5G通信與泛在電力物聯網的融合研究

傅 宇

（廣東宜通衡睿科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國在2016年，發布了智慧型能源的指導意見，要求各企業加強信息與物理系統的融合，建立全新的商業模式，提高能源的使用效率。而促進5G通信與泛在電力物聯網的融合，不僅是響應國家提倡的可再生能源政策，也是促進互聯網發展的重要方式，為了保證二者的融合質量，首先要全面掌握二者特征與特點，確保結合效果得到完整呈現。

1 5G通信與泛在電力物聯網的基本概述

1.1 5G通信

5G通信即是第五代移動通信技術，能夠實現人與人的在線交流，為用戶提供虛擬現實環境，并通過數字信號的增強，使人們產生身臨其境的感受，得到高質量的服務體驗，當前5G技術的應用十分廣泛，不僅能滿足智能家居、工業控制等物聯網應用需求，還能有效解決復雜的通信問題，是我國經濟社會進行智能化、網絡化轉型的重要基礎設施。其工作原理是以數字信號為基礎，利用電磁波的自由傳播，使不同的頻譜頻率在有限的范圍內進行高效移動，從而實現資源的在線分享[1]。

5G技術的基本特征可概括為“3高2低”，即是指：（1）高速率，5G通信的峰值效率需要滿足10-20Gb/s，使視頻、VR信息在傳輸時能夠保持穩定、高效，不會受網絡波動的影響，導致數據誤差；（2）高容量。與傳統的4G通信相比，5G通信進一步擴展了自身能夠連接的終端設備數量，每平方公里可以支持100萬個移動產品的網絡運行，使信息傳遞的區域范圍更廣，為電力系統的信息互聯提供了巨大的發揮空間；（3）高可靠性，5G技術能夠使空中接口的延遲降至1ms，從而大幅度提升信號的抗干擾能力，有效降低數據單元在傳送時無法抵達信息終點的可能性，在保證通信可靠性的同時也加強了電力系統的運行質量；（4）低能耗，5G通信可以通過優化網絡協議，降低傳感器與設備進行信息交互的次數，以此起到延長電池壽命的作用；（5）低時延，5G的頻譜效率要比LTE的傳遞速率高出3倍以上，流量密度可達10Mbps/m2，移動性也能夠滿足大部分工業應用場景，使電力系統能夠響應各種數據變化，并為物聯網提供有效的技術支持。

1.2 泛在電力物聯網

泛在電力物聯網是在2019年由國家電網在三型兩網建設中提出的，重在加強互聯網企業的能源戰略部署，使電網運行更安全、更高效。其基本結構可分為：感知層，即是借助內置傳感器，將實時采集的電網信息以及設備運行狀態，通過智能系統傳遞到各個區域內的電能表中，以供用戶進行查看；網絡層，是將移動通信和局域網中的通信協議進行實現，使各個傳感器都能實現遠程操控的功能；管理層，主要負責數據的統一存儲，并借助互聯網完成相關信息的跨主體傳遞，從而為電網技術人員提供真實、有效的數據參數和應用理論；應用層，能夠完成電力與信息的互聯互通，并借此拓展更多的業務模式，在提高用戶服務質量的同時，推動泛在電力物聯網的進一步發展，促進通信網、業務網的深入融合，加強電力設備的包容性。

2 5G通信與泛在電力物聯網的融合分析

2.1 5G通信提升泛在電力物聯網的應用性能

2.1.1 動態檢測

5G通信的自治優化技術能夠提高電網及電力設備的動態監測質量，使相關運行數據被實時傳遞到操作平臺，幫助工作人員及時發現設備故障和異常，從而提高解決效率。通過在配電網的各個節點處安裝傳感電源、變壓器等裝置，使電壓的幅值、相角以及設備網絡運行參數都能夠被系統精準捕捉，并通過后臺程序分析，進一步優化電網拓撲結構。而且技術人員還可以利用5G技術低時延的特點，通過在配電系統中安裝溫度感應器，來實時獲取電力設備的運行狀態，從而在進行后期維護、檢修時能夠使治理方案更具有針對性，減少不必要的資金支出[2]。

2.1.2 精準控制

由于5G技術的傳遞速率極高，能夠使智能系統及時響應各種應用需求，并作出正確、合理的變化，從而達到精準控制的目的。比如在無人汽車領域，5G通信能夠為車載裝置提供可靠的數據支撐，使行駛中的汽車，可以以最低的處理時效，進行啟動、停止、轉彎等決策，以此起到保護人身安全的作用。同時，5G技術可以大幅度強化泛在電力物聯網的儲能控制功能，并根據不同的用戶需求，進行差異化信息管理，確保系統的高效運行并保持較高的靈活度，提高信號交換的效率。除此之外，在電子設備控制方面，5G技術能夠使配電網的可接入數量大幅提升，進一步實現可再生能源的重復使用。

2.1.3 測量與計算

5G通信具有萬物互聯功能，能夠將海量數據進行在線交互，改變了以往由于上傳速率低下，傳輸的信息內容只能保留最基本的應用參數的工作模式，使電力系統能夠進行多元化的數據采集，確保重要信息不會在傳遞的過程中，出現遺漏、缺失的情況。比如：傳統的居家智能電表，只能以小時為信息單位，保留用戶當天用電量的信息。這種記錄方式不僅復雜、繁瑣，還使后續的分析工作難度增大，無法準確讀取用戶的實際用電值。但5G通信則可有效解決此類問題，其本身的通信速率極高，甚至能夠達到秒級的用電功率記錄，可以將家庭用電設備按照使用類型進行能源劃分，幫助技術人員在讀取相關數據時，能夠建立更詳細的電能分布圖，從而減少研究誤差，并為用戶制定更科學的用電計劃。

2.1.4 寬帶通信

第一，5G通信的性能增強技術，可以使泛在電力物聯網的配電感知功能更全面、更個性化，通過在無人機內應用5G通信，可以使電力線路的畫面以視頻形式傳遞到操作平臺，幫助決策者制定更完善的處理策略，而且無人機除了檢查設備的運行情況，還能對光伏板沾灰量和儲能裝置的安全程度進行有效監測，一旦發現其安全系數低于標準值，會立即發出警戒信號，提醒管理人員進行清洗、加固等工作，保證用電設備的高效運行。第二，在VR虛擬現實方面，5G通信能夠將虛擬環境構造的更真實，為使用者提供高質量的視覺體驗，將其運用在泛在電力物聯網中，可以實現配電網絡的全方位呈現，幫助技術人員了解區域內的具體細節，使后續的巡查、管理工作更方便，從而節約人力、物力、財力資源的使用。

2.2 泛在電力物聯網加強5G通信的能效管理

2.2.1 降低能耗

5G通信系統的耗電比極高，隨著該技術的進一步發展，通信基站的建設數量也越來越多，如果不及時控制運行過程中產生的能源消耗，會使企業無法承受成倍增長的費用支出，影響泛在電力物聯網的有效使用。為了解決此類問題，需要進一步提高泛在電力物聯網與電力配電網的聯系，實現能源與信息的高度耦合，確保在二者的作用下，使5G通信能夠獲取充足的應用能源。比如當夜晚通信負載較低的情況下，可以適當減少電子設備的運行功率，甚至在不影響系統正常運行的前提下，可直接關停基站，借助其內部的儲能裝置，進行低功率能源傳送，維持通信的基本消耗。而運營商也可適當降低使用電價，幫助UPS電池進行負荷調整，加強5G通信的能耗管理。

2.2.2 完成供需互動

首先5G基站的功率需要重新分配，將泛在電力物聯網中的資源效率通過功率放大器進行增加，使滿足性能約束條件的數據吞吐量能夠符合系統容量，保證電力系統的最優配置。其次，要避免大量能源對信息傳輸造成不利影響，通過大量收集設備周圍可再生能源，將其有規劃的分配到通信基站中，可以減少不必要的電能支出，加強5G通信能效管理質量。最后，要完成多元化的商業模式，促進泛在電力物聯網的可持續發展，比如在可交易能源環境下進行P2P交易，借助5G通信技術低能耗的特點，減少通信成本。或者建立虛擬電廠，借助5G通信高容量的優勢，將海量對象儲存在系統內，當進行能源調用時，可在云端進行在線匹配，選在最佳的管理計劃，以此協調電廠的運營模式，確保虛擬電廠能夠穩定運轉。

3 結束語

綜上所述，通過分析當前5G通信與泛在電力物聯網的基本定義和相關特征，提出二者在動態檢測、精準控制、測量與計算、寬帶通信等方向上的應用融合，以及泛在電力物聯網對5G通信能效管理的優化方式，幫助各企業更好的運用相關技術，保證電力系統的穩定運行，促進行業的可持續發展，以此達到二者同步發展的目標。