5G在智能電網(wǎng)的應(yīng)用研究

徐 群 程琳琳 孟 建 夏 旭 俞觀曄

1 國(guó)網(wǎng)青島供電公司 青島 266000

2 北京信通傳媒有限責(zé)任公司 北京 100078

3 中國(guó)電信研究院 北京 100053

4 中浙信科技咨詢有限公司 杭州 310012

引言

目前電網(wǎng)公司處在從堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)變時(shí)期，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)而言，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)意義重大[1]。所以希望智能電網(wǎng)能夠?qū)?nèi)全面深度感知源網(wǎng)荷儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，從而提升智能化運(yùn)營(yíng)水平，并逐步加大清潔能源的使用；對(duì)外向能源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)商轉(zhuǎn)型，提供能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。5G以其大帶寬、廣連接、低時(shí)延、高可靠的特性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等創(chuàng)新技術(shù)，能夠很好地滿足能源互聯(lián)網(wǎng)的通信需求[2]。

智能電網(wǎng)在傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)上，融合了通信、傳感測(cè)量等先進(jìn)技術(shù)，形成新型電網(wǎng)，代表了未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。如5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)就是為不同場(chǎng)景提供差異化服務(wù)的重要技術(shù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)通用物理平臺(tái)上構(gòu)建多個(gè)專(zhuān)用的、虛擬的、隔離的、按需定制的邏輯網(wǎng)絡(luò)，來(lái)滿足不同行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的不同需求[4]。5G LAN支持同一5G LAN-VN的成員UE之間按需建立UE到UE、組播和廣播的私有通信。基于IEC 61850 GOOSE和SV(OSI第二層)的智能電網(wǎng)服務(wù)可以通過(guò)5G LAN在5G網(wǎng)絡(luò)上流暢地部署[5]。

本論文將對(duì)5G智能電網(wǎng)的潛在服務(wù)需求進(jìn)行研究，包括研究滿足5G智能電網(wǎng)服務(wù)的容量、時(shí)延、可靠性、端到端QoS、彈性和安全性等通信需求，研究分布式電源系統(tǒng)、配電自動(dòng)化、高精度電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)與控制、電表自動(dòng)化等用例，研究微電網(wǎng)分布式發(fā)電所需的5G無(wú)線通信的KPI和確定性服務(wù)要求。

目前，如5G切片、5G專(zhuān)網(wǎng)等技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐案例中得到廣泛探討，在電網(wǎng)應(yīng)用已由試點(diǎn)推向規(guī)模化，但是目前還缺少對(duì)智能電網(wǎng)場(chǎng)景的應(yīng)用系統(tǒng)研究[6]。本文以5G toB使能智慧電網(wǎng)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析了5G toB技術(shù)在智慧電網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用和實(shí)踐，并對(duì)潛在應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了分析與技術(shù)指標(biāo)探討，最后總結(jié)了5G toB技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用匹配情況，并針對(duì)目前遇到的挑戰(zhàn)提出了建議。

1 5G toB在電力行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀探究

5G具備高帶寬、低時(shí)延、大連接的特點(diǎn)，能夠深刻變革電力通信網(wǎng)，在輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)均可發(fā)揮重要作用，從而全面提升電力信息化水平。不同頻段下電網(wǎng)不同場(chǎng)景的5G通信需求如圖1所示。

圖1 不同頻段下電網(wǎng)不同場(chǎng)景下的5G通信需求

智能電網(wǎng)是智慧能源的基本保障，是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。基于現(xiàn)有電網(wǎng)業(yè)務(wù)作“從主干向末端延伸”式的5G應(yīng)用，如配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制對(duì)通信的可靠性、低時(shí)延、大帶寬、安全防護(hù)有著迫切需求，5G技術(shù)為這些業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用提供了基礎(chǔ)[7]。

1.1 輸電環(huán)節(jié)：5G促進(jìn)巡檢無(wú)人化

在輸電環(huán)節(jié)，其主要職責(zé)要保障輸電的安全性和可靠性，目前這個(gè)環(huán)節(jié)最大的痛點(diǎn)是整個(gè)輸電電力的巡檢。傳統(tǒng)的巡線模式需要工人爬到輸電線路上“走鋼絲”，翻山越嶺地來(lái)檢查設(shè)備或線路的狀態(tài)。利用5G低時(shí)延、大帶寬的特性，可以使工作人員在地面通過(guò)5G控制無(wú)人機(jī)的飛行，并利用無(wú)人機(jī)上帶的5G攝像頭，將巡視點(diǎn)設(shè)備的視頻、圖片等實(shí)時(shí)回傳到控制臺(tái)，控制臺(tái)利用人工智能圖像處理算法，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、識(shí)別隱患。

1.2 變電環(huán)節(jié)：5G促進(jìn)變電管理智能化

在變電環(huán)節(jié)，重要的是保障變電設(shè)備和線路的安全穩(wěn)定，這就需要對(duì)變電設(shè)備和線路進(jìn)行例行的巡檢。傳統(tǒng)運(yùn)維模式通過(guò)人工對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行巡檢，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、重復(fù)性強(qiáng)，而且存在人員疏忽等形成“巡檢黑洞”，從而造成生產(chǎn)事故。現(xiàn)在變電環(huán)節(jié)利用5G+巡檢機(jī)器人和5G+視頻兩種業(yè)務(wù)相互配合，從而實(shí)現(xiàn)變電站和線路的自動(dòng)化巡檢。

1.3 配電環(huán)節(jié)：5G促進(jìn)配電實(shí)時(shí)化、柔性化

配電網(wǎng)是主網(wǎng)與用戶之間連接的橋梁，直接面向用戶。配電環(huán)節(jié)存在的難點(diǎn)主要有三個(gè)，第一是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，第二是對(duì)故障的發(fā)現(xiàn)及隔離的響應(yīng)速度要快，第三是要保障新能源穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的接入。5G與配電網(wǎng)的融合實(shí)現(xiàn)了5G+配電自動(dòng)化、5G+差動(dòng)保護(hù)、5G+自動(dòng)巡檢、5G+源網(wǎng)荷儲(chǔ)等應(yīng)用。

5G+差動(dòng)保護(hù)解決了電網(wǎng)以往面臨的光纖部署難、鋪設(shè)成本高等問(wèn)題，將故障隔離時(shí)間從秒級(jí)提升至毫秒級(jí)。利用5G通信低時(shí)延特性對(duì)分布在城市內(nèi)的電力負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，有效解決傳統(tǒng)光纖通信方式下接口多，光纜敷設(shè)難度大、成本高等問(wèn)題。5G+分布式電源可以實(shí)時(shí)采集分布式電源狀態(tài)信息，同時(shí)可以反向控制分布式電源接入主網(wǎng)，能夠有效地解決原有分布式電源光纖部署不方便的問(wèn)題，也可以解決可再生能源分布式電站分布廣、容量大等問(wèn)題，形成電網(wǎng)對(duì)分布式電源的群調(diào)群控能力。

1.4 用電環(huán)節(jié)：5G促進(jìn)用電互動(dòng)實(shí)時(shí)化

用電環(huán)節(jié)主要是電網(wǎng)企業(yè)與用戶交互的直接界面，因此整個(gè)用電環(huán)節(jié)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)用戶用電的交互實(shí)時(shí)化，實(shí)現(xiàn)用戶智能家居。在用電環(huán)節(jié)，利用5G大連接特性，可以實(shí)時(shí)采集用戶用電信息，將用戶用電信息收集粒度由每天降低到15分鐘，甚至更低粒度，這樣就能根據(jù)不同時(shí)間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)電價(jià)，同時(shí)通過(guò)5G與用戶實(shí)時(shí)互動(dòng)，提供更多的用電擴(kuò)展服務(wù)。電網(wǎng)不同場(chǎng)景下的多種基站形態(tài)如表1所示。

表1 電網(wǎng)不同場(chǎng)景下的多種基站形態(tài)

2 智能電網(wǎng)5G toB應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 5G“大帶寬”應(yīng)用場(chǎng)景

基于5G“大帶寬”特性，電網(wǎng)已開(kāi)展了5G+北斗無(wú)人機(jī)、5G+電力線路監(jiān)測(cè)、5G+變電站巡檢等應(yīng)用。

1)5G+北斗無(wú)人機(jī)

電網(wǎng)研發(fā)了5G SA專(zhuān)網(wǎng)的圖傳模塊，引入北斗服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)安全、實(shí)時(shí)、可靠回傳。同時(shí)，融入圖像智能識(shí)別技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主巡檢、圖像實(shí)時(shí)傳輸、缺陷智能識(shí)別、提出輔助決策，解決了困擾無(wú)人機(jī)巡檢“操作難”“回傳難”“分析難”的問(wèn)題。5G+北斗無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢如圖2所示。

圖2 5G+北斗無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢

2)5G+電力線路監(jiān)測(cè)

基于5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬性能，電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力線路超高清視頻、高壓電纜接頭溫度及護(hù)層監(jiān)測(cè)電流等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳，同時(shí)可智能識(shí)別吊車(chē)、挖掘機(jī)等十幾類(lèi)外破隱患，提高輸電線路、電纜防外破能力。如圖3所示，在青島等相關(guān)地區(qū)完成基于5G的輸電線路安全可視化試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高清視頻實(shí)時(shí)回傳。

圖3 5G+4K超高清可視化監(jiān)拍

3)5G+變電站巡檢

電網(wǎng)建設(shè)基于5G移動(dòng)互聯(lián)的變電站巡檢系統(tǒng)，如圖4所示。依托5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)“云端+單兵終端”的立體巡檢，達(dá)成人、設(shè)備、系統(tǒng)的信息交互，實(shí)現(xiàn)人工智能全替代、站內(nèi)信息全覆蓋、狀態(tài)信息全獲取、作業(yè)行為全管控。

圖4 5G+變電站巡檢

2.2 5G“低時(shí)延”應(yīng)用場(chǎng)景

基于5G“低時(shí)延”特性，電網(wǎng)開(kāi)展了5G+配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、5G+精準(zhǔn)負(fù)荷控制、5G+智能分布式FA(Feeder Automation，饋線自動(dòng)化)等應(yīng)用。

1)5G+配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)

基于5G SA專(zhuān)網(wǎng)的“基于故障發(fā)生時(shí)刻的同步方法”，電網(wǎng)克服5G網(wǎng)絡(luò)縱差保護(hù)同步難題，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障區(qū)段的快速定位與隔離。以傳統(tǒng)配電監(jiān)測(cè)終端為基礎(chǔ)，通過(guò)增加5G接口模塊CPE、更新通信接口配置方案、升級(jí)軟件算法等方式，研制開(kāi)發(fā)出嵌入電流差動(dòng)保護(hù)功能的智能配電終端裝置STU(Smart Terminal Unit)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，STU通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)交換電流信息，能準(zhǔn)確判定出故障區(qū)段，故障定位時(shí)間小于70ms。其已在10kV康大線成功投運(yùn)。5G+配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)如圖5所示。

圖5 5G+配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)

2)5G+精準(zhǔn)負(fù)荷控制

電網(wǎng)基于5G SA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制”裝置負(fù)荷量上送及整組傳動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)，解決傳統(tǒng)光纖通信方式下通信接口轉(zhuǎn)接多、光纜敷設(shè)難度大、成本高以及后期運(yùn)維難度大、費(fèi)用高等問(wèn)題。5G+精準(zhǔn)負(fù)荷控制如圖6所示。

圖6 5G+精準(zhǔn)負(fù)荷控制

3)5G+智能分布式FA

基于5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)中壓配網(wǎng)智能終端(STU)間故障信息與控制信息直接交互，實(shí)現(xiàn)不需要依靠主站就可以進(jìn)行故障隔離與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。已在電網(wǎng)完成智能分布式FA試點(diǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路故障就地隔離和快速恢復(fù)供電，停電范圍達(dá)到最小化，停電時(shí)間縮短到秒級(jí)。5G+智能分布式FA如圖7所示。

圖7 5G+智能分布式FA

2.3 5G“廣連接”應(yīng)用場(chǎng)景

基于5G“廣連接”特性，電網(wǎng)已開(kāi)展5G+分布式電源、5G+智慧物資管控、5G+移動(dòng)辦公等應(yīng)用。

1)5G+分布式電源

在分布電源及地方電廠調(diào)度接入方面，電網(wǎng)已規(guī)模化開(kāi)展分布式光伏電站5G切片網(wǎng)絡(luò)通信接入，并實(shí)現(xiàn)了基于5G通信技術(shù)的10kV分布式光伏出力平滑調(diào)節(jié)，解決調(diào)度接入“最后一公里”問(wèn)題，具備了對(duì)分布式電源及地方電廠“群調(diào)群控”能力，為以新能源為主的新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供了實(shí)踐案例。5G+分布式電源接入如圖8所示。

圖8 5G+分布式電源接入

2)5G+智慧物資管控

基于5G海量連接能力，電網(wǎng)已開(kāi)展物資庫(kù)內(nèi)的監(jiān)控、機(jī)器人、AGV、立體倉(cāng)儲(chǔ)、微倉(cāng)儲(chǔ)等各類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的5G網(wǎng)絡(luò)接入，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，實(shí)現(xiàn)基于5G的智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理，提高物資運(yùn)轉(zhuǎn)效率，有效節(jié)省人力資源。5G+智慧物資管控如圖9所示。

圖9 5G+智慧物資管控

3)5G+移動(dòng)辦公

基于5G移動(dòng)終端，電網(wǎng)已開(kāi)展了內(nèi)網(wǎng)郵件、協(xié)同辦公等常用的移動(dòng)應(yīng)用微服務(wù)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音錄入、語(yǔ)音識(shí)別等功能的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，提升了辦公效率。5G+移動(dòng)辦公如圖10所示。

圖10 5G+移動(dòng)辦公

2.4 智能電網(wǎng)采用5G toB技術(shù)的場(chǎng)景分類(lèi)

1)生產(chǎn)控制

生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)主站位于地市供電公司，為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)本地分流，在地市供電公司中心機(jī)房部署電力專(zhuān)用UPF，雙機(jī)熱備。地市供電公司中心機(jī)房部署2套承載網(wǎng)設(shè)備，與運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)對(duì)接，形成雙歸結(jié)構(gòu)，對(duì)N2/N3/N4等5G核心網(wǎng)接口做雙路由保護(hù)，并保證承載網(wǎng)升級(jí)過(guò)程中業(yè)務(wù)不中斷。在運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)資源池中劃分硬件資源，部署電力獨(dú)享專(zhuān)用SMF及AMF網(wǎng)元。生產(chǎn)控制大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向如圖11所示。

圖11 生產(chǎn)控制大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向示意圖

2)管理信息

管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)主站集中部署于省電力公司，為實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)架構(gòu)匹配，在省電力公司中心機(jī)房部署電力專(zhuān)用UPF，雙機(jī)熱備，并部署2套承載網(wǎng)設(shè)備，與運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)對(duì)接，形成雙歸結(jié)構(gòu)，對(duì)N2/N3/N4等5G核心網(wǎng)接口做雙路由保護(hù)，并保證承載網(wǎng)升級(jí)過(guò)程中業(yè)務(wù)不中斷。管理信息大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向如圖12所示。

圖12 管理信息大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向示意圖

基于以上網(wǎng)絡(luò)資源，劃分1個(gè)電力管理信息大區(qū)5G切片。空口部分，做基于5QI的優(yōu)先級(jí)調(diào)度。承載網(wǎng)部分，劃分VPN與其他公網(wǎng)業(yè)務(wù)做邏輯隔離。核心網(wǎng)部分，部署獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)面UPF供電力獨(dú)享，核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元均與運(yùn)營(yíng)商共享。

3)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)主站集中部署于省電力公司，采用虛擬專(zhuān)網(wǎng)方式構(gòu)建1個(gè)電力互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)5G切片。使用運(yùn)營(yíng)商部署的ToB共享UPF，開(kāi)通專(zhuān)線至省電力公司機(jī)房，實(shí)現(xiàn)N6接口與互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)主站的對(duì)接，不同業(yè)務(wù)通過(guò)DNN方式做邏輯隔離。互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向如圖13所示。

圖13 互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)5G專(zhuān)網(wǎng)信令及業(yè)務(wù)流向示意圖

2.5 智能電網(wǎng)潛在的5G toB應(yīng)用場(chǎng)景

1)基于5G的地方電廠電力監(jiān)控

地方電廠多為用戶小型自備電廠，多由冶金、水泥、熱力等企業(yè)自建，是城市發(fā)電的重要組成部分。

電廠內(nèi)部DCS系統(tǒng)具備有線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)電廠需要通過(guò)遠(yuǎn)程通信單元RTU與電網(wǎng)側(cè)建立符合電力調(diào)度業(yè)務(wù)需求的通信系統(tǒng)，將遙測(cè)數(shù)據(jù)和遙信數(shù)據(jù)傳輸至地市電力調(diào)度主站，并能執(zhí)行調(diào)度主站對(duì)并網(wǎng)線路開(kāi)關(guān)的遙控操作指令。

部分地方電廠光纖未覆蓋，存在調(diào)控盲區(qū)，一定程度上影響了電力調(diào)度，且新建光纜線路造價(jià)較高，因此需利用無(wú)線接入方式實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度中心對(duì)電廠的統(tǒng)一調(diào)控。

建立地方電廠至電力調(diào)度主站的通信鏈路，具體指標(biāo)需求如下：①通信速率：≥19.2kbit/s；②通信時(shí)延：＜300ms；③通信可靠性：＞99.999%；④連接密度：＜10個(gè)/km2；⑤隔離要求：地方電廠業(yè)務(wù)屬于生產(chǎn)控制大區(qū)，要求與管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)物理隔離。

2)基于5G的智能配電臺(tái)區(qū)

在國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略提出后，分布式能源迎來(lái)快速發(fā)展新機(jī)遇。目前超過(guò)50%的分布式能源通過(guò)低壓配電網(wǎng)接入，臺(tái)區(qū)智能融合終端通過(guò)對(duì)接入設(shè)備和分布式能源的全景監(jiān)控，為“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”友好互動(dòng)提供本地協(xié)調(diào)策略，支撐分布式能源大規(guī)模消納。

智能配電臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要通過(guò)多類(lèi)型傳感器和采集終端獲取電網(wǎng)狀態(tài)基礎(chǔ)信息，并利用物聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)、互通、互享，開(kāi)展數(shù)據(jù)的多元融合和綜合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、綜合能源管理、故障快速研判、臺(tái)區(qū)線損分析及治理等功能。

隨著智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，接入網(wǎng)絡(luò)的終端數(shù)量和數(shù)據(jù)上傳量大幅增加，對(duì)通信性能的要求進(jìn)一步提高：①通信速率：≥19.2kbit/s；②通信時(shí)延：≤2s；③通信可靠性：＞99.9%；④連接密度：數(shù)百個(gè)/km2；⑤隔離要求：智能配電臺(tái)區(qū)業(yè)務(wù)屬于管理信息大區(qū)，與生產(chǎn)控制大區(qū)進(jìn)行物理隔離，與管理信息大區(qū)其他業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯隔離。

3)基于5G的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)具有范圍廣、環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)系數(shù)高、危險(xiǎn)源多等特點(diǎn)，管理人員對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施、人身安全、施工運(yùn)維工作的管理難以有效掌控。因此需要構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建物、設(shè)備設(shè)施、工作人員、來(lái)訪人員的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，達(dá)到提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全度和施工進(jìn)度的目的。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控平臺(tái)主要包含人臉識(shí)別系統(tǒng)、人員安全行為監(jiān)控、5G智能安全帽等。

人臉識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)入口處的攝像頭采集所有進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的人員臉部圖像，通過(guò)人臉?lè)治鲆孀詣?dòng)核實(shí)身份，記錄人員出入情況，對(duì)未辦理準(zhǔn)入手續(xù)的人員進(jìn)行警告，并向管理部門(mén)推送非法闖入告警。

人員安全行為監(jiān)控以作業(yè)計(jì)劃為主線，在作業(yè)實(shí)施過(guò)程中，基于圖像智能分析開(kāi)展作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻布防及分析，及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)范、不文明施工行為，并在設(shè)備端對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析及預(yù)警，包括安全帽檢測(cè)、著裝規(guī)范檢測(cè)、低掛安全帶識(shí)別功能，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)異常情況。

5G智能安全帽采用了內(nèi)置SOS救援系統(tǒng)的方式，一旦作業(yè)人員有危險(xiǎn)，長(zhǎng)按SOS，報(bào)警信息馬上發(fā)送到后臺(tái)，提醒相關(guān)管理人員緊急救援，方便作業(yè)人員遇到危險(xiǎn)或突然狀況時(shí)能得到及時(shí)救援，為作業(yè)人員多一份保障。

通信需求如下：①語(yǔ)音：傳輸速率≥256kbit/s，端到端時(shí)延≤600ms，丟包率≤1%；②視頻：傳輸速率≥4Mbit/s，端到端時(shí)延≤600ms，丟包率≤1%；③告警：傳輸速率≥128kbit/s，端到端時(shí)延≤100ms，丟包率≤1%；④隔離要求：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控業(yè)務(wù)屬于管理信息大區(qū)，與生產(chǎn)控制大區(qū)進(jìn)行物理隔離，與管理信息大區(qū)其他業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯隔離。

4)基于5G的基建現(xiàn)場(chǎng)視頻管控

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)投資規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)特高壓工程和換流站的大規(guī)模部署對(duì)輸變電工程現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)生產(chǎn)建設(shè)難題，基建工程現(xiàn)場(chǎng)管理水平要求不斷提高，需要在開(kāi)工前將現(xiàn)場(chǎng)視頻接入基建管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的遠(yuǎn)程視頻應(yīng)用，從而進(jìn)一步加強(qiáng)基建安全、質(zhì)量、進(jìn)度管控。

然而，對(duì)于電網(wǎng)基建現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息采集，會(huì)在網(wǎng)絡(luò)層產(chǎn)生大量信息數(shù)據(jù)，但信息的傳輸帶寬成為了系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸，并且電力施工現(xiàn)場(chǎng)的位置不固定、采集方式多樣。如采用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，光纜敷設(shè)成本較高，并且容易受到現(xiàn)場(chǎng)施工外力破壞；如利用公網(wǎng)進(jìn)行傳輸，則傳輸?shù)膸捄桶踩詿o(wú)法保證。采用5G eMBB技術(shù)可以提供足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬，融合智能高清視頻技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)回傳，可以提高主控站的監(jiān)測(cè)力度并提高智能識(shí)別違章操作的準(zhǔn)確度。

通信需求如下：①傳輸速率：普清視頻≥2Mbit/s，高清視頻≥4Mbit/s，控制信息≥10kbit/s；②傳輸時(shí)延：＜300ms；③可靠性：＞99.9%；④隔離要求：基站現(xiàn)場(chǎng)視頻管控業(yè)務(wù)屬于管理信息大區(qū)，與生產(chǎn)控制大區(qū)進(jìn)行物理隔離，與管理信息大區(qū)其他業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯隔離。

3 推動(dòng)智能電網(wǎng)5G toB應(yīng)用發(fā)展的建議

3.1 5G toB技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用挑戰(zhàn)

1)電力5G模組成本高，制約了電力行業(yè)應(yīng)用發(fā)展。目前5G終端產(chǎn)品成本較高，5G工業(yè)模組價(jià)格受測(cè)試、芯片等成本限制，5G芯片和模組的高價(jià)格影響了5G行業(yè)終端的豐富性。

2)5G切片承載電力業(yè)務(wù)的安全性尚未完成測(cè)評(píng)。根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求，生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)大區(qū)的業(yè)務(wù)需要達(dá)到物理隔離的安全防護(hù)強(qiáng)度。雖然5G切片技術(shù)在安全隔離方面相對(duì)4G有了優(yōu)化提升，但端到端的安全隔離能力能否達(dá)到電力安全防護(hù)要求，尚未完成安全測(cè)評(píng)認(rèn)證[8]。

3)電網(wǎng)企業(yè)與運(yùn)營(yíng)商5G創(chuàng)新商業(yè)合作模式尚未確立。當(dāng)前5G切片技術(shù)處在技術(shù)方案及應(yīng)用驗(yàn)證的階段，運(yùn)營(yíng)商尚未與電力企業(yè)對(duì)專(zhuān)用切片的計(jì)費(fèi)模式達(dá)成一致，與此同時(shí)，5G電力虛擬專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)租賃費(fèi)遠(yuǎn)超預(yù)期。

3.2 5G toB技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的推廣建議

本論文解決5G公網(wǎng)通用標(biāo)準(zhǔn)中缺少電力調(diào)控業(yè)務(wù)通信屬性問(wèn)題，以及5G公網(wǎng)與電力業(yè)務(wù)要求不能完全匹配的問(wèn)題，文章分析了toB電力場(chǎng)景下的5G公網(wǎng)技術(shù)增強(qiáng)及組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案，提出適用于不同電力場(chǎng)景確定性5G電力網(wǎng)絡(luò)方案。

未來(lái)將重點(diǎn)關(guān)注5G公網(wǎng)與電力融合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，明確標(biāo)準(zhǔn)化重點(diǎn)方向，加強(qiáng)5G公網(wǎng)與電力的基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、融合設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)等解決方案標(biāo)準(zhǔn)的研制，著重考慮5G電力場(chǎng)景的零差錯(cuò)、零風(fēng)險(xiǎn)、低時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)剛需，突破在服務(wù)確定性、授時(shí)精度、安全保障等若干關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(3GPP、IEC、CCSA、5GAIA、5GDNA)的研究和制定，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈合作，促進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在重點(diǎn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的應(yīng)用落地，從而推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，推進(jìn)5G在電網(wǎng)中的應(yīng)用，全面助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。