5G技術在智慧新能源中的應用

劉德君

（青海黃河上游水電開發有限責任公司電力營銷中心，青海 西寧 810000）

1 智慧能源與5G技術結合的意義與發展要求

1.1 智慧能源與5G技術結合的意義

利用5G技術，結合大數據、人工智能等數字技術，可以改變電力企業垂直行業核心業務的運營方式和作業模式，全面提升運營效率和智能化決策水平。同時，5G技術有助于清潔能源的智能化管理和企業社會價值的提升。

1.2 智慧能源與5G技術結合的發展要求

1.2.1 安全可靠

《電力監控系統安全防護總體方案》（國能安全〔2015〕36號）中要求電力工控系統安全防護需滿足安全分區、網絡專用、橫向隔離以及縱向加密4大要求[1]。由于電網調度遙控需求，場站內通信時延要求在30 ms以內，可靠性要求達到99.999%。對此，一方面應有統一、靈活以及可伸縮的5G網絡安全架構來構建“三橫一縱”的端到端安全體系，打造覆蓋5G基礎設施、網絡、業務和管理的全域安全能力，以滿足不同安全級別的需求。另一方面，5G網絡切片應提供不同業務場景的差異化專網服務。5G網絡切片可提供端到端、多種靈活手段、“邏輯+物理”的QoS保障能力；端到端網絡切片可以完全專用，也可以共享組成部分（無線、傳輸、核心網等），在SLA層面滿足垂直行業應用差異化服務的需求。

1.2.2 經濟協同

通過遙測、遙信、遙控以及完成智慧測量、智慧監控、智慧調整以及智慧視頻。與前期的無線通信制式相比，5G三大業務特性催生新的生產管理方式有質的提升，可助力能源生產，實現遠程管理和控制，加速“機器換人”[2]。

1.2.3 降本增效

5G邊緣計算實現內容、應用與計算的下沉，可兼顧業務時延和計算能力等需求，分場景靈活選擇MEC部署位置，降時延省成本；推動互聯網、大數據、人工智能和能源系統深度融合，打通能源生產、輸送、儲存、消費各環節，使能源更智慧，實現優化生產、遠程集控、智能巡檢以及智能運維[3]。

2 5G智慧能源發展現狀

聯合國家電力投資集團有限公司（簡稱“國家電投”）在江西光伏電站成功完成全國首個基于5G網絡的、多場景的智慧電廠端到端業務驗證，通過中國移動超大帶寬、超低時延、超高可靠的5G網絡，成功實現無人機巡檢、機器人巡檢、智能安防以及單兵作業4個智慧能源應用場景，打造無線、無人、互聯、互動的智慧場站，這是5G技術在智慧能源行業應用的重要突破。

2.1 機器人巡檢

2.1.1 業務場景描述

利用5G大帶寬技術，實現5G網聯機器人多路巡檢視頻及各種傳感信息（紅外、溫感、濕感、輻射）綜合回傳，以及集控中心遠程操控作業。

2.1.2 5G應用價值

替代現有WiFi+專線方式，擴展機器人巡檢范圍，實現5G網聯機器人百兆級巡檢視頻回傳、百毫秒級遠程控制。

2.2 無人機巡檢

2.2.1 業務場景描述

利用5G大帶寬技術，實現5G網聯無人機巡檢視頻圖像實時高清回傳，以及集控中心遠程操控作業。

2.2.2 5G應用價值

替代現有WiFi+專線方式，擴展無人機巡檢范圍，實現5G網聯無人機百兆級巡檢視頻回傳、百毫秒級遠程控制。

2.3 智能安防

2.3.1 業務場景描述

利用5G大帶寬技術，通過全景鷹眼攝像頭連接5G CPE模組，實現場站全景高清視頻的實時監控及綜合環控。

2.3.2 5G應用價值

替代現有專線方式，實現百兆級監控視頻回傳。

2.4 單兵作業

2.4.1 業務場景描述

利用5G大帶寬技術，通過智能穿戴設備連接5G CPE模組，實現智能穿戴設備百兆級以上音視頻的實時回傳和人員定位。

2.4.2 5G應用價值

替代現有4G/WiFi方式，實現音視頻和人員定位信息實時回傳以及遠程作業指導。

3 青海省發電企業場站通信現狀與要求

針對青海省發電企業場站生產環節現狀及痛點，本文開展了5G智慧能源應用示范項目交流。現以全球最大的青海省海南州共和縣光伏發電基地為例開展進一步探討。

3.1 通信現狀

生產對無線通信有需求，之前曾探索過專網、4G、WiFi等多種方式，但由于以往無線通信方式無法滿足電力生產對安全性、可靠性的要求，同時受制于能源局36號令以及電網企業對安全隔離管控的要求，目前生產一、二大區只能用有線方式接入。

3.2 通信需求

（1）要求服務于生產環節的無線網絡超低時延、超高可靠；（2）滿足上級單位要求的安全隔離——內外網隔離、生產控制大區與其他業務之間物理隔離、各大區內部不同業務之間邏輯隔離；（3）對網絡可管可控；（4）光伏電站面積大，希望實現人員、車輛精準定位及管控。整體上，要求服務生產的5G網絡安全可靠、可管可控。

4 5G技術助力智慧新能源體系建設的方案探索

4.1 5G智慧新能源電站解決總方案

5G智慧新能源電站解決方案見圖1。對于生產控制大區，針對安全隔離要求較高、交換時延要求較高的生產數據，采用5G邊緣計算實現核心網下沉場站，數據本地交換。對于管理信息大區，針對非實時、長周期分析的管理數據，可將數據回傳至集控中心遠程處理，實現遠程集控、智能運維、無人值守。

4.2 場站通信管理

新能源場站行業專網如圖2所示。

4.2.1 光伏生產類

“旗艦‘定遠號’居中，‘鎮遠號’在右側護衛旗艦，‘靖遠號’‘致遠號’在左側護衛，‘來遠號’‘經遠號’‘廣甲號’‘濟遠號’‘超勇號’‘揚威號’兩兩一組，各分左右，排成人字陣型！”伴隨著緊張的傳令聲，荷塘北岸的孩子們認真地握緊手中遙控器，控制著從荷塘北岸緩緩朝南行駛的十艘懸掛黃龍旗的航模艦艇。

利用5G實現場站設備間的無線通信與設備控制，中央控制算法下沉至場站中控室實現生產設備實時遙控，并實現生產控制大區與管理信息大區的安全隔離。

圖2 新能源場站行業專網

（1）場站設備遙控采集。5G提供場站全量信息百兆級帶寬接入能力及毫秒級信息采集能力，實現中控室到組件、支架、逆變器等生產單元數據遙控及采集，助力精細化生產管理。

（2）集中控制算法下沉。通過5G邊緣計算架構實現中央云算法應用下沉到場站中控室，加大數據采集頻次和維度，實時調控光伏板支架傾角及逆變器有功無功參數，提升發電量。

（3）生產管理業務隔離。通過5G網絡切片技術實現生產控制大區與其他業務的物理隔離，以及各大區內部不同業務之間的邏輯隔離，滿足安全隔離要求。

4.2.2 風電生產類

利用5G實現場站設備間的無線通信與設備控制，中央控制算法下沉至場站中控室或風機主控實現生產設備實時遙控，并實現生產控制大區與管理信息大區的安全隔離。

（1）場站設備遙控采集。5G提供場站全量信息百兆級帶寬接入能力及毫秒級信息采集能力，實現中控室到風機主控生產數據遙控及采集，不同風機間協同控制。

（2）集中控制算法下沉。通過5G邊緣計算架構實現中央云算法應用下沉到場站中控室或風機主控，加大數據采集頻次和維度，實時調控風機變頻、變流、變槳等相關參數，提升發電量。

（3）生產管理業務隔離，同光伏生產類。

5G方案優勢：網絡扁平化，有效解決現有光纖環網后適配困擾；降低施工維護成本及電磁干擾影響；提高生產管理效率及數據接入靈活性，拓展應用場景。

4.3 新能源管理

4.3.1 智能巡檢

利用5G結合無人機和機器人應用，實現巡檢終端視頻實時回傳及作業遠程控制，擴展巡檢范圍，助力實現無人值守場站。

4.3.2 智能安防

利用5G結合物聯網及人工智能，提供全景高清視頻監控及綜合環控能力，實現人車物精準識別定位，有效防范非法入侵、違規作業等不安全行為。

4.3.3 智能運維

利用5G實現場站設備運行狀態采集監控，支撐集中調控、大數據精準分析及診斷應用。

4.3.4 應急指揮

利用5G實現多路高清視頻單兵終端同時接入，更全面、詳實地掌握現場情況，支撐多媒體的應急調度指揮應用。

5 結 論

本文主要就智慧能源與5G技術結合的必要性、5G智慧能源發展現狀、青海省發電企業場站通信現狀與要求、5G技術助力智慧新能源體系建設方案探索4個方面進行了具體介紹。通過此次5G智慧能源應用示范項目交流、5G技術在智慧新能源中的應用探究，有望針對新能源生產場景開展更多應用示范，從而達成5G垂直行業應用合作，助力能源互聯網發展。