新時期5G 移動通信在電力通信中的運用與關鍵技術

張 晗

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 211106）

隨著科技的快速發展，移動通信技術已成為現代社會不可或缺的一部分。5G 作為第五代移動通信技術，憑借其超高速、低延遲、大連接數等特點，正在為全球各行各業帶來翻天覆地的變革。電力行業作為現代社會的基礎設施，更是與移動通信技術結合得越來越緊密。在新的技術背景下，5G 如何與電力通信相結合，充分發揮其優勢，提高電力系統的效率和可靠性，是電力行業和通信行業都十分關心的問題。

1 新時期5G 移動通信在電力通信中的關鍵技術

1.1 DSS

DSS 主要允許運營商在同一頻帶上同時部署4G LTE 和5GNR，而無需進行單獨的、靜態的頻率分配。在電力通信中，隨著新技術的引入和傳統技術的淘汰，頻譜資源變得極為寶貴。DSS 的引入，使得電力通信系統能夠充分、高效地利用已有的頻譜資源，同時在引進5G技術時，無需大規模地更換或升級現有設備。首先，通過DSS，電力通信系統可以根據實際的通信需求，動態地分配頻譜資源給4G 或5G，這不僅能提高頻譜使用的效率，還為大數據、云計算等電力應用帶來了更加流暢的通信體驗。其次，DSS 技術的引入極大地降低了5G 在電力通信中的部署門檻，電力公司可以在現有的4G 網絡基礎上逐步、靈活地進行5G 技術的部署和擴張。最后，DSS 還能確保電力通信的連續性和穩定性，即使在進行技術升級或更換時，也不會出現通信中斷或數據丟失的情況。

1.2 eMBB

eMBB 旨在提供比4G 更高的數據速率、更大的網絡容量和更好的用戶體驗。在電力通信領域，其在數據傳輸、遠程控制及設備間通信中都扮演著至關重要的角色。其一，與傳統的寬帶技術相比，eMBB 可以支持高達10Gbps 的峰值數據速率，這意味著對于電力系統中的大量數據傳輸，如智能電表讀數、故障數據、設備狀態等，都可以實現實時的高速傳輸。這對電力系統中的實時監控和控制操作至關重要，為電力工作人員提供前所未有的便捷。其二，隨著智能電網的不斷發展，大量的傳感器、控制器和其他終端設備都需要高速、穩定的網絡連接。eMBB 技術可以確保這些設備得到連續且高質量的網絡服務，從而提高整個電力系統的運行效率和穩定性。其三，eMBB 還為電力通信帶來了更高的網絡容量，即使在多用戶、多設備的環境下，也能確保每個終端得到足夠的網絡資源，從而避免網絡擁塞和延遲的問題。

1.3 mMTC

mMTC 旨在為大量的低功耗、小數據傳輸設備提供有效的連接，其核心是滿足海量設備間的通信需求。在電力通信中，mMTC 的引入代表對未來智能電網無比巨大的期待。隨著電力系統向數字化、網絡化、智能化方向發展，大量的傳感器、智能計量設備、分布式能源資源等設備被廣泛部署，它們不斷地產生、傳輸數據，對通信網絡提出更為嚴苛的要求。首先，mMTC技術能夠處理極大的連接密度，理論上可以支持每平方公里上百萬個設備的連接，這為電力系統中海量的設備連接提供可能。在此基礎上，由于這些設備往往是低功耗、小數據傳輸的，mMTC 技術還為其提供極低的能耗解決方案，從而大大延長設備的使用壽命。此外，mMTC 在網絡架構上也要進行優化，通過短數據包傳輸、簡化的信號流程等技術手段，確保低延遲和高可靠性的數據傳輸，這對于電力系統中的故障檢測、狀態監控、實時控制等場景至關重要。

2 新時期5G 移動通信在電力通信中的運用問題

2.1 設備兼容性不統一

電力行業中的通信網絡往往由不同供應商、不同生產年代的設備構成，這些設備在技術標準、協議和性能上存在差異，因此在整合5G 技術時，面臨著多種設備間的兼容性問題。首先，“設備兼容性不統一”最直接的表現是在不同設備間的數據傳輸過程中，可能由于協議不匹配或傳輸格式的差異導致數據丟失或錯誤。在電力通信中，實時、準確的數據傳輸是至關重要的，任何的數據延遲或誤差都可能影響到電網的穩定運行。其次，由于設備間的技術標準和協議差異，電力企業在采購新設備或升級舊設備時，往往需要進行大量的定制化開發和調試工作，這不僅增加了投資成本，也延長了項目的實施周期。此外，設備之間的不統一也給后期的維護和管理帶來了挑戰，需要更多的人力和物力投入。最后，隨著5G 技術的引入，電力通信網絡的更新換代速度加快，但由于設備兼容性問題，很多先進的技術和功能無法完全應用，導致通信網絡的性能沒有得到充分的發揮。這也意味著，電力企業在引入5G 技術時，無法完全享受到其帶來的技術紅利。

2.2 延時優化的不完善

5G 技術承諾超低時延的通信體驗，這對于電力行業，尤其是在復雜的電網調度和實時控制中，是至關重要的。然而，當前的延時優化尚未達到電力行業的嚴格要求，這在多個方面都有所體現，并對電力通信的穩定性和效率產生影響。首先，盡管5G 技術具有低延時的天然優勢，但在真實的網絡環境中，由于頻譜擁塞、硬件設備的限制或信號干擾等問題，實際的通信延時可能遠高于理論值。在電力系統中，對于某些關鍵操作，如斷路器的快速切換或故障的實時檢測，即使是毫秒級的延時也可能導致嚴重的后果。其次，電力通信網絡往往覆蓋范圍廣泛，涉及多個網絡層次和協議，這增加了數據傳輸的復雜性。盡管5G 技術提供了多種延時優化的手段，如網絡切片、邊緣計算等，但在真實應用中，如何根據電力系統的特點進行精細化的延時優化仍是一個巨大的挑戰。最后，隨著電力設備和系統的智能化，對通信延時的要求也越來越高。如，未來的智能電網需要實現大規模的分布式能源資源的協同調度，這對通信網絡的實時性提出了更高的要求。而當前的5G 技術在這方面的優化還不足以滿足這些需求。

2.3 網絡安全保障不足

隨著電力系統越來越依賴于先進的通信技術，任何通信網絡的安全漏洞都可能對電力供應鏈產生深遠的影響。其一，5G 技術采用開放的網絡架構，雖然提升了電力通信的靈活性和效率，但也給攻擊者提供了更多的攻擊入口。尤其是在電力通信中，一旦某些關鍵節點受到攻擊，可能會導致電力系統的整體失效，進一步引發大規模的電力中斷。其二，隨著電力設備日益智能化，越來越多的設備與通信網絡相連接。這意味著，一旦通信網絡的安全遭到威脅，不僅會使傳輸的數據受到泄露的風險，還可能導致設備的遠程控制權被非法篡奪。如，智能變電站如果被惡意攻擊，可能會導致輸電過程中的電壓、電流等參數失控，給用戶帶來安全隱患。其三，5G 通信技術的快速迭代和更新，使得網絡安全策略和措施經常需要更新，而電力系統作為一個龐大而復雜的體系，其網絡安全更新和維護的周期相對較長，這種不同步也增加了電力通信網絡的安全風險。電力通信中數據量巨大，涉及多個環節，如電量采集、遠程控制、故障預警等，一旦這些數據在傳輸過程中被篡改或偽造，可能會對電力調度、運行、維護等環節造成混亂，甚至引發安全事故[1]。

3 新時期5G 移動通信在電力通信中的運用策略

3.1 推進設備標準統一

電力行業中的通信網絡往往涵蓋多種設備，來自不同供應商，不同生產年代，因此設備間的技術標準、協議和性能存在巨大差異[2]。這種差異不僅增加了電力企業的運營成本，還可能對電力通信的效率和穩定性產生負面影響。為實現設備標準的統一，電力企業和通信技術供應商需要聯合制定一套統一的設備標準和協議。這需要雙方深入探討當前的技術趨勢、市場需求和技術挑戰，以確保所制定的標準能夠滿足電力行業的實際需求，同時也能夠適應未來的技術發展。同時，在推進標準統一的過程中，也需要注重實際應用的驗證。電力企業可以選擇一些具有代表性的項目進行標準的試點應用，通過這些項目收集反饋，不斷完善和修訂標準。在這個過程中，還需要加強與國際標準組織的溝通和合作，確保所制定的標準與國際標準保持一致，從而提高我國電力通信技術的國際競爭力。此外，培訓和教育也是推進設備標準統一的重要環節[3]。電力企業和通信技術供應商需要聯合開展一系列的培訓活動，向業內人員普及新的標準和協議，提高業內人員的認知度和應用能力。同時，也需要加強與高校和研究機構的合作，將新的標準和協議納入教學和研究內容，為電力行業培養更多的高素質人才[4]。

3.2 完善延遲優化技術

電力行業中，時延問題對于系統的穩定性、效率及安全操作有著直接的影響。5G 技術的出現為電力通信提供了低延遲的可能，但要真正滿足電力行業的實際需求，仍需進一步完善延遲優化技術。電力通信場景多種多樣，從電廠的數據傳輸到智能電網的控制指令，都有不同的時延要求。為滿足這些要求，電力企業需要深入研究各種場景的通信特點，結合5G 技術的優勢，制定出針對性的延遲優化方案[5]。例如，電力企業可以通過網絡切片技術，為不同的電力通信場景分配專屬的網絡資源，確保數據傳輸的高效和穩定。同時，邊緣計算技術的應用也為延遲優化提供了新的思路。通過將數據處理和分析任務從中心服務器移到網絡邊緣，可以有效減少數據在網絡中的傳輸距離和時間，進而實現更低的時延。電力企業可以結合自身的業務特點，部署合適的邊緣計算設備和系統，以滿足實時性的要求。

除此之外，對現有的網絡設備和協議進行優化也是完善延遲技術的重要手段。電力企業可以與通信技術供應商緊密合作，對現有的設備進行升級或更換，確保其支持低延遲的通信。同時，電力企業也可以引入新的通信協議，如QUIC 協議，進一步提高數據傳輸的效率。電力企業和通信技術供應商還需加強研發力度，持續關注延遲優化技術的最新進展，探索更多的優化方法和技術。例如，電力企業可以通過引入機器學習和人工智能技術，對電力通信的數據流進行智能分析和調度，實現更加精細化的延遲優化。

3.3 強化網絡安全防護

隨著電力通信越來越依賴于現代網絡技術，尤其是5G 技術的廣泛應用，電力系統的安全性面臨著前所未有的挑戰。任何一次網絡攻擊都可能導致電力系統的運行異常，甚至可能引發大規模的停電事件，給社會經濟帶來巨大的損失。為強化電力通信網絡的安全防護，電力行業需要建立一個完善的網絡安全管理體系。這個體系應該涵蓋網絡安全的各個方面，從基礎的物理安全到高級的網絡入侵檢測和響應。例如，電力企業可以設置多層的防火墻系統，對所有進出電力通信網絡的數據流進行嚴格的監控和過濾，確保只有合法和安全的數據能夠進入網絡。同時，電力企業也需要加強與通信技術供應商的合作，共同研發更加先進和可靠的網絡安全技術。例如，電力企業可以引入區塊鏈技術，確保電力通信數據的完整性和不可篡改性；或者采用深度學習算法，對網絡流量進行智能分析，實時發現并預防潛在的網絡攻擊。除技術層面的防護，人為因素也是網絡安全的重要環節。電力企業應該定期對員工進行網絡安全培訓，提高其安全意識，確保其在日常工作中不會造成網絡安全的漏洞。

此外，電力企業還可以建立專業的網絡安全團隊，對網絡進行24 小時的監控，及時發現并處理任何安全問題。電力行業還需要與國家的網絡安全機構進行緊密合作，共同應對更大規模的網絡攻擊。在面對跨國的網絡安全事件時，電力企業和國家機構之間的合作是關鍵，只有通過共同的努力，才能確保電力通信網絡的安全。綜合考慮，強化網絡安全防護不僅是電力通信網絡的基礎工作，也是確保電力系統穩定運行的關鍵。在5G 技術廣泛應用的新時期，電力行業必須重視網絡安全問題，采取有力措施，確保電力通信網絡的安全和穩定。

4 結語

隨著5G 移動通信技術在全球范圍內的迅速發展和廣泛應用，其在電力通信領域的融入和利用已逐漸成為一個不可或缺的技術革新方向。這種新興通信技術不僅顯著提高了數據傳輸的效率和速度，更為電力通信帶來了一系列前所未有的技術革新和應用解決策略。然而，這種技術融合的過程中同樣伴隨著一系列技術和應用上的挑戰，這些問題需要電力和通信行業的科研人員和工程師深入探討和持續攻關。幸運的是，隨著各領域的緊密合作和技術創新不斷深入，筆者堅信，在不遠的將來，電力通信將迎來一個更加智能化、高效率和安全穩定的發展新時代。