基于5G+MEC的泛在电力物联网建设

2020-04-06曹广山张巾莹张胜东

数字通信世界 2020年3期

关键词：上联时延基站

马丹，曹广山，王荣，张巾莹，张胜东

（中国联合网络通信有限公司山东省分公司，济南 250000）

1 用5G+MEC技术打造新一代智慧电网

为贯彻落实国家电网有限公司“三型两网”战略部署及国网山东省电力公司电力物联网示范建设工作要求，国网山东省电力公司向我司提出，在济南汉峪金谷高可靠性现代配网示范区基础上，借助5G+MEC技术打造新一代智慧电网，主要验证目标如下：

1.1 变电站集中监控和移动巡检

5G的大带宽特性可以有效解决变电站高清视频监控的回传带宽问题，实现变电站各区域的高清实时监控；5G的大带宽和低时延特性可以实现无人机巡站、巡线等业务，降低电网运行维护成本和难度，提高运维检修的效率。

1.2 配电站配电状态感知

在智能配用电环节，利用5G技术的高稳定性、高可靠性和大带宽特性，将采集的高精度录波波形、海量实时电气量数据实时上传至配电自动化主站，更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求。

1.3 开关站线路纵差保护

5G的超低时延和超高安全性可以有效承载线路纵差保护，满足线路保护信号传输时延要求，探索线路纵差保护新的传输方式，助力电网运行。

图1 变电站5G+MEC组网架构图

2 基于5G+MEC的泛在电力物联网试点方案

2.1 变电站试点方案

（1）业务需求：通过5G实现变电站集中监控和移动巡检业务，包括220 kV变电站站端辅控系统、变电站高清视频、状态监测数据、机器人巡检的实时远程监视和控制，在220 kV变电站内实现变电移动作业和AR巡检，通过5G网络实时回传移动终端现场巡检数据和远程会商等。网络要求：总带宽50 M，时延100 ms。

（2）覆盖区域：220 kV变电站全站覆盖5G信号，包括站内院区、220 kV生产综合楼和110 kV生产综合楼，实现室内室外全覆盖。

（3）MEC建设方案：在下沉的园区机房建设MEC，包括三套服务器、三套交换机和两套防火墙，可支持15G流量并发，用户数不限。

核心网GW-U功能下沉到边缘机房，实现本地分流功能，满足大带宽、低时延业务诉求，同时配置防火墙确保业务安全；核心网GW-C放置于核心机房，与控制面链接，对用户进行鉴权、计费、策略控制等。

（4）基站建设方案：一是室外基站：占地面积为74 m（南北）×70 m（东西），在楼顶新建室外NSA 5G基站1座即可覆盖变电站室外区域。二是室内基站：采用3/4/5G共模的新型室分，共配置1台BBU，2台RHUB，5个PRRU。

图2 变电站5G室分系统连接图

变电站110 kV生产综合楼3个PRRU通过光电复合缆（2芯电2芯光）以并联的方式上联到RHUB1-1，志远变电站220 kV生产综合楼2个PRRU通过光电复合缆以并联的方式上联到RHUB1-2。RHUB1-1需要2芯光缆以级联方式连接RHUB1-2，RHUB1-1需要2芯光缆上联到联通5G BBU机房。

（5）基站回传方案：5G基站采用DRAN部署方式，5G RRU至BBU采用光纤直连方式，BBU集中安装于联通综合业务接入点机房。基站由联通综合业务接入点机房回传至MEC边缘计算中心均通过联通IPRAN传输设备上联。5G BBU采用10GE光口与新增IPRAN设备互联，通过IPRAN网络实现5G基站信令和数据的传输。

2.2 配电站试点方案

图3 配电站5G+MEC组网架构图

（1）业务需求：通过5G感知配电状态。配电终端TTU设备2部、视频监控系统1套、室内互联网显示器2台，通过5G网络实现配电终端TTU业务和视频监控业务实时回传至主站监控平台。网络要求：采集设备几十个，总带宽50 M，时延50 ms。

（2）覆盖区域：配电室实现室内5G信号全覆盖。

（3）基站建设方案：采用3/4/5G共模的新型室分，共部署1台BBU，1台RHUB，1个PRRU。

图4 东城逸家地下配电室室分设备连接图

2.3 开关站试点方案

图5 开关站5G+MEC组网架构图

（1）业务需求：通过5G实现开关站线路纵差保护业务（即配电自动化业务）。网络要求：带宽1 M，时延50 ms。本试点项目接入汉峪金谷双环网北环7个开关站配电自动化业务，每个开关站站内配置配电自动化交换机1台，用于传输站内各高压柜“三遥”数据至配电自动化主站Ⅰ区；配置保护交换机1台，用于传输环网内部开关站点间保护数据在双环网内部独立成环；配置综合监测装置通信设备1台，用于传输站内温湿度、水位等环境量和开关站视频换面至配电自动化主站Ⅲ区。

（2）覆盖区域：汉峪金谷双环网北环7座开关站，其中A3开关站为户外地上开关站，其余均为地下开关站。5G信号实现开关站所在区域的全覆盖。

（3）基站建设方案：一是汉峪金谷A3地上开关站：利旧原有角钢塔，新增NSA 5G宏站一套。二是其余6个地下开关站：采用3/4/5G共模的新型室分，分别部署1台BBU，1台RHUB，1个PRRU。

（4）基站回传方案：新增5G基站采用DRAN部署方式，5G RHUB至BBU采用光纤直连方式，环网内开关站间保护信息由上联基站通过IPRAN传输设备，回传至MEC设备，然后通过IPRAN设备传至目标开关站点，实现保护信息环网内独立成网。配网自动化Ⅰ区和Ⅲ区的业务由上联5G基站通过IPRAN设备回传至MEC边缘计算中心，经防火墙后由电力自有传输网络上传至配网自动化主站。

3 试点结果分析

山东联通联合国网山东省电力公司，在变电站、开关站和配电站进行了5G试点和业务验证，验证结论如下：

（1）无人机携带4K摄像头，实现变电站及线路的实时巡检，整个回传清楚流畅，单CPE上行带宽可稳定达到80 M以上。相对之前由于网络限制，视频图像只能存储本地后再调取。本次基于5G的无人机实时巡检验证成功，极大提升了发现故障后的处理效率，同时由于可以实现更高清的4K图像回传（上行带宽需求20 M以上），使得后续基于人工智能图像识别的自动巡检成为可能。

（2）线路保护时延最长41 ms、最短32 ms，可以满足配电网络下线路保护要求。室内室外的端到端平均时延均控制在38 ms以下，最大时延控制在47 ms以下，时延波动较小，可以满足配电网50 ms以内的要求

（3）10 kV开关三遥测试，在线率、成功率均达到100%，满足实际应用需求。综上，5G网络凭借其超高带宽、超低时延、超高可靠性、超大规模连接等优势，满足了电力行业变电站、配电站、开关站的多样化、智能化的需求，实现智能电网低成本、快速便捷、安全可靠的无线通信接入承载，进一步提升电网企业对自身业务的自主可控能力。