基于5G移動通信技術(shù)的電力系統(tǒng)通信分析

唐忠杰

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

5G移動通信技術(shù)具有多樣化特征，能實現(xiàn)短時間內(nèi)大量數(shù)據(jù)信息的傳遞。為了保證電力通信系統(tǒng)的規(guī)范化，要整合技術(shù)要點，在實際應(yīng)用中實現(xiàn)問題的細化，拓展技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，為電力系統(tǒng)全面可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 5G移動通信技術(shù)概述

1.1 內(nèi)涵和特點

5G是新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施體系中重要的組成部分，從2019年10月末開始，我國大范圍推廣5G套餐，并且在11月份正式上線，5G網(wǎng)絡(luò)商用時代正式開啟。相較于傳統(tǒng)的4G技術(shù)，5G技術(shù)的速率更高，并且具有超低時延和超大連接的技術(shù)特征，能優(yōu)化移動終端傳輸效果，并且能滿足萬物互聯(lián)的基本需求[1]。

1.2 應(yīng)用場景

正是基于5G技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，其在各個領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍也在擴大，建立以用戶為核心的全方位信息生態(tài)系統(tǒng)，為用戶提供更加全面的交互體驗，在不同場景中發(fā)揮5G移動通信技術(shù)的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)信息多元發(fā)展的目標。

1.2.1 eMBB場景

eMBB指增強移動寬帶應(yīng)用場景，在原有移動寬帶業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上建立更新模式，從而實現(xiàn)用戶體驗性能的進一步升級。目前，eMBB場景主要涉及高清視頻、虛擬現(xiàn)實以及增強現(xiàn)實等環(huán)節(jié)，能實現(xiàn)100 Mb/s的用戶體驗速率等要求，能滿足500 km/h以上的移動需求。最關(guān)鍵的是，依托5G移動通信技術(shù)的低時延特性，建立虛擬現(xiàn)實沉浸式體驗具有較為突出的應(yīng)用優(yōu)勢，符合人們對超大流量以及超高速傳輸?shù)囊蟆?/p>

1.2.2 mMTC場景

mMTC指智慧城市和智慧家居等方面的應(yīng)用模式，為行業(yè)多樣化和差異化發(fā)展予以支持。例如，將5G移動通信技術(shù)應(yīng)用在智慧電表中，能建立更加長期的電池壽命裝置應(yīng)用體系，并且符合不同應(yīng)用結(jié)構(gòu)中物聯(lián)網(wǎng)裝置的標準[2]。

1.2.3 uRLLC場景

一般應(yīng)用在AR技術(shù)或者是VR技術(shù)結(jié)構(gòu)中，并且在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能電網(wǎng)以及智能家居管理方面也有所涉及。其中，較為典型的應(yīng)用模式就是工業(yè)控制，這類應(yīng)用場景更加關(guān)注其低時延的敏感性，相較于以往的蜂窩移動通信技術(shù)，5G技術(shù)為基站和終端之間建立更加合理的溝通鏈路提供了保障。

2 電力系統(tǒng)中應(yīng)用5G移動通信技術(shù)情況

在5G移動通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)是關(guān)鍵內(nèi)容。利用可支持無線通信技術(shù)的高頻傳輸模式，能實現(xiàn)合理性傳輸管控。若是頻率參數(shù)較高，則對應(yīng)能支持的應(yīng)用范圍更廣。5G移動通信技術(shù)正是基于其高傳輸速率、低時延特點以及可進行同頻率全雙工應(yīng)用模式能更好地完成信息管理，并且在電力系統(tǒng)中應(yīng)用還能為信息傳輸容量的管理提供保障，支持全天候不間斷通信。

2.1 物聯(lián)技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，電力通信系統(tǒng)也在全面升級，能實現(xiàn)智能設(shè)備的互聯(lián)互通，并且匹配遠程操作模式，打造更加合理高效的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。在4G通信技術(shù)支持下，已經(jīng)能實現(xiàn)遠程智能手機連接操作家電工作或者是關(guān)閉等指令，而在5G移動通信技術(shù)體系下，能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的更廣、更快覆蓋處理，數(shù)據(jù)流量更大，對一些較為復(fù)雜的智能設(shè)備也能實現(xiàn)連接管理，這對于推動物聯(lián)技術(shù)應(yīng)用和擴展物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)模具有重要意義[3]。

2.2 智能巡檢

正是基于5G移動通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率較高的特征，將其應(yīng)用在電力系統(tǒng)機房智能巡檢工作中，能夠監(jiān)督移動終端的控制信號，并且有效轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣畔⒔换ツＪ剑S持物聯(lián)基礎(chǔ)的同時，應(yīng)用AR技術(shù)方案實現(xiàn)多角度和多信息的管控，有效將虛擬現(xiàn)實套用在現(xiàn)實世界，以便于建立完整的信息交互控制體系。

由圖1可知，應(yīng)用5G移動通信技術(shù)能搭建更加合理的巡檢管控模式，并且維持綜合應(yīng)用的效率。在應(yīng)用系統(tǒng)中，巡檢人員依據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)機房巡檢的基本需求，建構(gòu)業(yè)務(wù)區(qū)域機房智能巡檢應(yīng)用控制模式，并且要充分考量電力機房中不同系統(tǒng)的運行特征，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)遙感監(jiān)測技術(shù)和5G技術(shù)低時延以及高效率的應(yīng)用優(yōu)勢，及時匯總采集的數(shù)據(jù)，然后交予運維人員進行數(shù)據(jù)的檢索分析，從而更好地落實檢修計劃和維護保養(yǎng)工作，確保能及時排查安全隱患，提升電力系統(tǒng)運行的安全性[4]。

圖1 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

另外，現(xiàn)場運維人員在實際操作中若是遭遇技術(shù)難題，也能借助對應(yīng)的App系統(tǒng)和后臺人員進行交互，后臺人員利用AR場景配置的AR眼鏡與系統(tǒng)信息交互模塊進行故障現(xiàn)場視覺情況的處理，真正意義上實現(xiàn)故障機體精準配件管理目標，從而將圈點數(shù)據(jù)直接和機體重合，有效指導(dǎo)對應(yīng)故障問題的處理工作。

綜上所述，在電力系統(tǒng)巡檢工作中應(yīng)用5G移動通信技術(shù)方案能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化管理、告警信息自動化匯總以及遠程專家診斷和智能控制等目標，最大程度上維持電力系統(tǒng)巡檢工作的整體水平。

2.3 電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用5G移動通信技術(shù)，是將集成化業(yè)務(wù)內(nèi)容和分組業(yè)務(wù)內(nèi)容予以融合的重要方式，能在滿足時分復(fù)用技術(shù)（Time Division Multiplexing，TDM）業(yè)務(wù)實時性需求的基礎(chǔ)上，發(fā)揮其突發(fā)性應(yīng)用好且速率高的優(yōu)勢，更好地處理相關(guān)服務(wù)類內(nèi)容。對于電力系統(tǒng)而言，多數(shù)業(yè)務(wù)的通信方法都較為集中化，也就是說，主站之間要建立雙向通信模式，主要是借助變電站完成轉(zhuǎn)化工作。而其他的安全系統(tǒng)業(yè)務(wù)內(nèi)容、財務(wù)管理營銷內(nèi)容以及信息服務(wù)內(nèi)容等都會集中在分層業(yè)務(wù)項目中，按照執(zhí)行站的相關(guān)要求落實自動化調(diào)度、電表管理、視頻監(jiān)控、集中業(yè)務(wù)處理等內(nèi)容[5]。因此，應(yīng)用5G移動通信技術(shù)就能搭建更加高速的傳輸網(wǎng)絡(luò)，滿足集中式服務(wù)大規(guī)模部署要求，配合工廠站和電力系統(tǒng)調(diào)度中心開展相關(guān)工作，搭建微型5G系統(tǒng)，從而匹配更多的業(yè)務(wù)接口完成業(yè)務(wù)規(guī)劃工作。5G移動通信技術(shù)電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)如圖2所示。

圖2 5G移動通信技術(shù)電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)

2.4 云端技術(shù)

隨著智能化時代的發(fā)展和進步，高速數(shù)據(jù)傳輸和管理是維持數(shù)據(jù)應(yīng)用控制工作質(zhì)量的重點，要結(jié)合數(shù)據(jù)應(yīng)用要求落實更加合理的智能共享數(shù)據(jù)方案，確保數(shù)據(jù)信息存儲和管理效果更有效。

首先，應(yīng)用5G移動通信技術(shù)提升信息數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性，針對數(shù)據(jù)流予以分類監(jiān)督，支持更加多元化的信息管理模式，維持綜合控制效果。最關(guān)鍵的是，5G移動通信技術(shù)能整合對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，減少時延較長造成的信息失衡[6]。

其次，5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用能搭建更加靈活可靠的信息交互平臺，并且在信息管控和處理的過程中更加滿足人們的個性化數(shù)據(jù)信息管理需求，匹配不同用戶的特征和標準，配合云計算技術(shù)，就能實現(xiàn)通信服務(wù)內(nèi)容的多樣化目標，確保電力系統(tǒng)應(yīng)對實時性要求的能力得以提升。

最后，云計算技術(shù)逐漸向著移動設(shè)備云發(fā)展，應(yīng)用5G移動通信技術(shù)就能建立深層次互聯(lián)模式，在滿足多樣化云設(shè)備功能需求的基礎(chǔ)上，提升設(shè)備的運行能力，并著重分析用戶的差異化需求，保證通信資源的多樣化和規(guī)范化。

2.5 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)中應(yīng)用5G移動通信技術(shù)，主要是應(yīng)用5G切片技術(shù)，為電網(wǎng)提供虛擬網(wǎng)絡(luò)，減少信息傳輸中的延遲問題和卡頓問題，并且為實時性監(jiān)督管控提供保障。例如，國家電網(wǎng)主要分為常規(guī)意義上的電網(wǎng)系統(tǒng)和提供數(shù)據(jù)支持的信息通信網(wǎng)，要想維持應(yīng)用規(guī)范性，就要匹配實際應(yīng)用標準，整合5G網(wǎng)絡(luò)切片智能電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范[7]。

一方面，在新能源技術(shù)全面發(fā)展的時代背景下，新能源碎片化以及季節(jié)性波動等問題也逐漸暴露出來，無形中增加了電網(wǎng)運行的壓力。無論是輸送電、退網(wǎng)還是能源并網(wǎng)，要想實現(xiàn)更好的運行目標，就要匹配毫秒級響應(yīng)要求。而5G移動通信技術(shù)能滿足相關(guān)標準，建立完整的分析機制和控制體系，從而更好地調(diào)動大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)視頻圖像管理、環(huán)境數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)事項管理、電量負荷管理以及并網(wǎng)結(jié)算電量數(shù)據(jù)管理等。

另一方面，5G移動通信技術(shù)能為多元用戶供需互動用電工作予以支持，打造用戶業(yè)務(wù)平臺、核心網(wǎng)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和基站系統(tǒng)等相關(guān)組成部分的融合，確保信息技術(shù)和電力系統(tǒng)緊密耦合且能更好地滿足通信技術(shù)的應(yīng)用需求，維持技術(shù)和電網(wǎng)深度融和處理的狀態(tài)。

3 電力系統(tǒng)中應(yīng)用5G移動通信技術(shù)的愿景

目前，5G移動通信技術(shù)在不斷地摸索和拓展，相關(guān)技術(shù)方案也將實現(xiàn)全面升級。未來幾年，5G移動通信技術(shù)向著定向波束方面發(fā)展，將天線技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)融合在儀器，從而在固定范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和信號的終端處理，為移動設(shè)備通信環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化提供保障，減少其他因素造成的影響，確保自動站和變電站之間能夠搭建更加完整且安全的信號直接傳輸與接收模式[8-10]。

4 結(jié) 論

5G移動通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將向著更加多元的方向發(fā)展，促進電力系統(tǒng)全面進步，提高信息交互和數(shù)據(jù)共享的及時性，也能及時檢索問題和故障，確保電力系統(tǒng)綜合管理效果滿足預(yù)期，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益以及管理效益的和諧統(tǒng)一。