5G移動通信技術在降低電力通信系統時延的應用分析

馬波

【摘要】? ? 5G技術的出現，體現出了我國通信技術的新層次，在實際應用當中具有了新的可能。在電力通信系統當中也是如此，需要能夠通過5G技術的應用更好的發揮作用。在本文中，將就5G移動通信技術在電力通信系統的應用進行一定的研究。

【關鍵詞】? ? 5G移動通信技術? ? 電力通信系統? ? 應用

引言：

當前，隨著電力通信系統中大量接入分布式電源，配電網（Power Distribution Network， 35kV及以下）的故障特性發生了顯著改變，傳統依靠過流或者距離元件的故障定位、隔離方法受到了極大的挑戰。電流差動保護技術（Differential protection）作為一種在高壓輸電網中成熟應用的電網技術，具有原理簡單、動作可靠、可適應多端電源接入等特點，可以很好地解決分布電源接入對配電網帶來的諸多困擾。電流差動保護的動作原理是配電自動化終端（Distribution Terminal Unit， DTU）比較兩端或多端同時刻電流值（矢量），當電流差值超過門檻值時判定為故障發生，斷開其中的斷路器或開關，執行差動保護動作，從而實現了配電網故障的精確定位和隔離。

由于對電流差值的判斷需基于同一時刻的電流值，這就要求相互關聯的DTU必須保證時間同步，其時間同步精度<10?s。為了判斷某一時刻電路的電流差值，DTU之間需要周期性的進行電流信息的交互，交互的周期為833μs （DTU每20ms采樣24次， 平均每833μs發送一次采樣信息）。為了實現故障的快速檢測和隔離，交互信息的傳輸時延最大不超過15ms（peer to peer的最大時延），對通信的需求中，重點強調時延、可用性、可靠性。

一、5G技術概述

5G技術是在現階段信息技術不斷發展當中形成的產物，具有大帶寬、大連接、低時延等特征，能夠對人們在實際生產當中信息傳輸、傳輸速率方面的要求進行滿足。在電力通信系統建設當中，考慮與5G技術相結合，更好的滿足電力通信系統以可靠、高效的方式運行，滿足實際工作需求。

5G技術的發展應用，將帶動數字化科技發展變革，能夠有效的融合人工智能、云計算與大數據等技術，以此為基礎形成具有智能化、現代化特征的網絡系統。5G的網絡結構更加靈活，從而能實現毫秒級時延，滿足電力通信系統

二、測試流程

基于5G無線測試系統的差動保護業務流程：

1. DTU開機后，通過電力專用5G CPE連接到5G網絡，并通過CPE的精準授時接口實現小于10μs時間同步。

2.每個DTU采集電流值，并按照預定的833μs周期將電流值通過本端電力專用5G CPE發送給對端電力專用5G CPE，進一步發送給對端DTU。

3.每個DTU接收來自其相鄰DTU的電流采樣值，并比較同一時刻自身采樣值與相鄰DTU的采樣值的差值，若差值超過了某一個閾值，則DTU主動斷開與其相連DTU之間的電路，加以隔離。

三、時延測試（整體及分段測試時延）

差動保護業務重點關注本端DTU接口到對端DTU接口時延。本次測試中，我們以兩個協議轉換服務器之間的ping包時延除以2作為DTU到DTU單向傳輸時延的近似值（考慮到DTU到協議轉換服務器通信時延，及協議轉換時間很小，約0.1ms，可忽略）。

DTU通過解析SV規約，記錄本次上電后與對端DTU通信的最大時延，通過液晶屏顯示。

測試結論：外場空口場景下，通信終端間最大端到端時延< 15ms，滿足測試要求。

四、通信系統可靠性測試

4.1網絡設備可靠性

設備可靠性是指設備機能在時間上的穩定性程度，或者說在一定時間內，不發生問題的程度。本次外場測試的通信系統可靠性可滿足要求，隨設備上網提供可用度預計。

4.2通信模塊在線率

測試終端的在線情況，每分鐘與通信終端通信1次（獲取通信終端的心跳），在線率計算方法為：

在線率 = 實際成功通信次數/理論成功通信次數 * 100%

測試預期 CPE工作正常，ping測返回時延正常，測試期間CPE始終在線

4.3通信模塊可靠性

參照網絡設備的可靠性，本次外場測試的通信模塊可靠性可滿足要求，隨模塊上網提供可用度預計。

4.4丟包率

測試基站gNB在輕載狀態下業務丟包率，采用PC模擬DTU的發包情況，以100000個數據包為1組分別記錄3組。

測試結論：測試期間無丟包，滿足測試要求

五、差動保護和配網自動化業務測試

5.1差動保護業務測試

1.同步和采樣精度測試

根據現場實際CT、PT變比進行設置定值。

單體模擬量測試方法：本側分別加模擬量Ia=2∠0°（A），Ib=2∠240°（A），Ic=2∠120°（A），對側分別加模擬量Ia=2∠180°（A），Ib=2∠60°（A），Ic=2∠300°（A），單相模擬量符合遙測5P20的標準，理論值Id=0（A），允許誤差±0.1A;理論值Ir=2A，允許誤差±0.1A。

單體開入量及壓板測試方法;

斷路器位置通過實際開關的位置，裝置能夠正確顯示分合位，對應的遙信顯示正確;

當總功能壓板退出時，所有保護不出口;

當總功能壓板投入、差動保護壓板投入，差動保護正常動作;

當總功能壓板投入、母線差動保護壓板投入，母線差動保護正常動作。

按照拓撲圖進行數據驗證，本側分別加模擬量，Ia=1∠0°（A），Ib=1∠240°（A），Ic=1∠120°（A），對側分別加模擬量Ia=1∠30°（A），Ib=2∠270°（A），Ic=2∠150°（A），查看對應DTU的DSP數據正確性。角度誤差10°之內不會影響差動保護的可靠動作。

5.2測試步驟

1. DTU開機，并接入5G網絡。

2.啟動繼電保護測試儀。

3.在繼電保護測試儀上修改DTU的電流幅值和相位值，設置同時刻觸發加量測試。

4.在DTU側記錄本側和對側的電流幅值、相位值、差流數據和制流數據。

5.3測試結果

1. DTU上收到的本側和對側電流幅值和相位值能夠與繼電保護測試儀上設置的電流幅值和相位值一致。

2. DTU上查看的差流數據和制流數據能夠與理論值一致。

六、結束語

在上文中，我們對5G移動通信技術在電力通信系統的應用進行了一定的研究。在實際工作開展當中，需要能夠對5G技術特點進行把握，根據電力通信系統運行特點與技術發展需求做好技術的應用，同時積極做好技術的研究優化，在做好電力通信網資源有效優化的情況下，做好電力系統的建設。

參? 考? 文? 獻

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