泛在電力物聯網中5G通信技術的應用研究

張嵐嵐

（廣東電網有限責任公司 潮州供電局，廣東 潮州 521000）

0 引 言

隨著市場經濟的不斷發展和進步，電力行業也出現高速轉型的趨勢。隨著大規模新能源接入、用電負荷需求側響應等快速發展，各類電力終端、用電客戶的通信需求暴增，傳統光纖通信專網難以滿足海量的采集控制終端接入需求。為了進一步推動智能電網和泛在電力物聯網的發展進程，要積極融合5G移動通信技術，從而促進能源互聯工作的落實。

1 泛在電力物聯網中5G通信技術的應用概述

1.1 可開展電力業務

在5G通信技術發展進程中，其主要的應用場景分別為增強移動帶寬（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量機器通信（massive Machine Type of Communication，mMTC）以及超可靠低時延（ultrareliableand Low Latency Communications，uRLLC），能建立更加高效便捷的信息管理模式。而將5G通信技術應用在電力系統中，主要是打造用電信息實時性采集模式、狀態監控模式以及電力系統資產管理模式等，真正意義上從時間維度和業務維度兩個方面維持綜合應用效果[1,2]。具體業務體系見圖1。

圖1 電力業務應用5G通信技術模式

由圖1可知，在電力系統生產控制區內，差異化業務對于時延參數以及信息可靠性的要求不同。此時，超可靠低時延應用場景內時延能控制在1 s以下，可靠性能達到99.9%～99.99%。分布式配電自動化模式、高精度授時處理、精準負荷控制等方面應用5G通信技術能實現應用效益和處理響應效能的全面提升。此外，增強移動帶寬應用場景則更加關注高帶寬要求的業務內容，在電力系統中電網信息管理、自然災害防護等方面應用5G通信技術的效果更好。

外部區域業務場景對于增強移動帶寬場景、海量機器通信場景的要求更多，例如無人車、互動支付以及業務查詢等內容。而節能系統、能耗系統等更加側重于海量機器通信場景。綜上所述，借助5G通信技術能打造更加權威且合理的應用平臺，實現業務效率的全面提升。

1.2 關鍵技術

第一，基于5G通信技術的智慧電廠智能化運維技術能在滿足通信性能指標要求的同時，減少地下廠房深度對信號傳輸質量產生的影響，并且最大程度降低信號覆蓋盲區的范圍，為深度覆蓋工作的全面落實提供保障。與此同時，智能化運維技術還能將平均電場強度控制在2845 V/m左右，為精準控制和應急通信業務管控予以支持。

第二，基于5G通信技術的智能監控技術主要是對自然災害條件下運行狀態予以實時性監控和告警，配合相應傳感器完成數據的采集，并且利用高速信息數據傳輸通道有效預測設備的工作趨勢、計算設備轉換工作狀態的時間，為感知效果和預測效果的優化提供保障[3,4]。例如，在2019年，南方電網就聯合華為、中國移動以及廣東省電信規劃設計院對各地區進行應急通信的測試分析，配合無人機、感知設備搭建更加規范的指揮決策系統。

2 泛在電力物聯網對5G通信技術業務的需求

相較于傳統的4G技術體系，5G移動通信技術能更好地滿足泛在電力物聯網對電力業務應用管控的需求，具體如表1所示。

表1 通信需求

基于5G通信技術的優勢作用，泛在電力物聯網能在應用技術方案的同時滿足應用需求，打造更加合理的支撐體系。

3 泛在電力物聯網中5G通信技術的應用路徑

基于5G通信技術高速率、低時延以及高容量的特點，將其應用在泛在電力物聯網體系能在打造更加合理的新能源并網應用模式的同時，配合監控機制和調控保護機制提升應用效率，為業務綜合管理提供保障，實現多元管理的目標。

3.1 分布式新能源及儲能并網

新能源的使用范圍在不斷擴大，為了建構更加完整的技術應用平臺，要在明確分布式新能源不確定性和間歇性特點的同時，結合分布式儲能電站持續性接入的技術應用要求，發揮5G通信技術的作用。

建立數據實時性交互模式，對可再生能源予以系統化評估分析，并且判定分布式儲能調節能力和分布式新能源發電效果。建立規范預測體系后，更好地推進分布式新能源協調數據交互模式的發展。

在分布式新能源體系中，電力電子裝置要想接入電網，需要配合良好且高速的通信技術體系。隨著信息量和數據流的增大，傳統的4G無線專網已經無法滿足其時延、速率以及可靠性的需求，利用5G通信技術就能實現精準控制。

在泛在電力物聯網體系中，分布式風電終端、光伏終端以及儲能終端等利用5G通信技術都能更好地應對海量信息，為大連接業務的拓展提供保障[5-7]。

3.2 協同調度與穩定控制

近幾年，分布式新能源的應用范圍在不斷擴大，電動汽車行業、儲能裝置等快速發展，這些使得電網的應用結構更加復雜和多變。要想打造完整的協同調度處理模式，就要對新能源和相應負荷建立完整的控制體系。依據差異化平臺的應用需求落實對應的方案，確保電網調控工作更加貼合實際，保證實時性調度處理的綜合效果符合預期。

3.3 用戶負荷感知和調控單元

泛在電力物聯網中應用5G通信技術最大的優勢就是能夠建立實時性信息數據監控體系，更好地打造應用平臺，提升用戶負荷管理效果。隨著用戶側智能終端設備數量不斷增多，配合5G通信技術可以對大量實時性運行狀態數據予以分析，有效評估應用模式，從而維持緊急控制的規范性，為挖掘用戶的應用需求和潛在需求給予支持，保證配網智能調度工作順利開展。

3.3.1 建立用戶狀態信息的感知模塊

對用戶的用電信息展開綜合管理，在匯總信息的同時，保證信息應用處理工作順利開展，提升用戶監督管理流程的規范性。基于5G通信技術的高速率和高帶寬特點，對電力末端用戶側予以覆蓋處理，整合管控模式，為“最后一公里”數據傳輸工作的全面展開提供保障。此外，在用戶狀態感知模塊中，還能對電網運行工況和用戶運行狀態予以綜合匯總，實現信息管理工作的全面進步。

3.3.2 建立用戶緊急控制的感知模塊

利用5G通信技術對用戶側負荷情況以及信息內容予以感知分析，然后結合電網故障問題建立全網定位調控機制，有效發揮穩控技術的應用優勢，確保能對電力用戶進行負荷單元的管理，保證精準控制工作更加規范和有效[8]。在精準負荷控制系統中，裝置的相應時延要控制在10 ms以下，不僅能滿足通信低時延的需求，而且也能打造精準負荷切換管控體系，保證緊急控制業務工作順利開展。

3.3.3 建立統一型電網調控模塊

基于5G通信技術的低時延特性，工作人員在技術應用平臺中能對用戶進行柔性分析，更好地了解電網調峰和負荷管理的要點，保證柔性負荷能作為關鍵性負荷內容參與到電網調控工作中，維持電網尖峰負荷管理的規范性，也為提高運行平臺的可靠性、安全性提供保障。

3.4 配電網調控保護

一方面，依據5G通信技術海量信息應用實時性采集和傳輸的管理要求，及時建立終端負荷信息、母線信息以及變電站信息協同管控機制。同時，搭建配網態勢感知和運行管理體系，為廣域量測提供良好的發展空間。另一方面，結合5G通信技術的應用規范，對配網終端予以狀態參數的分析和處理，實現全方位、多角度感知管控，確保實時性監控平臺運行的規范性。與此同時，保證對非故障區域予以規范隔離，減少經濟損失。在2020年，南方電網就開啟了5G SA網絡差動保護配網線路測試工作，依據5G通信技術應用要求實現故障點的高速隔離，為配網管理效率的全面進步提供支持。

3.5 輸變電運行監視

要想建構完整的應用控制平臺，需要借助5G通信技術的應用優勢打造專網應用管控結構。

對輸變電線路和設備進行處理，打造全方位、全過程、多角度的監控平臺，保證能對高壓線路、特高壓輸電線路等進行常規化維護管理[9,10]。打造輸變電智能運維管理體系，維持運維工作的合理性和高效性，減少人工操作導致的資源浪費，配合5G通信技術高速率特性提高任務指令應用管控的規范效果，提升綜合管理效率。

4 結 論

總而言之，5G通信技術的推廣為電力系統全面升級提供了重要支持，也為泛在電力物聯網的進一步發展予以保障。因此，要結合5G通信技術的部署要求全面推進研究和分析進程，為安全防護管理和電力業務的發展奠定堅實基礎。