5G 通信技術支持下的配電網保護及自愈控制策略分析

楊 琛

（國網清徐縣供電公司，山西 太原 030400）

0 引 言

在當今的電力系統運營中，配電網的保護與自愈控制策略對于確保電網的穩定性和可靠性至關重要。本研究以5G 通信技術為核心，深入分析了其在配電網保護及自愈控制策略中的應用與效益。5G 通信技術以其顯著的高速率、低延遲和大連接數等特性，為配電網的即時監控、故障檢測定位、異常處理以及系統恢復提供了先進的技術支持。文章從5G 通信技術優化的配電網故障檢測與定位入手，探討含分布式發電（Distributed Generation，DG）通信的正常和異常保護策略，并深入研究自愈控制策略的協調方法。通過構建一套完整的配電網自愈控制框架，旨在實現配電網在面對各種故障和挑戰時能夠實現快速、高效的自愈能力。

1 配置5G 通信模塊的配電終端通信方案

配電終端單元（Distributed Terminal Unit，DTU） 通過客戶終端設備（Customer Premise Equipment，CPE）與5G 基站建立高速、低延遲的通信連接，確保實時數據的高效傳輸。每個配電終端均通過無線通信模塊連接至中心控制系統，通過5G 網絡實現數據的雙向流動，既可以發送監測數據，也能接收控制命令[1]。配電網線路環網柜間的通信方案如圖1 所示。

圖1 配電網線路環網柜間的通信方案

通信方案采用了分布式架構，每個配電終端裝備了5G 通信模塊，其中包含了變電站側開關、數據傳輸模塊、環網柜，能夠直接與5G 網絡實現連接，增強配電網的智能化程度，使其能夠在電流、電壓異常等指標出現偏差時迅速識別并通報中央控制系統。控制系統分析數據，并通過5G 網絡下發保護或自愈指令至相關配電終端，實現故障隔離和負載轉移，以降低事故影響范圍。終端通信方案強調了5G通信技術的關鍵特性，如增強型移動寬帶（enhance Mobile Broadband，eMBB）、超可靠低延遲通信（Ultra Reliable and Low Latency Communications,，URLLC）、海量機器類型通信（massive Machine Type of Communication，mMTC），促使配電終端能夠處理大量數據，同時保持通信的連續性和可靠性，對于配電網保護策略及自愈控制至關重要。

此外，5G 通信技術還支持網絡切片功能，能夠為配電網創建專用的通信通道，確保保護和控制信號的傳輸不會受到其他數據流的干擾。這為實現配電網的實時監控與快速響應提供了堅實的基礎。

2 5G 支持下的配電網保護策略

2.1 配電網故障檢測優化

5G 通信技術通過其高帶寬和低延遲的特性，顯著提高了配電網故障檢測與定位的能力。該技術實現了高速數據傳輸和數據實時計算，使得配電網終端能夠在毫秒級時間內接收并處理故障信號。借助于5G通信技術特性，配電網的故障檢測系統實現了快速故障診斷，并及時制定故障報告，大幅縮短了系統的總體響應時間[2]。配電終端利用5G 網絡，配合故障指示器和智能傳感器收集的詳細電氣參數，通過先進的算法進行故障分析，實現對故障類型和故障位置的精確定位。5G 網絡的廣泛覆蓋和網絡切片功能確保了檢測與定位過程的連續性和安全性，為配電網的保護策略提供了可靠的數據支持。此外，配電自動化系統借助5G 通信技術能夠在故障發生后立即啟動保護機制，通過智能切換和調度減少停電范圍，加快故障恢復，有效提升了電網的自愈能力和供電可靠性。

2.2 DG 通信正常保護

在5G 通信技術的支持下，包含DG 的配電網保護策略需確保在通信正常的情況下，系統的穩定性與可靠性得到增強。基于5G 的高可靠性和低延遲特性，保護策略通過實時數據監測與分析，運用同步測量技術采集電壓和電流的相關信息，對應的計算公式為

式中：I為電流；U為電壓；R為電阻。通過式（1）計算出電流參數，從而評估系統的運行狀態。當電流或電壓偏離預定范圍時，5G 網絡可以迅速傳遞保護信號至相應的繼電器，執行斷路器的開關操作。此外，5G 通信技術支持下的保護策略還利用了自適應保護算法，根據DG 輸出和負載消耗的動態變化，調整保護設定值[3]。動態監控系統的功率計算公式為

式中：P為功率；cosφ為功率因數。確保各區域在正常運行狀態下的電力供應滿足標準要求，防止DG 注入造成的保護盲區，維護系統的完整性。5G 通信技術在此中扮演了關鍵角色，通過提供實時、高速的數據交換平臺，為包含DG 的配電網實現智能化保護策略提供了堅實的通信基礎，確保了配電網在正常運行狀態下的安全性與穩定性。

2.3 DG 通信異常保護

5G 通信技術支持下的異常保護策略需充分利用5G 的網絡切片和邊緣計算功能，確保即便在DG 通信鏈路受損時，系統仍能有效響應。該策略依托5G通信技術實現分布式故障檢測算法的部署，通過實時監控DG 輸出參數，計算系統的電流差值，即

式中：ΔI為電流差值；I現為現在電流；I正為正常電流。計算當前電流與正常運行電流的差值，在檢測到異常波動時，系統通過5G 網絡的快速響應能力，立即隔離受影響區域，執行故障隔離協議[4]。對應的公式為

式中：I故為故障電流；I總為總電流；I分為分路電流。通過計算或獲取故障電流的數據信息，為非故障區域的電力供應穩定提供保護措施。在DC 通信異常保護中，利用自適應重構算法，根據實時負荷和網絡狀態調整保護動作。5G 通信技術在此策略中的應用不僅限于高速通信，還包括其能力在故障檢測、隔離和系統重構后快速恢復正常運行的關鍵支持，確保配電網在DG 通信異常時仍然保持彈性和自愈能力。

3 5G 支持下的配電網自愈控制策略

3.1 初始化進程

初始化進程是確保系統能夠在發生故障時快速自愈的關鍵步驟。5G 通信技術的引入極大地提高了這一進程的效率和可靠性。初始化進程首先包括建立配電網的數字孿生模型，通過獲取實時數據信息，完成數據結果的實時更新，確保模型能夠反映實際網絡的最新狀態。通過高帶寬和低延遲的5G 通信，模型能夠接收從各個智能傳感器和終端設備收集的數據，如電壓U、電流I、頻率f以及相位角θ[5]。實時功率P的計算公式為

配電網控制系統利用計算公式，可分析配電網的健康狀態，并構建自愈策略。自愈控制策略的初始化還包括設定保護設備的閾值和參數，如故障檢測的靈敏度和保護裝置的動作時間。其中，保護裝置動作時間的計算公式為

式中：T動作為保護裝置的動作時間；Z網絡為網絡阻抗，P負荷為當前的負荷功率。5G 通信技術在系統中充當了數據收集和傳輸的關鍵媒介，為自適應保護邏輯提供了計算數據信息，可實現系統的實時通信[6]。初始化進程完成后，配電網的自愈控制系統將處于待命狀態，當檢測到網絡異常時，通過5G 網絡實施預定的自愈措施，在故障隔離、路由重新配置和負載轉移中，依靠5G 通信技術的快速數據交換和處理能力完成自愈。這樣的初始化進程確保了配電網在面對故障時能夠迅速自愈，最小化停電影響，確保電力供應的連續性和可靠性。

3.2 點狀恢復過程

在5G 通信技術支持下的配電網自愈控制策略中，點狀恢復是一種針對局部故障進行快速恢復的方式。這一過程以5G 通信技術為基礎，允許系統在檢測到局部故障后，通過精確控制和自動化決策快速恢復受影響區域的電力供應，而不影響整個配電網絡的穩定運行[7]。首先，點狀恢復過程涉及的是故障檢測，依賴于5G 網絡的快速數據傳輸能力及其支持的分布式智能傳感器網絡，傳感器能夠在毫秒級時間內將電網狀態數據反饋給中央控制系統。其次，在故障點被準確識別后，通過5G 通信技術支持的自動化控制命令，指導斷路器或開關裝置隔離故障點，同時啟動備用路徑或備用電源，以恢復電力供應。為了優化恢復動作的時間T恢復，該過程采用自適應控制算法調整備用供電方案。最后，點狀恢復過程還包括對電網其他部分的影響評估，確保恢復動作不會導致系統過載或不穩定。通過5G 通信網絡的高可靠性和大容量特性，自愈控制系統能夠進行高效的數據分析和處理，確保在最短時間內完成點狀恢復，最小化故障對用戶的影響，增強配電網的韌性和可靠性。這一過程體現了5G 通信技術在現代電網管理中的重要作用，尤其是在提高配電網自愈能力方面的關鍵貢獻。

3.3 自愈策略協調方法

自愈策略協調方法是在5G 通信技術支持下，確保配電網在發生故障時能夠自動化、快速恢復正常運行狀態的關鍵環節，其流程如圖2 所示。在5G 通信技術的支持下，故障檢測過程利用分布式傳感器網絡實時監測配電網狀態，并通過高速數據通信迅速將狀態信息反饋給中心控制系統[8]。一旦故障點被準確識別，故障隔離過程隨即啟動，其中5G 通信技術的低延遲特性能夠保證保護指令的快速傳輸，實現故障區域的即時隔離。

圖2 自愈策略協調流程

4 結 論

文章的研究成果明確指出，5G 通信技術的引入極大地提高了配電網的保護和自愈控制能力。通過精確的故障檢測、快速的故障隔離、高效的系統恢復策略，5G 通信技術為配電網帶來了前所未有的智能化水平。未來，隨著5G通信技術的持續發展和應用拓展，配電網的智能化管理將進一步提升，電網運行安全性、穩定性和經濟性預期將得到實質性的增強。文章不僅為電力行業提供了寶貴的理論指導，也為實際工程應用奠定了堅實的基礎，有望推動配電網保護及自愈控制策略向著更高層次發展。