電力物聯網中5G通信技術的應用

羅方簡

（中通服建設有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引 言

隨著互聯網技術的不斷成熟與完善，現代社會逐漸步入了互聯網時代，構建完善的物聯網平臺是現代社會發展的重要工作之一[1]。通過應用物聯網，有效將虛擬和現實結合到一起，構建出更加全面的信息網絡，有利于現代社會的快速發展。此外，要想進一步完善物聯網功能，使其在實際應用中發揮出更大的作用，必須不斷增加其他方面的先進技術，5G通信是其中較為良好的一種[2]。

1 概念介紹

1.1 電力物聯網

1.1.1 基本概念

現代電力領域快速發展的進程中，均開始對電力物聯網進行建設，即在傳統電力系統內安裝相應的無線傳感元件，以賦予電力系統更加良好的通信性能。電力物聯網并非單一的技術手段，而是由多種通信技術共同構成，如智能化技術、大數據技術以及移動網絡技術等，在諸多技術共同作用下拉近了電力系統、外界環境以及電力工作人員間的距離，提升了信息交互效率。加強對電力系統運行狀況的分析，可以對電力系統的安全、穩定運行提供重要支持。對于電力物聯網來說，主要由4層結構構成，具體如下。

第1層是感知層，作為整個系統的最低層，由諸多傳感器構成。物聯網系統運行時，通過該層獲取電力相關信息，并根據實際需求對數據進行簡單處理。第2層是網絡層，用于數據的傳遞。網絡層中融合了諸多通信技術，如5G通信技術和無線通信技術等，有效將數據與實際信息聯系到一起。第3層是平臺層，用于數據的深層處理。獲取感知層的信息后，根據數據特點將其存儲到特定的數據庫內，并利用相應軟件予以分析，以得到電力系統運行結果。第4層是應用層，根據最終的分析結果，通過數據表格和圖像等方式將其展示給管理者[3]。

1.1.2 特 點

對于電力物聯網來說，主要具備下述幾個方面的特點。（1）可長時間運行，能夠與其他各方面連接到一起，為電力物聯網最基礎的特點。電力物聯網系統運行時，可根據實際需求，將其連接到各種軟硬件設備上，為電力系統運行狀況的監督與管理提供有力支持[4]。（2）感知能力強。系統感知層內安裝了大量傳感器，可采集多方面的電力信息，能夠準確展示出電力系統的運行狀況。（3）連接廣泛。用戶操作時，可利用有線或無線的方式將物聯網系統與其他各系統連接到一起，賦予整個電力系統更強的數據交互能力，有利于上下游數據的銜接[5]。（4）開放共享性。電力物聯網是一個非常廣泛的平臺，電力相關企業均可進入到平臺內部，并將所有信息集成處理后向所有用戶進行共享，這不僅提升了信息的使用效率，而且保證了系統的安全性。（5）創新性。通過應用物聯網可提升電力系統的管理效果，完善電力商業模式，為推動電力領域向著更加良好的方向發展提供支持[6]。

1.2 5G通信技術

1.2.1 基本概念

2013年首次提出了5G發展戰略后，經過5年的研究，5G通信技術正式應用到現實當中。其中，我國于2015年1月開始研發5G通信技術，2019年6月開始發放5G商用牌照，正式應用5G通信技術。經過兩年左右的發展后，我國5G通信技術已經覆蓋到大部分地區，對我國現代社會的發展具有重要意義。之前的數十年當中，無線技術出現了巨大變化，由最開始的1G技術逐漸發展至4G技術，其中3G與4G技術的發展為5G通信技術的出現提供了大力支持，而5G通信技術的發展又推動了現代社會的發展。隨著科學技術的不斷進步，社會當中出現的數據信息容量在不斷提升，從而對系統內部數據傳輸提出了更高的要求。理論上來說，傳統4G技術的信息上傳速率為100 Mb/s，已無法滿足現代社會的需求。而對于5G通信技術來說，上傳速率的理論值達到了10 Gb/s，是前者的100倍，具有更快的信息傳輸效率，有利于現代社會更好的發展[7]。

1.2.2 特 點

5G通信技術存在下述幾個方面的特點：（1）高速率。由上述介紹可知，4G技術上傳速率最高為100 Mb/s，而5G通信技術最高可達10 Gb/s，是前者的100倍，由此表明5G通信技術具有更快的通信效率，能夠在最短的時間內完成數據傳輸工作，有利于結果的分析與判定。（2）大容量。在5G通信技術當中，融入了大規模MIMO等先進技術，使得5G通信設備容量大幅度提升，是4G的幾十倍，也就是說一個基站能夠服務更多的移動設備，網絡用戶量較多時，用戶也可獲得較為良好的上網體驗。（3）低延時。5G網絡運行時，延遲可以達到1 ms以下，即產生相應數據后，5G網絡可在最短的時間內完成數據的采集與傳輸工作，有利于數據的使用。由于5G通信具備上述諸多優勢，因而可將其應用到電力物聯網系統內，進一步提升電力物聯網的通信性能[8]。

2 電力物聯網的需求分析

2.1 配電自動化方面

配電系統是電力系統的重要組成部分，近年來逐漸向著自動化的方向發展。配電自動化系統運行時，應針對實際需求情況設定出合理運行參數，其中在主站對終端的總召頻率方面，設定范圍為1～60 min/次，主站與終端對時間隔設置成1 h，遙信與遙控方面，主站發布指令或是終端出現異常而無法傳輸數據時，頻率應針對具體情況而定[9]。通過實踐調查可以發現，配電自動化終端運行時，在實時性方面，配電自動化的要求如表1所示。

表1 配電自動化實時性要求

2.2 用電信息獲取方面

用電信息模塊是現代電力系統中的關鍵模塊，用于采集用戶的用電信息，通過分析這些信息后掌握用戶的具體用電情況，為判斷用戶是否存在用電異常及收取電費提供支持。相對于傳統人員抄表方式來說，用電信息系統效率更快，準確性更高，大大降低了電力部門的運營成本[10]。在可靠性方面，要求遙控準確率在99.99%以上，首次獲取成功率在95%以上，周期獲取成功率在99.5%以上。在實時性方面，主要參數如表2所示。

表2 用電信息實時性要求

2.3 分布式電源方面

在用戶的四周，可能會安裝一些分布式電源，以滿足不同用戶對電力能源的需求。分布式電源運行時，帶寬方面的主要參數如表3所示，可靠性方面的具體參數如表4所示。

表3 分布式電源帶寬設置情況

表4 分布式電源可靠性參數設置情況

2.4 移動巡檢方面

電力物聯網的移動巡檢共由兩部分構成，一個是移動巡視，另一個是移動檢修。其中，對于前者來說，若無需完成監視工作，則能夠在本地實現，無需遠程通信。對于后者來說，由于存在遠程協助和移動辦公等較為煩瑣的功能，因而在設計時應保證巡檢設備與控制中心進行良好的通信，信息通信的主要內容有文字和影像等[11]。在各種典型業務當中，傳輸速度略有差異：語音信息傳輸時，速率控制在8～64 kb/s；影像信息傳輸時，速率控制在384～2 048 kb/s；數據信息傳輸時，速率控制在64～2 048 kb/s。

3 5G通信技術在電力物聯網中的應用

現代電力物聯網當中，均對5G通信技術進行了應用，具體如表5所示。

表5 5G通信技術在電力物聯網中的應用

配電自動化的設計主要是強化系統供電穩定性。以往以過流保護為主，若出現停電故障將產生巨大影響，且排難難度較大，而應用5G通信技術后能夠較為準確地獲取故障點位置，為故障解決提供幫助。在用電信息采集方面，以計量為主，數據傳輸量少，頻次較低，上行流量多，但下行流量少。此外，應用5G通信技術后，可提升用電數據采集效率，有利于獲得更多用電信息。

配電網早期設計時未能安裝分布式電源，而隨著分布式電源的使用，系統結構出現顯著改變，由單電源結構逐漸變成了多電源結構。用戶不僅為用電方，而且還是發電方，是一種雙向用電模式。這種情況下，通過應用5G通信技術能夠顯著提升配電網的穩定性[12]。而在電力巡檢方面，通過應用5G通信技術能夠在最短的時間內采集、傳輸與分析相關信息，有利于各種故障問題的檢測與處理。

4 結 論

5G通信技術是現代較為先進的通信技術，可將其應用到電力物聯網的配電自動化和移動巡檢等諸多方面，利用5G通信技術有效提升了電力物聯網的通信性能，可為整個電力系統的運行提供大力支持。