5G技术在智能电网中的应用探究

摘要：建造坚强的智能电网是实现电网高质量发展的重要基石，而关乎智能电网发展的牢靠保障便是高速、双向的通信基础。本文首先简要介绍了目前我国智能电网的发展现状，从现状中分析目前智能电网对于无线通信的需求，并重点介绍5G通信在智能电网中的应用以及发展前景。

关键词：智能电网;5G无线网络技术

0引言：

根据移动通信的发展估计，第五代移动通信技术将于2020年准备商用，目前5G在数字化社会的建设进程中起到了重要的作用。对于智能电网建设而言，5G通信的建设会满足智能电网中的发电、输送、配电、以及用电等环节的大量通信需求，有助于实现智能电网在供给侧的双向通信，为电网的智能化建设提供坚强的保证。

1 我国现阶段智能电网的发展

智能电网是利用新型能源、新型设备以及通信信息技术、传感技术、智能决策应用对传统电力系统用进行改造。通过此种改造可以实现电力资源管理自动化、电力系统故障的迅速排查等，能有效的提升电网的运行效率，增强电网的可靠性。

智能电网主要体系为三个层级，第一层级是汇聚和传输电力的各种业务所组成的电力层;第二层级是进行综合规划部署、调度扩展、电力服务的运营层;第三层是由通信信息技术，传感技术等构成的支撑层。这三层结构中支撑层是智能电网的传输神经，汇聚了大量的终端以及传感设备，是智能电网建设的基础。

现阶段的智能电网建设对于传统电网行业来说无疑是注入了巨大的、全新的活力，解决了很多在传统电网中积压许久的问题。

2 现阶段智能电网对无线通信的需求

2.1智能电网的通信业务需求

在智能电网的建设中，通信技术是智能电网建设的关键技术保障，智能电网需要用网络将所采集到的有关电力数据进行传输，在此过程中对通信的安全性、可靠性有着极高的要求。并且在智能电网的管理方面，由于其管理的复杂性，传统电网的单一笼统管理模式不足以进行高效管理，合理运用通信技术可以对单一的管理模式进行优化升级，从而提高智能电网管理的质量和效率。

目前我国在发电、输电环节已经建成了全球最大的电力专网，形成了一张以电力光纤通信与无线专网为核心，卫星、微波、电力载波通信为辅助的电力通信专网。

2.2无线通信相对于光纤通信的优势

在我国的电力专网应用中主要使用的是光纤专网通信，虽然光纤具有可靠性、有效性和安全性极高的特性，但是在具体的实施过程中光纤存在某些无法解决的问题，例如：（1）、在智能化建设中，我们需要海量的终端设备，位置较分散;（2）、终端设备通常会分布在城区中等人口密度较大的地方，进行光缆施工时通常需要在地下埋入光纤，在此种地区施工难度大，工期长;（3）对于大量的终端光纤铺设成本较高。在此种情况下选择无线通信的方式是一种更好的选择，运用无线通信可以较好的解决以上的问题，实现最后一公里的接入。

3 5G通信在智能电网中的应用

3.1 5G通信技术的主要优势

在5G通信的建设当中Massive MIMO技术是其中的关键技术。由于5G通信技术系统的传输速率要远高于4G通信。这就意味着高频谱效率和功率效率。Massive MIMO技术主要是通过增加发送端和接收端的天线数，对移动终端发送强信号的电波，使高频信号能进行定向的长距离传输至移动终端中，从而提升系统容量和能量效率。现在的4G通信网络最高的传输速度可以达到150Mb/s，而5G通信最高能达到15Gb/s，并可将时延降至100ms，大大提升了数据的传输速度，这可以更好的满足智能电网业务对于数据传输实时性的需求。

在以上所述的无线通信在智能电网的应用中对无线通信的有效性和可靠性都有着极高的要求，比如在进行信息采集，设备监控的过程中3.2 5G无线通信技术解决的具体业务需求

利用5G无线通信技术解决智能电网业务的具体需求主要有如下几种：

（1）准确的负荷控制

电力负荷控制的含义是对用户用电负荷进行实时监测，当负荷超过设定的阈值时，系统会进行报警，并切断电闸。负荷控制是一种重要的管理方式。在传统的负荷控制中，由于缺少通信网络的支持，一般只能对配电线整体进行切断，这样对一刀切的机制对用户的影响很大。通过5G通信技术的低时延、高速率特性可以负荷控制的准确程度，对故障点的用户的负荷进行精确控制，减少对配电线上其他用户的影响，降低不必要的经济损失。

（2）智能分布式自动化配电

自动化配电是智能电网的标志性革新之一，其融合了多种技术，例如控制技术，数据传输技术等，通过对配电过程的实时监测及时发现故障发生点，即时通知调度人员对故障进行处理。当前的电力系统对可靠性的要求越来越高，而利用5G技术100ms的时延便可以达到毫秒级的故障处理，在故障发生的时候迅速发现故障位置，进行有效的故障恢复，从而可以减少运维成本，改进电能质量，减少故障造成的经济损失。

（3）分布式电源的控制

近年来在智能城市的建設中，分布式电源的数量增长十分迅速，分布式电源主要包括太阳能、风能发电设施以及电动车充电站等。但想实现分布式问题必须解决的问题就是原有的电网结构为单电源辐射状的单向网络，在分布式电源加入后电网结构变为了双向传输，利用5G的大带宽，让海量的数据无阻塞的在信道中传输，对分布式电源进行有效监控。

（4）低电压用电信息采集

在大数据的背景下，电网系统需要采集低电压用电信息，以实现用户用电智能管理，电力经济分析等智能电网用户服务。通过无线网络可以连接到用户家中，对用户的用电信息进行自动采集、分析、管理，并对用户用电异常信息进行实时监控。

（5）实现智能电网的垂直行业个性化

5G 通信技术中的网络切片技术是让使用者在同一套硬件基础设施中划分多个虚拟的端到端网络，并且每个切片之间从接入网到核心网都存在逻辑上的隔离，依据此技术我们可以满足在不同场景下应用网络所需要的不同的带宽和时延，利用网络切片进行灵活的调整

可以提高管理效率、节省运营成本和不必要的带宽浪费。智能电网业务的应用主要可以分为两类切片的需求一种是以自动化配电，和准确负荷控制为代表的工业控制类服务，另一种是一用户用电信息采集和分布式电源控制为代表的信息采集类业务。

4结束语

智能电网的建设对于电力系统供电可靠性的增强以及电网运行效率的提升有着重要的意义。而在未来智能电网业务的发展需求与5G通信技术得天独厚的优势是相符合的，目前5G通信技术作为新兴的热点技术，其建设与应用的进度正在迅速加快，信息技术的飞速发展正在引领着传统电力系统加快信息融合的脚步，这对我国电力系统而言是一次巨大的机遇，在今后的智能电网建设中，应当针对5G技术展开深度的研究，积极推动5G技术应用落地，加快建立智能电网业务的指标规范，同时充分利用5G带来的海量研究资源，助力电网企业向着智能化、平台化的方向转型发展。

参考文献

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作者简介：曲睿（1999.3.2-）男，汉族，黑龙江省哈尔滨市人，本科，就读于华北电力大学。