5G通信与泛在电力物联网的融合研究

傅 宇

（广东宜通衡睿科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

我国在2016年，发布了智慧型能源的指导意见，要求各企业加强信息与物理系统的融合，建立全新的商业模式，提高能源的使用效率。而促进5G通信与泛在电力物联网的融合，不仅是响应国家提倡的可再生能源政策，也是促进互联网发展的重要方式，为了保证二者的融合质量，首先要全面掌握二者特征与特点，确保结合效果得到完整呈现。

1 5G通信与泛在电力物联网的基本概述

1.1 5G通信

5G通信即是第五代移动通信技术，能够实现人与人的在线交流，为用户提供虚拟现实环境，并通过数字信号的增强，使人们产生身临其境的感受，得到高质量的服务体验，当前5G技术的应用十分广泛，不仅能满足智能家居、工业控制等物联网应用需求，还能有效解决复杂的通信问题，是我国经济社会进行智能化、网络化转型的重要基础设施。其工作原理是以数字信号为基础，利用电磁波的自由传播，使不同的频谱频率在有限的范围内进行高效移动，从而实现资源的在线分享[1]。

5G技术的基本特征可概括为“3高2低”，即是指：（1）高速率，5G通信的峰值效率需要满足10-20Gb/s，使视频、VR信息在传输时能够保持稳定、高效，不会受网络波动的影响，导致数据误差；（2）高容量。与传统的4G通信相比，5G通信进一步扩展了自身能够连接的终端设备数量，每平方公里可以支持100万个移动产品的网络运行，使信息传递的区域范围更广，为电力系统的信息互联提供了巨大的发挥空间；（3）高可靠性，5G技术能够使空中接口的延迟降至1ms，从而大幅度提升信号的抗干扰能力，有效降低数据单元在传送时无法抵达信息终点的可能性，在保证通信可靠性的同时也加强了电力系统的运行质量；（4）低能耗，5G通信可以通过优化网络协议，降低传感器与设备进行信息交互的次数，以此起到延长电池寿命的作用；（5）低时延，5G的频谱效率要比LTE的传递速率高出3倍以上，流量密度可达10Mbps/m2，移动性也能够满足大部分工业应用场景，使电力系统能够响应各种数据变化，并为物联网提供有效的技术支持。

1.2 泛在电力物联网

泛在电力物联网是在2019年由国家电网在三型两网建设中提出的，重在加强互联网企业的能源战略部署，使电网运行更安全、更高效。其基本结构可分为：感知层，即是借助内置传感器，将实时采集的电网信息以及设备运行状态，通过智能系统传递到各个区域内的电能表中，以供用户进行查看；网络层，是将移动通信和局域网中的通信协议进行实现，使各个传感器都能实现远程操控的功能；管理层，主要负责数据的统一存储，并借助互联网完成相关信息的跨主体传递，从而为电网技术人员提供真实、有效的数据参数和应用理论；应用层，能够完成电力与信息的互联互通，并借此拓展更多的业务模式，在提高用户服务质量的同时，推动泛在电力物联网的进一步发展，促进通信网、业务网的深入融合，加强电力设备的包容性。

2 5G通信与泛在电力物联网的融合分析

2.1 5G通信提升泛在电力物联网的应用性能

2.1.1 动态检测

5G通信的自治优化技术能够提高电网及电力设备的动态监测质量，使相关运行数据被实时传递到操作平台，帮助工作人员及时发现设备故障和异常，从而提高解决效率。通过在配电网的各个节点处安装传感电源、变压器等装置，使电压的幅值、相角以及设备网络运行参数都能够被系统精准捕捉，并通过后台程序分析，进一步优化电网拓扑结构。而且技术人员还可以利用5G技术低时延的特点，通过在配电系统中安装温度感应器，来实时获取电力设备的运行状态，从而在进行后期维护、检修时能够使治理方案更具有针对性，减少不必要的资金支出[2]。

2.1.2 精准控制

由于5G技术的传递速率极高，能够使智能系统及时响应各种应用需求，并作出正确、合理的变化，从而达到精准控制的目的。比如在无人汽车领域，5G通信能够为车载装置提供可靠的数据支撑，使行驶中的汽车，可以以最低的处理时效，进行启动、停止、转弯等决策，以此起到保护人身安全的作用。同时，5G技术可以大幅度强化泛在电力物联网的储能控制功能，并根据不同的用户需求，进行差异化信息管理，确保系统的高效运行并保持较高的灵活度，提高信号交换的效率。除此之外，在电子设备控制方面，5G技术能够使配电网的可接入数量大幅提升，进一步实现可再生能源的重复使用。

2.1.3 测量与计算

5G通信具有万物互联功能，能够将海量数据进行在线交互，改变了以往由于上传速率低下，传输的信息内容只能保留最基本的应用参数的工作模式，使电力系统能够进行多元化的数据采集，确保重要信息不会在传递的过程中，出现遗漏、缺失的情况。比如：传统的居家智能电表，只能以小时为信息单位，保留用户当天用电量的信息。这种记录方式不仅复杂、繁琐，还使后续的分析工作难度增大，无法准确读取用户的实际用电值。但5G通信则可有效解决此类问题，其本身的通信速率极高，甚至能够达到秒级的用电功率记录，可以将家庭用电设备按照使用类型进行能源划分，帮助技术人员在读取相关数据时，能够建立更详细的电能分布图，从而减少研究误差，并为用户制定更科学的用电计划。

2.1.4 宽带通信

第一，5G通信的性能增强技术，可以使泛在电力物联网的配电感知功能更全面、更个性化，通过在无人机内应用5G通信，可以使电力线路的画面以视频形式传递到操作平台，帮助决策者制定更完善的处理策略，而且无人机除了检查设备的运行情况，还能对光伏板沾灰量和储能装置的安全程度进行有效监测，一旦发现其安全系数低于标准值，会立即发出警戒信号，提醒管理人员进行清洗、加固等工作，保证用电设备的高效运行。第二，在VR虚拟现实方面，5G通信能够将虚拟环境构造的更真实，为使用者提供高质量的视觉体验，将其运用在泛在电力物联网中，可以实现配电网络的全方位呈现，帮助技术人员了解区域内的具体细节，使后续的巡查、管理工作更方便，从而节约人力、物力、财力资源的使用。

2.2 泛在电力物联网加强5G通信的能效管理

2.2.1 降低能耗

5G通信系统的耗电比极高，随着该技术的进一步发展，通信基站的建设数量也越来越多，如果不及时控制运行过程中产生的能源消耗，会使企业无法承受成倍增长的费用支出，影响泛在电力物联网的有效使用。为了解决此类问题，需要进一步提高泛在电力物联网与电力配电网的联系，实现能源与信息的高度耦合，确保在二者的作用下，使5G通信能够获取充足的应用能源。比如当夜晚通信负载较低的情况下，可以适当减少电子设备的运行功率，甚至在不影响系统正常运行的前提下，可直接关停基站，借助其内部的储能装置，进行低功率能源传送，维持通信的基本消耗。而运营商也可适当降低使用电价，帮助UPS电池进行负荷调整，加强5G通信的能耗管理。

2.2.2 完成供需互动

首先5G基站的功率需要重新分配，将泛在电力物联网中的资源效率通过功率放大器进行增加，使满足性能约束条件的数据吞吐量能够符合系统容量，保证电力系统的最优配置。其次，要避免大量能源对信息传输造成不利影响，通过大量收集设备周围可再生能源，将其有规划的分配到通信基站中，可以减少不必要的电能支出，加强5G通信能效管理质量。最后，要完成多元化的商业模式，促进泛在电力物联网的可持续发展，比如在可交易能源环境下进行P2P交易，借助5G通信技术低能耗的特点，减少通信成本。或者建立虚拟电厂，借助5G通信高容量的优势，将海量对象储存在系统内，当进行能源调用时，可在云端进行在线匹配，选在最佳的管理计划，以此协调电厂的运营模式，确保虚拟电厂能够稳定运转。

3 结束语

综上所述，通过分析当前5G通信与泛在电力物联网的基本定义和相关特征，提出二者在动态检测、精准控制、测量与计算、宽带通信等方向上的应用融合，以及泛在电力物联网对5G通信能效管理的优化方式，帮助各企业更好的运用相关技术，保证电力系统的稳定运行，促进行业的可持续发展，以此达到二者同步发展的目标。