基于5G 通信技術的智能配電網實時監測與控制

周宇浩

（國網江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引 言

當前信息技術飛速發展，智能配電網作為新一代電力系統的重要組成部分，逐漸成為能源領域的研究熱點。5G 通信技術的廣泛應用為智能配電網的實時監測與控制提供了新的可能性，推動了智能能源系統的發展。傳統電網中存在數據傳輸速度慢、連接設備有限等問題，難以實現實時監測與控制，導致電網運行效率低下。而基于5G 通信技術的智能配電網則能實現高速數據傳輸、大規模設備連接以及靈活資源調度，為電力系統的安全穩定運行提供了堅實的技術支持。

1 5G 通信技術在智能配電網實時監測與控制中的應用優勢

1.1 高速數據傳輸和低延遲

5G 通信技術在智能配電網實時監測與控制中的應用體現在高速數據傳輸和低延遲方面。5G 通信技術憑借毫秒級的低延遲和超高速數據傳輸能力，極大地提升了配電網監測和控制的效率和精度[1]。在實時監測方面，傳感器采集的海量數據可以通過5G 網絡快速傳輸至監控中心，即時感知電網狀態；在控制方面，5G 的低延遲保障了指令的快速響應，使得智能配電設備能夠實現快速調節和優化運行。

1.2 大規模設備連接和通信穩定性

5G 通信技術通過引入網絡切片技術劃分和分配網絡資源，確保不同類型的設備和應用可以獲得適當的帶寬和服務質量，使得智能配電網中的不同終端設備可以實時交換信息，快速響應系統指令，實現實時監測與控制配電網。5G 通信技術具備較強的通信穩定性，能夠應對復雜的電力環境和惡劣的天氣條件。5G 通信技術采用多天線技術和自適應調制解調技術，可以有效降低信道干擾，提升通信質量和可靠性[2]。這就在一定程度上為智能配電網的實時監測與控制提供了穩定和可靠的通信保障，確保了數據傳輸的準確性和實時性。

2 5G 通信技術關鍵技術分析

2.1 毫米波通信技術

毫米波通信技術是5G 通信技術中的關鍵技術，利用30 ～300 GHz 的頻段傳輸數據，具有大帶寬和高數據傳輸速率的特點[3]。在5G 通信中，毫米波技術廣泛應用于擴大通信容量和提高通信速度，并為大規模設備連接和低時延通信提供支持。但是毫米波通信技術穿透力較弱，受障礙物阻擋影響較大，因此需要采用波束成形和波束跟蹤等技術解決傳輸中的信號衰減問題。波束成形技術發射器和接收器可以聚焦信號傳輸，提高傳輸效率，擴大覆蓋范圍，從而克服了毫米波通信在室內和城市環境中的覆蓋局限性[4]。

2.2 大規模多天線傳輸技術

大規模多天線傳輸技術作為5G 通信的關鍵技術之一，采用大規模天線陣列技術，通過部署大量天線單元復用多個用戶的空間，從而擴大通信系統的容量和覆蓋范圍。該技術在實際應用中涉及多方面的復雜技術和工程實踐[5]。大規模多天線傳輸技術中的大規模天線陣列需要考慮天線之間的互相干擾問題，在設計和部署過程中采用有效的信號處理算法和波束賦形技術，以確保各個天線單元之間相互協作，避免干擾，提高信號的接收性能和傳輸效率。

針對大規模天線傳輸系統中可能存在的復雜信道環境和多徑效應，采用先進的信道估計和均衡技術，以確保在動態多路徑衰落的情況下依然能夠實現可靠的信號傳輸和接收。利用多天線系統具有空間多樣性和空間復用的優勢，通過合理的信道估計算法提升系統的健壯性和抗干擾能力。為了實現對多個用戶同時進行空間復用，大規模多天線傳輸技術還需要考慮信號的干擾管理和資源分配等問題，涉及對多用戶間的信號分離、干擾抑制和資源調度等關鍵技術。

2.3 低功耗廣域網技術

低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，LPWAN）技術是5G 通信的關鍵技術，旨在實現對大規模物聯網設備的低功耗、遠距離通信需求。LPWAN技術主要包括窄帶物聯網（Narrowband Internet of Things,NB-IoT）和遠距離無線電（Long Range Radio，LoRa）等通信標準。

NB-IoT 作為一種基于蜂窩網絡的低功耗廣域網技術，在頻譜利用效率和覆蓋范圍方面具有優勢。NB-IoT 具有低功耗、長續航時間的優點，適用于需要低數據速率和遠距離覆蓋的物聯網場景。同時，NB-IoT 支持大規模設備連接和高密度部署，為物聯網應用提供了可靠的通信支持。LoRa 技術則采用頻率擴展調制技術，實現了在較長距離范圍內的低功耗通信。LoRa 網絡具有較強的自組織能力和抗干擾性，適用于城市智能化、農業監測等領域。

3 5G 通信技術在智能配電網實時監測與控制中的典型應用分析

3.1 基于5G 的智能配電網遠程監測系統

利用5G 通信技術的高速、低時延和大連接性能，智能配電網可以實時監測與控制供電設備，提高供電系統的安全性、可靠性和效率[6]。典型的智能配電網遠程監測系統結合了傳感器技術、物聯網技術和人工智能算法，實時監測與分析配電設備狀態和電網運行情況。以某智能配電網為例，其監測系統包括各類傳感器（如電流傳感器及電壓傳感器）、數據采集設備、云平臺以及用戶終端。

3.2 5G 通信技術在智能電表數據采集和傳輸中的應用

5G 通信技術在智能配電網實時監測與控制中的應用通過提供高速、可靠的數據傳輸和較低的時延，實現高效采集和傳輸智能電表數據。某城市的電力公司引入5G 通信技術，將其應用于智能電表數據采集和傳輸系統。該系統包括智能電表、數據采集終端、5G 通信網絡以及數據中心。智能電表通過內置的傳感器實時采集用戶的用電數據，并通過5G 通信網絡將數據傳輸至數據中心進行存儲和分析。

在5G 通信技術的支持下，智能電表可以高速傳輸數據。5G 網絡提供的大帶寬和高效調制技術使得智能電表數據傳輸速率較高[7]。5G 通信技術實現了較低的時延，可以滿足智能電表數據實時性的要求。5G 網絡的毫秒級時延使智能電表數據能夠及時傳輸到數據中心進行處理和分析。較低的時延有助于電力公司快速響應用戶的用電需求，并采取相應的調控措施。

3.3 基于5G 通信技術的實時故障檢測與定位系統

城市的智能配電網中，引入了基于5G 通信技術的實時故障檢測與定位系統。該系統通過部署在各個配電設備上的傳感器實時監測電流、電壓等參數，并利用5G 網絡將數據傳輸至中心監控系統。某變電站附近突然發生短路故障，導致該區域多個用戶停電。文章設計的實時故障檢測與定位系統立即捕捉到電網參數的異常變化，并通過5G 網絡將數據傳輸至中心系統，中心系統利用5G 傳輸的實時數據，結合故障檢測算法，迅速定位故障點所在位置。若使用傳統處理系統處理故障，則需要依賴用戶的報修或者人工巡檢來發現故障。一旦故障被確認，維修人員需要逐步排查和定位故障點，這個過程需要較長的時間。

表1 事故相關參數記錄

3.4 基于5G 通信技術收集低壓用電信息

基于5G 通信技術的智能配電網中，低壓用電信息收集是一個典型的應用。傳統的用電信息收集存在多種問題，效率較低。雖然已經發展出用電信息收集系統和抄表終端，但是這些系統無法滿足實時收集用電信息的需求，降低了用戶體驗。基于5G 通信技術的低壓用電信息收集系統可以自動收集用電信息，并進行用電分析管理、計量異常監測、信息發布、電能質量監測、智能用電設備以及分布式能源的監控信息交互，在一定程度上提高了用電信息收集的精準性，并且能夠滿足海量終端的接入需求[8]。

4 結 論

基于5G通信技術的智能配電網實時監測與控制，通過提高數據傳輸速度和可靠性實現了用電信息的實時收集、分析和管理，進而提高了電力系統運行效率，保障了供電穩定性。5G 技術的應用為智能配電網提供了更高效、智能化的監測與控制手段，推動了能源領域的數字化轉型和智能化發展。