5G時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)的融合

摘要：2019年是5G元年，2020年5G正式投入商用。5G通信因具有高速率、高容量、高可靠性、低時(shí)延和低能耗的特點(diǎn)，受到各行各業(yè)的青睞。當(dāng)前，5G技術(shù)為電力通信技術(shù)奠定了基石，同時(shí)掀起了物聯(lián)網(wǎng)的新風(fēng)潮，得益于物聯(lián)網(wǎng)的新一輪飛躍，電力系統(tǒng)必將向著更可靠、更高效、更智能的方向發(fā)展。本文將初步探討在5G時(shí)代背景下，簡要說明物聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)融合的可能性與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：5G通信;物聯(lián)網(wǎng);電力系統(tǒng)

引言：

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)及核心的，其信息交換和通訊過程的完成也是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)之上的。通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系緊密，物聯(lián)網(wǎng)中海量終端連接、實(shí)時(shí)控制等技術(shù)離不開高速率的通信技術(shù)。而新一代5G通信技術(shù)具有高帶寬、低時(shí)延和低能耗的特點(diǎn)，5G的快速發(fā)展必然會(huì)刺激物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而在電力系統(tǒng)中，5G時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將顯著提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性， 同時(shí)亦能滿足保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展要求， 促使電網(wǎng)水平進(jìn)入一個(gè)更高的層次。

1.5G通信的基本特征

5G是指第5代移動(dòng)通信技術(shù)，其核心是提高性能和滿足多樣化的要求。5G的基本特征包括“三高兩低”——即高速率、高容量、高可靠性、低時(shí)延和低能耗。

1）高速率。5G的用戶體驗(yàn)速率是4G的10倍，峰值速率可達(dá)到20Gbit/s，在電力系統(tǒng)方面，因電力服務(wù)需要采集包括系統(tǒng)實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等在內(nèi)的海量數(shù)據(jù)，高速率為海量數(shù)據(jù)的傳輸提供了強(qiáng)有力的支持，可以更好的滿足智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的需求。

2）高容量。傳統(tǒng)4G通信所連的終端數(shù)量有限，且一般用于手機(jī)，因此長時(shí)間以來，都以民用為主，無法用于海量設(shè)備的連接。而5G高容量的特點(diǎn)恰恰解決了這一問題，據(jù)資料顯示，5G通信每平方公里可以支撐100萬個(gè)移動(dòng)設(shè)備，包括家用電器等，這一特點(diǎn)無疑為電力系統(tǒng)中萬物互聯(lián)提供了巨大的發(fā)展前景與想象空間。

3）高可靠性。據(jù)資料顯示，5G發(fā)送一個(gè)32字節(jié)的第2層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的成功概率需要達(dá)到99.999%，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)保證了通信的可靠性，進(jìn)而保證了電力系統(tǒng)的可靠性。

4）低時(shí)延。傳統(tǒng)4G通信的時(shí)延在50ms左右，而5G通信技術(shù)的空口的時(shí)延僅為1ms，端到端時(shí)延小于10ms，為電力系統(tǒng)及時(shí)靈活地響應(yīng)各種突發(fā)情況提供了支撐。

5）低能耗。傳感器與通信設(shè)備經(jīng)常更換電池，將會(huì)給物聯(lián)網(wǎng)帶來極大阻礙。而5G通信通過優(yōu)化通信硬件協(xié)議等而具備的低能耗特點(diǎn)將有效解決此類問題。

2.5G時(shí)代下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中采用

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的采用

近年來，國家大力倡導(dǎo)清潔能源，優(yōu)秀電力系統(tǒng)的一大特點(diǎn)便是在發(fā)電環(huán)節(jié)對(duì)清潔能源的最大化利用。比如風(fēng)力發(fā)電，盡管我國在風(fēng)力發(fā)電方面已經(jīng)取得了不朽的成果，但據(jù)資料顯示，僅2012年我國就浪費(fèi)了2000億kW·h的電力，經(jīng)濟(jì)損失超過百億。如今仍有一半的風(fēng)力發(fā)電廠沒有盈利。而如今，借助5G時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在風(fēng)機(jī)設(shè)備上安裝先進(jìn)的傳感系統(tǒng)，5G高速率、低時(shí)延的特點(diǎn)會(huì)使得傳感系統(tǒng)將所測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給調(diào)度中心，而調(diào)度中心根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)掌握風(fēng)力機(jī)的出電情況，更好地進(jìn)行調(diào)度，進(jìn)而確保分布式電源在而空范圍內(nèi)。這樣很大程度上提高清潔能源的利用率。

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)的采用

智能變電站之所以能夠自動(dòng)完成信息的采集、測(cè)量、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等功能，依靠的正是通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在5G時(shí)代下，通過物聯(lián)網(wǎng)的遙感監(jiān)測(cè)與5G高速率，低時(shí)延的特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)和狀態(tài)評(píng)估環(huán)節(jié)時(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)成為可能，這樣不但實(shí)現(xiàn)了變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還大大提高了變電站的工作時(shí)效，同時(shí)確保了變電站能夠及時(shí)處理故障，確保了變電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，在對(duì)地下電纜進(jìn)行檢修時(shí)，可將傳感器內(nèi)嵌于地下電纜中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給檢修部門進(jìn)行分析、判斷和決策，及時(shí)排除安全隱患，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)的采用

配電網(wǎng)是指從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級(jí)分配給各類用戶的電力網(wǎng)。配電網(wǎng)不僅設(shè)備多、分布廣、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，而且其安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀況往往直接為用戶感知，所以，有效地掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行，避免隱患擴(kuò)大成故障，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)是配電網(wǎng)運(yùn)維管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著5G時(shí)代的到來，監(jiān)測(cè)部門可以使用無人機(jī)裝載傳感器和高清攝像機(jī)來對(duì)配電網(wǎng)電路進(jìn)行巡檢，并將所監(jiān)測(cè)到的高清數(shù)據(jù)提供給檢測(cè)人員。由于5G具有高帶寬、低時(shí)延等特點(diǎn)，這將大大提高高清數(shù)據(jù)的傳輸效率，同時(shí)讓監(jiān)測(cè)部門及時(shí)掌握故障問題。另外近年來，隨著分布式電源的大量接入，儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步以及電動(dòng)汽車、智能家電等靈活負(fù)荷的出現(xiàn)，配電網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展成可以自動(dòng)控制，主動(dòng)管理的主動(dòng)配電網(wǎng)。通過物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力用戶的用電的監(jiān)測(cè)和分析，從而對(duì)電力系統(tǒng)的配電量做出相應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電力資源的最優(yōu)化配置，提高配電系統(tǒng)的傳輸效率。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)用電環(huán)節(jié)的采用

近年來，新型的靈活負(fù)荷的出現(xiàn)，很大程度上方便了ADN進(jìn)行主動(dòng)管理和主動(dòng)控制。我國現(xiàn)階段的用電采集應(yīng)用比較廣泛，但很多電表只能上傳每天的數(shù)據(jù)，無法做到每0.5h

上傳一次，但未來在5G時(shí)代下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合下，智能電表可以實(shí)現(xiàn)這一要求，以此確保用電設(shè)備在實(shí)際操作環(huán)節(jié)中可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。另外，新型的靈活負(fù)荷本身在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，也可以主動(dòng)參與到ADN的運(yùn)行管理中，在電力系統(tǒng)化的用電環(huán)節(jié)中起到了較為突出的應(yīng)用效果。近幾年興起的降低電壓節(jié)能技術(shù)，依靠的正是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在5G時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合下，智能電表和高級(jí)計(jì)量設(shè)施等對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分析判斷后，在保證其安全可靠運(yùn)行的前提下，可以通過適當(dāng)?shù)亟档推潆妷簛頊p少用電量，從而達(dá)到降壓節(jié)能的目的，這對(duì)我國節(jié)能減排事業(yè)具有重大意義。

3.總結(jié)

為響應(yīng)國家節(jié)能減排的口號(hào)，電力系統(tǒng)正不斷與新興技術(shù)融合，“堅(jiān)強(qiáng)”與“智能”并重是我國電力系統(tǒng)的發(fā)展方向與目標(biāo)。隨著科技的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)與電力網(wǎng)的融合已成為一種趨勢(shì)，而5G時(shí)代的到來，無疑為兩者的融合提供了有力的保障與支持。我國作為人口大國與能源大國，如何謀求長期有效的發(fā)展戰(zhàn)略是勢(shì)在必得的，而5G時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)與電力網(wǎng)的融合，無疑為這一想法提供了契機(jī)！

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作者簡介：徐云鶴（1999.10.26— ）男，漢族，甘肅省蘭州市，本科，就讀于華北電力大學(xué)