聂 鹏，谷 峰

（1.国网四川省电力公司，四川 成都 610000；
2.四川世纪星通科技有限公司，四川 成都 610000）

1.1 应用概述

5G技术现已全面运用于电网核心网络的输电、变（配）电、用电等环节，电网核心网络的检测速度因此变得更快，范围更大，可以检测整个配网运维系统，能对配网系统运行情况实现实时双向监控，展开各种潜在性的风险识别，超前防范并化解安全风险。目前来看，分布式电源、毫秒级精准负荷控制等则是该技术未来发展目标，如采集监控、实时控制类业务（配电自动化等）将成该项技术的主要应用场景[1]。

1.2 配电自动化

配电自动化实质上是一种综合性信息管理系统，这种基于计算机技术、信息技术的系统将数据传输、控制技术、现代设备、现代管理等融于一体，其发展过程如下。

（1）以自动开关为主体的配电自动化。分段器、重合器等是本阶段的主体设备，而且没有计算机系统、通信网络构建需要。

（2）基于馈线终端单元、通信网络和后台计算机网络的配电自动化。此类设备同样可以有效遥控、监视正处运行状态中的电网核心网络。

（3）基于馈线终端单元、通信网络和后台计算机网络+自动控制设备的配电自动化。本阶段的配电自动化系统实质上是综合自动化系统，集配电网管理系统（变电所自动化、电容器组调控等）和故障呼叫服务系统、需方管理（DSM）、配电网SCADA系统等于一体，具有至少140种功能，完善度更高，功能更强。

目前，光伏发电越来越普及，传统的电力用户同时具有发电方身份，增加了电网运维任务，提高了运维压力。这是因为传统配电网并无分布式电源接入冗余设计，要完成分布式电源接入，既有单电源辐射型网络则需要向双或多电源网络转换，这种接入转换一度受困于技术。但5G技术问世后顺利解决了这个难题，电网的效率、灵活性、可靠性有了明显提升，网络构架变化引发的问题也因此迎刃而解[2]。因此，配电自动化系统有助于提升供电安全可靠性、提供优质服务、改善电能质量、缓解员工工作压力、节约运行成本。

1.3 网络切片技术

从电网建设的趋势来看，社会发展速度加快逐步提高了电力通信承载能力标准，比如，自愈性、安全性、经济性已经成为评价电网质量的基本标准，而5G技术即可实现这一目标，确保电网核心网络运行符合用户需要。这是因为5G网络切片技术会决定性影响电网配电，保障电网运行安全、稳定。电网电能通常以光速输送，对电网的安全稳定性有极高的要求，需要具备按需求、分时段电网控制功能，5G网络切片技术可以在毫秒级层面实现智能识别、故障定位、分析、恢复电网运行等。最后1千米内的电网设备接入环境管理难度更高，而且电表隔日传输数据约束了数据信息时效性分析，这类现实困境都制约了传统电网的运行效率。5G技术具有更高的传输速率，能以天、小时为单位收集、分析、上传数据，数据采集的速度更快、效率更高，可以全面破解上述难题[3]。

2.1 广覆盖大连接

此类场景的经典代表之一是采集用电数据和监督配网运行状态，前者涵盖主站、电表等。以用电数据流向为依据，我们可以将用电信息采集分成两类：其一为上行数据信息，即居民、工业和商业等低压侧用户电表数据，上行数据采集后通过采集设备向集中器传输，由集中器向主站发送（基于上行通道），主要用于上报用户用电数据；
其二为下行数据信息，即主站基于集中器、专变终端向电表发送指令信息，实现安全认证和开关控制等意图。数据采集单位通常为小时或天。国内现已普遍采用电能采集、配网监测技术，问题在于大部分电表仅能以天为单位进行数据传输，这给数据分析造成了一定的障碍，而这方面的制约将会因5G技术的应用迎刃而解，因为5G技术的通信速率高，有助于电力数据采集与发送。

2.2 低延迟高可靠性

（1）配网自动化。≥10 kV配网中的自动化终端是指智能TTU、开闭所DTU、柱上开关FTU等，此类设备负责线路相关参数（温度、电流和电压）的收集与监测，利用无线网向市级公司发送数据，且由后者向主站传输，由主站基于全网单一节点配网信息或馈线全面分析、处理，以便识别、定位用电设备或故障线路，为安全、可靠供电提供保障。

（2）差动保护。高压电网通常需要用到差动保护技术，这种技术能准确无误地定位并有效隔离电网故障区域，显著减少电网受损范围和受损程度，全面化解分布式电源与≤35 kV配电网连接后面临的多种问题。同一时刻电流为差动保护差值，这是电网差动保护的重点所在。因此，互相连接的数个差动保护终端时间应100%同步，交互信息端到端发送延时≤12 ms，时间精度＜10 μs。截至目前，尚未形成电网配网差动保护通信标准，但从高压差动保护标准来看，配电差动保护通信带宽≥2 Mbps，时延抖动≤±50 μs，单相端到端时延＜12 ms，具备99.999%可靠度，共享资源，并全面独立于管理大区业务，满足终端互相通信需要。5G配网差动保护终端以有线方式为支撑联结5G客户终端RJ-45接口，CPE则以无线空口为基础和运营方5G基站进行联接，5G基站则利用核心网、有线网等专网路由运行，双端差动保护数据交互至此实现。

（3）毫秒级荷载精准控制。荷载毫秒级精准负荷控制系统的组成部分包括用户侧智能负荷终端、切负荷子站和切负荷安装主站。荷载曲线控制一般利用电网内的负荷控制实现，其意在于实现电力荷载平衡，为电网安全与应用效率提供保障。发电设备备份缺失、省际联络线超载、电网故障伊始的频率迅速跌落均需要通过精准负荷控制来进行处理。精准负荷控制需要48.1 kbps～1.13 Mbps秒级、分钟级通信带宽（单一终端至主站间），99.999%可靠性，＜50 ms单向端到端时延。同时，由于精准负荷控制是一种I/II生产大区业务，必需独享资源，与管理大区业务全面分离，所以需要进行物理隔离，而且系统必需持续在线，通信不能中断。从现网技术的缺陷及5G技术的高可靠、低时延特征来看，通信终端选择5G CPE能有效划分高可靠、低时延端到端网络，顺利实现精准负荷控制（毫秒级）。通常需要在≥330/500 kV枢纽变电站配置控制主站、控制中心；
≥220 kV枢纽变电站配置控制子站；
≥10 kV储能站、配电房等控制系统末端处配置控制终端。

2.3 高带宽大容量

（1）视频监管。开站和闭站等供电站核心节点、电网配电房等一律属于视频监控的对象，之所以要进行视频监控，主要是因为需要实时掌握监控对象的工作状态。例如，电网配电房监控设备部署比较灵活，这主要是因为此类监控对象位置隐蔽，监控的重点通常包括仪器仪表柜、开关柜、配电柜等，适时发送监控图像，由人工智能对设备工作情况做出分析判断，特别有助于发现设备运行安全风险，监控的准确性极高，且能全面减轻人工监控压力。此类监控设备应具备4～10 Mbps单节点带宽，同时要求流量不间断，以此确保监控的准确性不受任何影响，保证图片发送的质量、速度。而且只能有最高200 ms的时延，否则，发送视频过程中易出现卡顿现象。

（2）巡检智能化。人工巡检是一种传统的电力设备巡检方式，这种方式在电力设备数量较少前提下基本可以满足需要，不足之处主要表现在数据完整性不足、安全性低、效率不高，忘检、漏检比例过高等，特别是在电力行业发展加快、用电设备数量日益增多条件下，人工巡检的缺陷更加明显，也显著增大了人工巡检的难度和风险。采用5G技术可以有效破解上述难题，因为该技术与人工智能配合，可以实现远距离巡检、室内巡检，而且可以准确定位线路和设备故障区域。比如，配电室、固定巷道等特殊场景，可以由机器人巡检，并且能通过5G技术完成视频、图片、数据发送。再比如，无人值守的≥220 kV换流站、变电站更适合通过智能巡检完成数据收集。人工智能巡检数据发送对象包括设备诊断数据、图像数据，技术标准为时延＜300 ms、数据发送速率＞2 Mbps、99.99%可靠性。此外，无人机巡检模式未来将逐步成为一个有力的辅助手段，这也是5G技术使电网核心网络应用技术升级。

工作场景与5G网络之间存在配套问题，也就是说，工作场景不同，需要的5G网络也有明显差异。5G技术中的CPE通常具有过渡承载功能，是5G网络与各种终端设备的联结枢纽，只要以内置或外接为支撑把5G CPE部署在电力设备上，就能在5G网络内接入此类电力设备。这种技术显著有助于传统电力设备升级，同时也全面弱化了老旧设备的改造难度，延长了传统设备的使用寿命，资源节约效果极为明显。但是，无论是新设备还是老旧设备改造，其数据信息均能基于无线接入方式、承载网等途径向5G核心网络发送，由5G核心网接收并向主站发送。5G核心网则可接入NRF（网络注册单元）、AMF（管理单元），采用NSSF切片，用户数据储存UDM，三类切片共同控制PCF，并将用户面管理单元UPF、专用会话管理单元SMF同时部署在三类切片中即可。5G网络通常宜进行eMBB、mMTC和uRLLC三类场景划分：eMBB负责时延标准低、带宽标准高的应用，视频监控、机器人或无人机等智能巡检场景宜采用eMBB应用；
接入数量大、带宽时延标准不高的场景通常由应用mMTC负责，如设备资产管理、电力数据信息收集等即宜选择mMTC场景；
对可靠性、时延要求高的场景可由应用uRLLC负责，且可独立部署电网内的控制业务，上文提及的精准负荷控制、配网自动化和差动保护等均宜采用uRLLC应用。

综上所述，5G技术在电网核心网络中的应用范围极广，几乎各种场景均可利用5G技术来提高业务处理的精确度，加快业务处理效率，减少人工作业的难度和压力。

当前，我国改革开放已经进入深水区，数量型经济逐步让位于质量型经济，供给侧结构性改革已经全面拉开，内外双循环体制正在逐步形成，凡此等均决定我国电力发展已经进入全新时代，用电量势必会持续增长，电网及其核心网络运行压力也会因此而不断增加。特别是工业用电持续增长，家庭大功率用电设备数量不断增多，均会持续促进电网规模扩大。而信息技术、人工智能技术、大数据技术的发展则让我国传统电网升级、更新具备了坚实的技术支撑，这也是我国智能电网建设发展全面推进的主要原因。在可预见的未来，我国电力用户相互之间、电力用户与电力设备之间、设备与设备相互之间的数据信息传输需求量势必会持续增加，这也是公众生活质量改善、关注心理体验和生活质量的一个基本要求。而能支撑起公众上述需求、满足社会持续飞速发展需要的技术非稳定、可靠、安全、高效的通信技术莫属。因此，从电网核心网络建设、通信技术发展角度来看，当务之急在于进一步提高电力系统的信息化、自动化、智能化水平。泛在电力物联网（国家电网公司2019）概念就此被正式提出，电网各环节互通互联是泛在电力物联网的中心和重心，而其设计目标能否实现，主要取决于通信技术。目前，我国已经全面进入5G通信时代，这一具有全球领先性的通信技术实质性颠覆了传统通信模式、技术等。无论是网速，还是业务范围、兼容性等，均已具备支撑物联网发展的功能。电网的未来已与具有高可靠、低时延、高容量、高速率等特征和优势的5G技术密不可分，万物互联时代正在快速到来。■

猜你喜欢 差动时延配电 10KV变压器配电安装柜中常见问题分析商品与质量(2021年43期)2022-01-185G承载网部署满足uRLLC业务时延要求的研究通信电源技术(2020年8期)2020-07-21关于10KV配电线路运行维护措施探索活力(2019年19期)2020-01-06变压器差动保护误动因素分析及解决措施电子制作(2019年10期)2019-06-17基于GCC-nearest时延估计的室内声源定位电子制作(2019年23期)2019-02-2310kV及以下配电线路运行维护电子制作(2018年18期)2018-11-14差动保护动作停电时母线的处理探究电子制作(2018年14期)2018-08-21试论电力系统配电自动化及其对故障的处理电子制作(2018年10期)2018-08-04变压器差动保护误动原因探讨电子制作(2017年10期)2017-04-18变压器差动保护负相序对差动保护的影响电子制作(2017年23期)2017-02-02