智能电网中的5G技术应用

孙艺铭，路 朝，樊周杰，林 雨

（河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000）

0 引 言

近些年，国家电网公司持续推动智能电网的建设。伴随着分布式能源接入、新能源汽车配套服务、电力信息监测、配电自动化以及需求侧管理等技术的迅速发展[1]，各类电力网络、电力终端设备以及电力用户的通信需求呈爆炸式增长。因此，迫切需要一种速度快、故障率低、传输信息可靠且高效的新型通信技术为智能电网的发展提供可靠保障。

国家电网公司于2019年提出了泛在电力物联网的战略布局，是推动发展“三型两网”的重要环节[2]。这一理念的提出将发、输、配以及用等环节全部连接起来，旨在将各级平台的设备、人及物联系起来，实现数据共享，为社会提供服务，为各领域和市场的发展创造更多的可能性。当下，以5G为首的通信技术正逐步与大数据平台和人工智能相结合，开创一个全面物联网的新时代。得益于5G网络的高带宽、低时延以及大规模等优势[3]，5G将极大地推动行业的运营方式和作业模式做出变革。

相比于现在广泛使用的4G技术，5G技术具有如表1所示的多种优势[4]，为海量物联的场景提供了可靠支持。电网未来的发展方向与5G的应用有着高度重合，对5G行业的落实、推动相关产业发展具有重要作用。在智能电网战略大背景下，5G技术在电力行业建设中的融合，可为电网的智能信息化建设提供强有力的保障。

表1 5G与4G技术性能对比

1 智能电网发展现状

智能电网的建设离不开通信网络，不仅要传输数据快，还要在传输大量数据的同时具有高度保密和稳定运行的能力。智能电网能实现电力资源的优化设置，快速监测排除故障，清洁能源并网等。这些功能都依赖于高精度的传感器、可靠的通信方式以及高性能控制调度系统等。

智能电网好比一个有机体，电能的发、输、配过程构成的电力网络是这个有机体的骨架，可汇集和输送整个电路网络的能源。电力网上的各种传感设备和实时监控电网状态的装置是机体的神经末梢，控制和调度中心是机体的大脑，电力网通信技术是机体的传输神经。通过网络技术汇集整个电力网的信息，联结每一个传感装置和控制设备，从而为电网的智能调度提供稳定可靠的信息源。

2 智能电网中发展5G的意义

为大力发展国家经济，我国在基础建设上进行了巨大投入。我国电网已建成全世界规模最大、体量最广的电网，同时发展了较为完善的电力通信专网，形成了以光纤通信技术为主，无线网络、电力载波以及卫星通信等[5]相结合的电力通信发展方式。在低压侧配电网络的控制系统中，不仅存在大量设备终端需要接入网络的需求，而且需要极短的响应延迟时间等。现有的4G网络不能满足这些需求，所以需进一步提升配电侧通信网络的各方面指标。

5G技术凭借其超大的数据传输带宽、极低的传输延迟以及支持海量的设备接入等优良的技术指标[6]，提供了完美的解决方案。5G通信技术的切片模式可以无缝对接电网的各种业务，可以适用于电力需求侧管理中的负荷参数采集和控制等，为构建全面智能的电力物联网系统提供了有力支撑。

3 5G技术介绍

3.1 5G通信特点

5G作为近些年逐渐发展的通信技术，核心理念是满足高性能需求和提供多元化服务，具有架设成本低、通信时延低以及开放的技术架构等特点[7]，在电力行业中拥有巨大的应用市场和发展需求。它的应用场景和对应的技术特点如表2所示。

表2 电力行需求对应的5G技术特点

5G技术具有增强移动宽带、降低延时、提高通信质量、降低功耗以及提高带载能力的特点[8]，可以和电力系统相结合。

3.2 5G通信网络结构

5G系统由基站和核心网组成，如图1所示。核心网作为系统的控制中枢，关键职责在于管控系统和处理信息并传输。基站又可分为宏基站和微基站[9]。通过光纤通信方式接入核心网的宏基站主要服务不同场景下的用户，通过无线方式输送用户信息，是通信系统中的“关键岗位”。

图1 5G通信网络结构

4 智能电网中5G技术的应用与前景

4.1 切片技术的应用

4.1.1 业务隔离

5G特有的切片技术[10]能较好地实现智能电网的3大任务。切片技术能够把服务商的物理网络虚拟出多个“切片网络”，从技术上隔离不在一个切片网络内的数据。这项技术不仅确保了电力行业的隔离指标，而且使得电力专用网络与公共网络之间的数据相互隔离，提高了安全性能。

4.1.2 功能定制

得益于切片技术，5G网络可以按照设备分类和应用场合的不同需求提供不一样的服务，有效减少搭建系统的开销，提升系统效率和用户的使用体验，还可以优化网络数据，使资源得到合理使用。

4.1.3 质量保障

电网的控制和监测可确保网络通信的可靠性。使用切片技术可以避免网络中出现数据堵塞或因无响应造成监测短暂失联等情况。当某一个切片单元发生故障时，其他的切片单元不受影响[11]，进一步提高了电网抵抗风险的能力，也更便于管理网络。

4.2 多维场景的适配

4.2.1 负荷需求管理的支持

5G支持大量设备的接入，使得智能电网下需求侧的管理得到了有效应用。电力部门可通过分析用户数据了解用电信息，进而得到用户的负荷需求特征[12]，实现电力部门和用户的双向交互。分析用户的用电行为，可提供更适合用户的用电方案，从而为终端供电服务提供可靠的数据分析指导。

4.2.2 配电自动化

配电设备需要毫秒级的准确测控[13]，以保证配电质量且避免发生故障。5G技术极低的延迟很好地满足了这一需求，保障了配电设备的可靠性。

4.2.3 智能巡检

5G网络的高带宽使得远程视频传输[14]成为可能。无人机搭载巡检设备通过5G传输视频[15]实现更高效率的巡检，通过高清画面可有效分析故障，提高巡检效率。

4.3 资源互补的支持

5G建设推动了电力行业的设备化身成为资本。区域内大量基站的搭建均借助电力杆塔，庞大的电网体系为5G基站的建设提供了有力支持，在保证基站设备运转的情况下，根据分时调控基站的功耗，以充分利用电力资源。

5 结 论

智能电网的建设和发展对数据的传输、采集、汇总以及分析提出了更多需求。通过分析5G技术的发展，描述了5G技术的应用范围和未来前景，探讨了其应用场合。此外，文章通过探究5G技术与电力行业的交互方式，充分分析了5G技术加持下的各种常见电力需求场景。