傳遞，助力線路故障毫秒級精準(zhǔn)判斷，實現(xiàn)故障區(qū)域快速隔離和區(qū)域供電快速自愈。智能巡檢，5G網(wǎng)絡(luò)的超大帶寬可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程高清晰圖像回傳，使得基于無人機(jī)的電網(wǎng)巡檢成為可能，實現(xiàn)巡檢頻次和效率的大幅提升。

5G建設(shè)促進(jìn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施商業(yè)變現(xiàn)。激活桿塔資源，5G高密度基站可激活電網(wǎng)海量變電站與桿塔資源。5G基站密度將是4G的4～5倍，對鐵塔的需求將會空間增加。電網(wǎng)數(shù)量巨大的桿塔可為5G基站提供建設(shè)空間，同時可靠的電力資源、龐大的電力營業(yè)廳網(wǎng)絡(luò)為5G后期運(yùn)營提供強(qiáng)大支撐。參與電網(wǎng)調(diào)峰，5G基站功耗是4G基站的3倍左右，對電能需求巨大，電網(wǎng)可與基站儲能系統(tǒng)進(jìn)行供需互動，在充分保障基站主設(shè)備正常運(yùn)行的同時，合理利用用電波谷時段更為廉價電力資源，參與電網(wǎng)調(diào)峰過程。

措施建議

標(biāo)準(zhǔn)制定層面，一是要積極參加國際電工委員會、國際電信聯(lián)盟等國際電力組織，參與國際電力標(biāo)準(zhǔn)制定，爭取在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的話語權(quán)。二是要聯(lián)合運(yùn)營商、電信設(shè)備提供商、電力企業(yè)等積極參與關(guān)于電力的5G標(biāo)準(zhǔn)制定，布好5G在電力方面垂直應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的“先手棋”。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)層面，一是要協(xié)調(diào)運(yùn)營商、電力公司等開展合作，充分利用現(xiàn)有電力桿塔等物理基礎(chǔ)設(shè)施，快速布設(shè)5G通信基站。二是要探索5G基站參與電網(wǎng)調(diào)峰的能源高效利用模式，科學(xué)布設(shè)基站儲能系統(tǒng)，充分利用電網(wǎng)波谷資源，保障基站穩(wěn)定高效電力供應(yīng)。

終端和應(yīng)用層面，一是要加強(qiáng)配電自動化、用電信息采集、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配變監(jiān)測等智能終端研發(fā)和推廣力度，筑牢智能電網(wǎng)感知神經(jīng)末梢。二是要打造高效客戶服務(wù)互動平臺，改變現(xiàn)有電網(wǎng)粗放式計費(fèi)方式，滿足智慧用能需求，提高終端能源利用效率。