泛在电力物联网与5G 通信的结合应用与展望

彭 渤

（国家电网有限公司客户服务中心，天津 300000）

1 泛在电力物联网与5G 通信结合应用的关键技术

1.1 性能增强技术

对于5G 通信与泛在电力物联网的结合应用而言，其最为重要的目标就是完成其他无线通信方式无法实现的高性能指标，充分发挥5G 通信的优势。性能增强技术主要指的是提高“三高两低”性能的无线通信技术及无线网络技术。当前阶段，此方面的部分技术已经成为5G 必备的标准技术得到广泛关注并日渐成熟，如毫米波通信技术、大规模MIMO 技术等；部分技术虽然前景广阔，然而存在技术瓶颈缺乏一致定论，如D2D 通信怎样减少信号干扰、全双工技术中存在消除自干扰等[1]。

1.2 软化开放技术

在5G 通信网络软件化并向网络用户开放接口时会涉及到软化开放技术。此处需要注意的是，泛在电力物联网是通信网络与电力网络有机融合所产生的事物。电力通信网传统的控制方式较为繁杂，对于操作人员的要求相对较高，而且电网无法脱离电信运营商的支持，在网络功能的使用上表现出较强的被动性。泛在电力物联网通过对SDN 和NFV 的运用实现了方式上的跨越，即只需要面对通信操作系统[2]。

在将网络操作系统与泛在电力物联网配进行配置后，还需相应的“应用程序”为其提供支撑。电网任务在性能需求方面表现出较强的差异化特征，如采集用电信息要求连接数、配电保护要求通信时延等。此前的通信通常是相同资源在不同业务中予以使用，如此便无法充分满足较为严格的需求，但是将独立资源提供给各类差异化需求，所需的成本较高，并且操作十分繁杂。切片技术的运用恰恰能够摆脱这一困境，电网运营商可以根据实际情况以不同的切割方法来处理差异化业务，进而实现“按需定制、动态编排”的良好效果，同时在交互管理方面能够实现自助服务。

1.3 自治优化技术

以用户为中心展开广泛和深入的互动是能源互联的主要目标。因为电网用户群十分庞大，如果单纯凭借电网运营商根据广大用户需求对通信网做出调整和优化，那么实际工作量十分巨大。因此，需要在通信网络与用户间建立有效连接，让通信网络可以结合用户和业务的实际情况展开自动调整。为了实现这个效果，需要将通信网络自治作为首要任务。在3G 时代时，SON 技术就被提出，但是发展到今天在技术方面依旧面临着一系列的挑战，如SON 各个功能间表现出相对较强的独立性，可能会出现冲突使得SON 的总体上的效果收益受到严重影响；当前阶段SON 的运行模式呈现出较强的被动性特征，即“出现问题-发现问题-解决问题”，如此一来，网络的固有延迟便有所增加，这与5G 所强调的低延迟感知不相符。目前，SON 在自治功能方面侧重于协调性和主动性，使得功能间的问题和冲突得到解决，进而以主动的方式展开预测活动[3]。

5G 网络可以根据用户具体情况提供智能感知及适配，呈现出较强的个性化特征。通过对用户终端一系列历史数据的研判可以对用户的具体需求、日常使用习惯等做出充分的挖掘和分析，此类历史数据包括使用状态、功耗、CPU 负载、业务类型、所处位置等。例如，用户在什么时间利用怎样的设备会产生什么样的数据流量等，在通过“自学习”的方式改进和优化网络参数配置，此技术就是情景感知技术。

2 泛在电力物联网与5G 通信结合应用的展望

2.1 双网联合仿真

电力系统分析需要电力仿真的支持，以此对电力系统未来的运行状态做出相应的判定，同时考虑方案的安全性与可靠性，找寻并提出存在的风险内容。当前阶段，多元化电力系统仿真软件的开发也取得较大进展；对于通信领域而言，为确保通信系统实际运行过程中的安全性与稳定性，在系统规划或正式开始运行前要根据实际情况开展仿真分析工作，如OPNET等[4]。随着泛在电力物联网的不断发展，也将实现电力网络与通信网络的进一步深度耦合，针对泛在电力物联网所开展的分析工作要根据实际情况将5G 通信网与电力网进行结合并进行联合仿真，这就需要对新的联合仿真方法及软件系统进行开发。

2.2 双网联合优化

即便5G 通信系统的单位功耗相对较低，但因为通信量在未来的时间里会快速提升，因此5G 通信系统在功耗方面的效果十分可观。对于泛在电力物联网，需为各类5G 通信基站提供电力保障，由此能够看出双网在能量上需进行交换，通过这种供需互动的方式实现双网的联合电力流规划和控制优化。此外，虽然5G 通信可以实现“万物互联”的良好效果，但不得不承认电力系统的部分地方较为薄弱，或存在部分地方有着较高的通信需求，那么这种地方的通信系统就要根据实际情况做出进一步强化，因此要从实际出发针对此方面展开更加深入的研究与分析。

2.3 双网的安全性和隐私性

虽然5G 通信具备较为明显的应用优势，然而万物互联对于通信的安全性和隐私性也会产生一定影响。推行和建设5G 通信需要对信息安全方面所面临的挑战予以充分重视[5]。就泛在电力物联网来说，信息的安全性和隐私性十分重要。例如，电力系统部分数据影响电网的安全运行，要根据实际情况设置相应的安全和保密级别；同时，用户的具体用电情况也与用户隐私安全存在联系，在交换和传输的过程中要根据实际情况对数据获取权限进行合理设置，在确保不同参与主体隐私的前提下开展数据共享工作。泛在电力物联网在未来的发展中将会涉及到海量的数据传输与转换，不仅要对数据密级进行科学界定，而且要对数据归属予以明确，合理管控数据权限为5G 通信网与电力网的安全性和隐私性提供良好的支持和保障。

2.4 复杂多级多对象控制与优化

泛在电力物联网所实现的万物互联并非单纯通过双网把实物予以连接，而是在此基础上采集数据、分析运行状态，进而完成科学的优化与控制工作。随着泛在电力物联网的发展，在万物互联方面所表现出的多级化、多对象化特征将会愈发明显，传统控制及优化算法的规模相对较小，在此广域控制上无法充分发挥应有价值，因此要对更加先进的分层、分布式等优化算法进行研发，进一步提升万物互联的协调性。

2.5 配电网透明化和态势感知

为了对泛在电力物联网的实际运行状态进行实时感知，需要根据实际情况按照海量传感器，并利用5G通信网络实现万物连接，尤其是当前阶段配电网监测方面存在提升空间，具体可观性较差。例如，无法直接测量得到分布式光伏出力，仅能够得到智能电表的“净负荷”等问题[6]。随着5G 通信与泛在电力物联网的结合应用的不断深入，未来能够在海量数据采集的基础上，开展大数据及可视化分析，配电网因此朝着透明化和实时态势感知方向进行发展。

2.6 商业模式的多元化

5G 通信与泛在电力物联网的结合应用也会为全新的商业模式注入活力。例如，可交易能源环境下实现P2P 交易，5G 通信的端对端通信技术可以为此项交易提供一定支持，并对交易通信成本做出科学控制；5G通信增强海量对象的协调性，使得虚拟电厂建设具有可行性。

3 结 论

泛在电力物联网建设刚刚拉开序幕，同时5G 通信规模化商用也在不断普及，未来的生活方式也会因此得到重塑，电力与能源系统将会朝着“物理-信息-社会”深度耦合的方向进行发展。本文紧紧围绕5G 通信时代，针对泛在电力物联网所涉及的关键技术进行探讨，同时对5G 通信在未来普及发展过程中与泛在电力物联网的结合应用提出几点展望，以期可以为相关学者提供一定的参考。