5G通信和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展研究

張振杰 張潔 李昱

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用也悄然興起。由于5G通信技術(shù)的發(fā)展逐步成熟完善，以互聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)信息管理技術(shù)嶄露頭角，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也浮出水面。本文就物聯(lián)網(wǎng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G通信的融合發(fā)展作以下探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);5G通信;泛在電力;融合發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）07-0050-02

0引言

最近，由中國(guó)電信宣城分公司建設(shè)的我國(guó)首例特高壓1100kV變電站與5G通信技術(shù)融合的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工程在古泉換流站通過(guò)建設(shè)驗(yàn)收。特高壓古泉直流換流站位于安徽宣城，是從新疆昌吉到安徽古泉超高壓直流輸電線路的古泉終點(diǎn)站，全長(zhǎng)三千多公里，輸送功率1200萬(wàn)kW，投資400億元人民幣，特高壓換流站設(shè)備密集，電磁環(huán)境混亂，安全要求級(jí)別高，施工難度大，但工程技術(shù)人員克服種種困難，多次現(xiàn)場(chǎng)勘查，施工論證，實(shí)驗(yàn)測(cè)試等。確保了5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度和覆蓋范圍符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求。古泉5G基站和直流換流站的建成，標(biāo)志著5G通信技術(shù)在電力輸送工程應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展取得了歷史性的突破[1]。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的延續(xù)，是利用互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)把傳感器、服務(wù)器、控制器、人或物等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連在一起，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物通信及遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制管理，物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)有由傳感器、二維碼識(shí)別技術(shù)完成的感知識(shí)別技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的通信技術(shù);處理器完成的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和融合技術(shù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)管理以及運(yùn)行中暴露出不少弱點(diǎn)。比如，為保障電網(wǎng)的運(yùn)行安全，需要時(shí)刻控制電網(wǎng)電壓。傳統(tǒng)的是依靠人工控制法，在各級(jí)電網(wǎng)控制中心、變電站、發(fā)電廠都有時(shí)刻值班調(diào)度操作控制人員。若出現(xiàn)問(wèn)題，逐級(jí)上報(bào)，逐級(jí)調(diào)整。耗費(fèi)人力巨大，協(xié)調(diào)效果差，散、慢現(xiàn)象突出。2019年，國(guó)家電網(wǎng)總公司提出全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電網(wǎng)是以電力網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以智能控制為要件，包括電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度和用電諸多環(huán)節(jié)和電壓等級(jí)，涵蓋實(shí)現(xiàn)電力、信息和業(yè)務(wù)高度統(tǒng)一的一體化融合，是穩(wěn)定可靠，清潔環(huán)保，高效經(jīng)濟(jì)，開(kāi)放透明，互動(dòng)互聯(lián)的現(xiàn)代化電力網(wǎng)絡(luò)。這就是建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)方針和要求[2]。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是涵蓋電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有人員和設(shè)備，包括電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。充分利用現(xiàn)代信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)節(jié)點(diǎn)萬(wàn)物互聯(lián)，人機(jī)交換。具有運(yùn)行狀態(tài)全部感知，狀態(tài)信息高效處理，服務(wù)靈活便捷特征的電力智慧服務(wù)系統(tǒng)。含有感知識(shí)別層面，網(wǎng)絡(luò)信息傳輸層面，數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)層面和控制應(yīng)用層面四個(gè)層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)大量的運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)通信、人工智能、區(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算技術(shù)，匯聚全方位資源，為規(guī)劃設(shè)計(jì)，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，管理經(jīng)營(yíng)，新業(yè)務(wù)模式拓展提供足夠的數(shù)據(jù)信息服務(wù)[3-5]。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征是：（1）信息感知全面。傳感器是電力物聯(lián)網(wǎng)中的重要感知元件，根據(jù)電力系統(tǒng)的需要裝配在電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息全面感知。根據(jù)自組織協(xié)同的方法構(gòu)成通信互聯(lián)，達(dá)到電網(wǎng)系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)和周邊環(huán)境數(shù)據(jù)信息的采集和處理。（2）通信模式快捷靈活，有壓縮信息傳遞模式、有專用網(wǎng)絡(luò)傳遞模式、還有多跳模式等。互聯(lián)網(wǎng)通信鏈路多，可以縮短設(shè)備之間的距離，提升網(wǎng)絡(luò)通信的靈活性。（3）智能化占比高，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)采集和傳輸是基本功能。比如遠(yuǎn)程智能抄表技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，為電力從業(yè)者提供了巨大便利，還可根據(jù)實(shí)際需求增加設(shè)計(jì)傳感器對(duì)電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制，提升智能化水平[6]。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與5G 通信技術(shù)融合應(yīng)用技術(shù)概述

第五代通信技術(shù)簡(jiǎn)稱為5G，其特點(diǎn)是：超寬帶、超高速、低延時(shí)，將實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地萬(wàn)物互聯(lián)，人類與萬(wàn)物通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直播模式同時(shí)同步互聯(lián)互通。2019年6月，工信部向中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通，中國(guó)電信，中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入5G商用時(shí)代，標(biāo)志著國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力的提升。5G的研發(fā)和應(yīng)用給老百姓的生活帶來(lái)深刻的變化。催生著電力系統(tǒng)信息管理技術(shù)新的技術(shù)革命[7]。

2.1性能增強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)

關(guān)于5G與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用，主要標(biāo)志就是充分發(fā)揮5G優(yōu)勢(shì)。目前，無(wú)線通信技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。比如，毫米波通信技術(shù)、規(guī)模MIMO技術(shù)。

2.2開(kāi)放軟化技術(shù)

在5G通信網(wǎng)絡(luò)向用戶開(kāi)放端口時(shí)涉及到開(kāi)放軟化技術(shù)。泛在電力通信網(wǎng)絡(luò)使用SDN技術(shù)和NFV技術(shù)，突破了傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的控制模式技術(shù)瓶頸，擺脫了對(duì)電信系統(tǒng)的依賴。把5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)配置融合，還要有相應(yīng)的程序做技術(shù)支持。而電網(wǎng)用戶有很大的差異化，電網(wǎng)電網(wǎng)性能也同樣表現(xiàn)出差異化特點(diǎn)，比如，采集用電數(shù)據(jù)，配電保護(hù)的通信延時(shí)問(wèn)題等，傳統(tǒng)的電力通信是同樣的資源在不同業(yè)務(wù)使用，無(wú)法滿足用戶的較高要求，若將單獨(dú)資源提供給用戶各種差異化服務(wù)，服務(wù)成本太高，且操作復(fù)雜。切換技術(shù)洽能克服這種難題，電網(wǎng)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求以不同的切換技術(shù)處理差異化業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)量身定制、實(shí)時(shí)編排、動(dòng)態(tài)管理的效果[8]。

2.3優(yōu)化自控技術(shù)

以客戶為中心開(kāi)展深入全面的互動(dòng)是電力互聯(lián)的首要目標(biāo)。電力用戶千千萬(wàn)，電力系統(tǒng)若根據(jù)廣大用戶要求優(yōu)化和調(diào)整電力通信網(wǎng)絡(luò)，工作量很大，是不可能的，所以，必須在用戶與電力通信網(wǎng)絡(luò)建立信息鏈接，讓通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶的實(shí)際情況自行調(diào)整。5G通信網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)感知用戶具體需求，實(shí)時(shí)調(diào)配，具有較強(qiáng)的個(gè)性化特點(diǎn)。比如，用戶在什么時(shí)間段使用什么樣的電器設(shè)備，產(chǎn)生怎樣的用電流量，通過(guò)該系統(tǒng)自主優(yōu)化方式改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)參量分配[9]。

3 5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用構(gòu)想

首先，二網(wǎng)聯(lián)合仿真測(cè)試，二網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，都需要較高的安全性和可靠性。不論電力系統(tǒng)仿真軟件的開(kāi)發(fā)或者5G通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)測(cè)試都取得了一定的進(jìn)步。所以，就泛在電力網(wǎng)絡(luò)的分析與測(cè)試的實(shí)際工況與5G通信網(wǎng)絡(luò)有必要聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的仿真軟件系統(tǒng)。其次，二網(wǎng)聯(lián)合優(yōu)化，二網(wǎng)的安全性和用戶隱私保護(hù)，都是重要的研究課題。最后，商業(yè)模式的多樣化問(wèn)題，5G通信技術(shù)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用顛覆傳統(tǒng)的商業(yè)模式。5G技術(shù)增強(qiáng)大量客戶的統(tǒng)籌性，對(duì)交易成本進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)[10]。

4結(jié)語(yǔ)

5G通信技術(shù)剛剛起步，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才開(kāi)始應(yīng)用，未來(lái)人們的生活方式會(huì)發(fā)生改變，電力信息管理與通信技術(shù)會(huì)更加融合、更加優(yōu)化，社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的步伐會(huì)更穩(wěn)健。

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Research on the Integration of? 5G Communication and Ubiquitous Power Internet of? Things

ZHANG Zhen-jie，ZHANG Jie，LI Yu

（Information and Communication Company of State Grid Xinjiang Electric Power Company， Urumqi? Xinjiang? 830000）

Abstract：With the rapid development of Internet technology， cloud computing and big data technology， the application of Internet of things technology is also quietly rising. Due to the development of 5G communication technology， the power system information management technology based on Internet and 5G communication technology has emerged， and the ubiquitous power Internet of things technology has emerged. This paper discusses the integration and development of Internet of things， ubiquitous power Internet of things and 5G communication.

Key words：internet of things;5G communication;ubiquitous power;integrated development