5G时代下物联网与电力系统的融合

摘要：2019年是5G元年，2020年5G正式投入商用。5G通信因具有高速率、高容量、高可靠性、低时延和低能耗的特点，受到各行各业的青睐。当前，5G技术为电力通信技术奠定了基石，同时掀起了物联网的新风潮，得益于物联网的新一轮飞跃，电力系统必将向着更可靠、更高效、更智能的方向发展。本文将初步探讨在5G时代背景下，简要说明物联网与电力系统融合的可能性与发展前景。

关键词：5G通信;物联网;电力系统

引言：

物联网技术是以互联网技术为基础及核心的，其信息交换和通讯过程的完成也是基于互联网技术基础之上的。通信技术与物联网的关系紧密，物联网中海量终端连接、实时控制等技术离不开高速率的通信技术。而新一代5G通信技术具有高带宽、低时延和低能耗的特点，5G的快速发展必然会刺激物联网的发展，而在电力系统中，5G时代下物联网的应用将显著提高电力系统的稳定性与安全性， 同时亦能满足保护环境、节能减排的可持续发展要求， 促使电网水平进入一个更高的层次。

1.5G通信的基本特征

5G是指第5代移动通信技术，其核心是提高性能和满足多样化的要求。5G的基本特征包括“三高两低”——即高速率、高容量、高可靠性、低时延和低能耗。

1）高速率。5G的用户体验速率是4G的10倍，峰值速率可达到20Gbit/s，在电力系统方面，因电力服务需要采集包括系统实时量测数据、视频监控数据等在内的海量数据，高速率为海量数据的传输提供了强有力的支持，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。

2）高容量。传统4G通信所连的终端数量有限，且一般用于手机，因此长时间以来，都以民用为主，无法用于海量设备的连接。而5G高容量的特点恰恰解决了这一问题，据资料显示，5G通信每平方公里可以支撑100万个移动设备，包括家用电器等，这一特点无疑为电力系统中万物互联提供了巨大的发展前景与想象空间。

3）高可靠性。据资料显示，5G发送一个32字节的第2层协议数据单元的成功概率需要达到99.999%，这一技术的实现保证了通信的可靠性，进而保证了电力系统的可靠性。

4）低时延。传统4G通信的时延在50ms左右，而5G通信技术的空口的时延仅为1ms，端到端时延小于10ms，为电力系统及时灵活地响应各种突发情况提供了支撑。

5）低能耗。传感器与通信设备经常更换电池，将会给物联网带来极大阻碍。而5G通信通过优化通信硬件协议等而具备的低能耗特点将有效解决此类问题。

2.5G时代下的物联网技术在电力系统中采用

2.1物联网技术在电力系统发电环节的采用

近年来，国家大力倡导清洁能源，优秀电力系统的一大特点便是在发电环节对清洁能源的最大化利用。比如风力发电，尽管我国在风力发电方面已经取得了不朽的成果，但據资料显示，仅2012年我国就浪费了2000亿kW·h的电力，经济损失超过百亿。如今仍有一半的风力发电厂没有盈利。而如今，借助5G时代下物联网技术，可在风机设备上安装先进的传感系统，5G高速率、低时延的特点会使得传感系统将所测数据实时传输给调度中心，而调度中心根据所测得的数据，可以实时掌握风力机的出电情况，更好地进行调度，进而确保分布式电源在而空范围内。这样很大程度上提高清洁能源的利用率。

2.2物联网技术在电力系统变电环节的采用

智能变电站之所以能够自动完成信息的采集、测量、计量和监测等功能，依靠的正是通信技术与物联网技术。在5G时代下，通过物联网的遥感监测与5G高速率，低时延的特点，电力系统的设备状态监测环节和状态评估环节时时关联成为可能，这样不但实现了变电站的实时监测，还大大提高了变电站的工作时效，同时确保了变电站能够及时处理故障，确保了变电系统的稳定运行。另外，在对地下电缆进行检修时，可将传感器内嵌于地下电缆中，利用物联网技术，将测得的数据实时传输给检修部门进行分析、判断和决策，及时排除安全隐患，保障电力系统的安全运行。

2.3物联网技术在电力系统配电环节的采用

配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。配电网不仅设备多、分布广、运行环境复杂，而且其安全稳定的运行状况往往直接为用户感知，所以，有效地掌握配电网的运行，避免隐患扩大成故障，实时监测配电网数据是配电网运维管理的重点和难点。随着5G时代的到来，监测部门可以使用无人机装载传感器和高清摄像机来对配电网电路进行巡检，并将所监测到的高清数据提供给检测人员。由于5G具有高带宽、低时延等特点，这将大大提高高清数据的传输效率，同时让监测部门及时掌握故障问题。另外近年来，随着分布式电源的大量接入，储能技术的进步以及电动汽车、智能家电等灵活负荷的出现，配电网已经逐步发展成可以自动控制，主动管理的主动配电网。通过物联网和5G技术的应用，能够实现对电力用户的用电的监测和分析，从而对电力系统的配电量做出相应调整，实现电力资源的最优化配置，提高配电系统的传输效率。

2.3物联网技术在电力系统用电环节的采用

近年来，新型的灵活负荷的出现，很大程度上方便了ADN进行主动管理和主动控制。我国现阶段的用电采集应用比较广泛，但很多电表只能上传每天的数据，无法做到每0.5h

上传一次，但未来在5G时代下的物联网技术的配合下，智能电表可以实现这一要求，以此确保用电设备在实际操作环节中可以保持稳定的状态。另外，新型的灵活负荷本身在物联网技术的支撑下，也可以主动参与到ADN的运行管理中，在电力系统化的用电环节中起到了较为突出的应用效果。近几年兴起的降低电压节能技术，依靠的正是物联网技术。在5G时代物联网技术的配合下，智能电表和高级计量设施等对用电设备进行分析判断后，在保证其安全可靠运行的前提下，可以通过适当地降低其电压来减少用电量，从而达到降压节能的目的，这对我国节能减排事业具有重大意义。

3.总结

为响应国家节能减排的口号，电力系统正不断与新兴技术融合，“坚强”与“智能”并重是我国电力系统的发展方向与目标。随着科技的不断进步，物联网与电力网的融合已成为一种趋势，而5G时代的到来，无疑为两者的融合提供了有力的保障与支持。我国作为人口大国与能源大国，如何谋求长期有效的发展战略是势在必得的，而5G时代下物联网与电力网的融合，无疑为这一想法提供了契机！

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作者简介：徐云鹤（1999.10.26— ）男，汉族，甘肃省兰州市，本科，就读于华北电力大学