5G切片技术在电力物联网方面的应用研究

袁 栋

（广州杰赛科技股份有限公司 广东 广州 510000）

1 引言

近年来，物联网在电力行业已经实现了广泛的应用，用户终端数量显著增加，电力系统的各部门根据自身实际需求已经研发了一些具有特色功能的物联网应用。虽然电力物联网体系取得了长足的发展进步，但在电力物联网的建设过程中也存在很多亟待解决的问题。

传输时延是物联网的传输数据过程中的时间延迟，随着科学技术的发展进步，各种物联网应用对数据回传时延的要求越来越高，这就给数据传输技术提出了更大的挑战。鉴于此，科研工作者做了大量技术研究工作，以期解决时间延迟问题，5G网络切片技术应运而生。

2 电力物联网的应用场景及通信需求分析

电力物联网技术广泛应用于各种场景中，涉及到电能生产、输送和使用的各个环节，还涵盖电能产业经营管理，智能物联网设备的成功研制对终端设备的接入提供了可能。该系统有三级技术架构，分别是设备、管理平台和主网站。本节将对电能生产和电能输送的各个环节特点进行讨论，就其应用场景和通信需求进行分析。

2.1 输电环节通信需求分析

电力物联网系统在输电环节的具体应用是线路监测，主要的线路监测手段采取视频实时回传的方式进行。除此之外，还借助各种监测设备采集输电线路相关硬件的数据信息，这些数据信息能够通过物联网发送到主站，电力企业工作人员在进行线路检查时，可以调取相关的数据信息进行分析研究。便于工作人员发现故障问题，及时排除安全隐患。

目前，各大电力企业对监控视频都有各自的要求，通常使用光纤传输或电缆传输监控视频信息，为保证监控视频图像质量，每路视频的带宽均不应低于4Mbps，少数企业利用无线监控视频传输技术，例如通用无线分组业务或4G网络传输业务等。

对齐进行状态监测过程中，根据所监测数据所占的带宽不同，可以分为三类。宽带数据的流量需求较低，通常在1～3Mbps之间，这种流量需求特点使其适用于视频采集设备。中等宽带数据流量一般不大于150Mbps，这种数据流量特点能够应用在图像采集设备上。窄带数据流量一般也不大于150Mbps，适用于一些导线的运行参数非实时测量传输，例如监测导线温度。

2.2 变电环节通信需求分析

变电站是电能生产过程中一个重要的节点，对电能的顺利安全生产具有重要意义。变电设备具有种类繁多、结构复杂的特点，变电站整体环境中磁场强度都比较高，有较大的安全风险。其电能通信功能主要通过有线通信实现，无线通信应用减少，仅在一些电力企业所配备的智能巡检机器人通信技术中有所涉及。由于无线数据传输只能通过4G网络和无线路由器网络来完成，导致智能机器人的无线通信无论从速度上或是移动范围上都有较大的局限性。因此构建稳定性高、数据传输时延小的网络数据传输体系是电力企业智能化发展过程中无法绕过的技术障碍。

2.3 配电环节通信需求

配电环节的基础性业务具有多样性的特点，涉及到自动化运行、实时监控等领域，进行自动化配电工作时需要较大的信息流量，具体信息流量如下。

配电自动化业务分为“三遥”业务和分布式馈线自动化业务，三遥业务设备主要有开关站、环网柜、箱变和柱上变/柱上开关。其中开关站终端有2个，共需要30kbps的汇总流量；环网柜终端数量为8个，共需要24kbps的汇总流量；相变的终端数量为30个，共需要90kbps的汇总流量；柱上变/柱上开关的终端有65个，共需要97.5kbps的汇总流量；分布式馈线自动化终端需要400kbps的汇总流量，以上为配电自动化业务共需要的通信流量大小。

配电自动化通信流量需求还包括电能质量监测流量需求、分布式能源接入流量需求、配变视频监控流量需求，分别为768kbps、64kbps、25600kbps。基本业务流量共1.47Mbps，含视频业务流量27.07Mbps。

基于城市中电缆和光纤基础建设成熟的先决条件，配电自动化业务在城市中能够较好的开展，农村由于传输线缆基础设施建设的严重不足导致“农村用网最后1公里”的问题无法得到实质性解决，无线网络通信技术则能够很好的解决农村网络通信问题。现阶段，我国电力行业进入全新的发展时期，逐渐发展的配电物联网体系迫切需要稳定、快速的无线网络技术支撑。

2.4 电力物联网通信需求

根据电力业务的特点及电力业务相关设备的通信需求可以看出，传统的2G、3G、4G通信技术能够在一定程度上满足设备使用需求和业务开展需求，但也暴露出几个方面问题。

第一方面，网络设备技术更新换代速度较快，电力物联网对网络速度的要求变高；第二方面，电缆和光纤作为主要数据传输载体仍然具有50～100ms的网络时延，这种较大的网络实延特点，使得实时智能巡检等电力物联网实时监测技术无法实质性推进。

具备超低时延、大带宽、海量连接和多场景接入多种能力的5G通信网络，依托其网络切片的虚拟逻辑隔离模式，更适应新形势下以及未来电网感知智能互联式的发展，支撑云边协同的电力物联网，智能化提升。

3 电力物联网中5G切片技术的应用

3.1 切片架构

3.1.1 感知接入侧

在电力物联网组成架构中，感知接入侧属于电力物联网的信息采集端，应用场景中各个感知设备和物联装置能够感知具体工作情况，将所获取的信息通过5G通信模块上传至网络中，该业务切片种类分别是输电切片、变电切片、配电切片和用电切片四种类型。它们能够依托电力物联系统实现线路工作情况监测、无人机巡视检查、配电侧各类业务数据实时传输、电信息采集等用电业务数据传输[1]。

3.1.2 无线通道侧

无线通道侧5G切片技术要实现网络数据无线传输的功能，无线通信远程终端中一个核心组件是通信模块，该组件能够将数据信息以无线方式传输至主网终端中，并能满足各种电力通信业务需求。借助于5G无线传输模块带宽高的技术特点，能够为电力企业提供超清视频监控实时回传业务服务。高可靠性特点使得电力自动化监控系统的高科技智能机器人可靠巡视检查变成可能[2-3]。

不同业务切片类型能够满足不同的电力业需求，通道侧共享无线切片包括增强移动宽带切片，海量机器类通信切片和超可靠低延时通信切片三个切片类型。第一种切片提供了较大带宽的5G切片技术，这种切片技术为高清视频实时回传提供了技术基础。第二种切片适用于静态设备，例如电力生产环节中核心站点的辅助监控、线路线缆运行数据接入和用电数据获取业务等。第三种切片技术则适用于精细化控制程度极高的电力物联业务，其超低时延（低于5ms时延）的技术特点使自动化配电的准确实施成为可能。

3.1.3 平台传输侧

平台传输侧的平台层分为基础元和业务主站集群两个组成部分。其中基础云又分为生产控制云、公共服务云和企业管理云。传输层的核心网侧5G核心网将数据上传至平台层的基础云中，基础云又将数据信息传输至。输电线路在线监测管理系统，变电站智能辅助管理系统配电主站和用电信息采集主站等业务主站中，实现平台传输侧5G切片功能。

3.2 5G切片的智能化管理

现阶段电网业务场景已经逐渐呈现出多样化、复杂化的发展趋势，电力传输过程也有较大的不确定性。基于这种特点，5G业务中对切片的管理应该以智能化为发展目标，智能化的切片管理对5G网络能力开放具有重要价值。智能化5G网络开放功能模块主要由AI支持和5G切片两个部分组成。切片管理模块中首先完成创建切片过程，而后切片实现5G网络下的电力业务应用，在应用过程中5G切片可以进行更新，最后经历5G切片释放、回收与再分配的过程。再分配的5G切片与AI支持模块相互交联，进行电力物联流量收集、业务流量自学习和流量模型建立等流程，最后流量模型建立之后再用于5G切片创建，形成闭环。

4 结语

电力物联网建设是现代化电力行业建设的重点，对电力物联网技术和终端设备进行研究能够保证电能生产的各个环节实时高效传输数据信息，安全可靠稳定运行。5G作为电力物联网体系中最重要的数据传输技术载体，担负着完成各种电力物联业务的重要任务。5G切片是建立高速稳定无线传输通道的核心技术，从概念提出之时就受到科研学者的广泛关注。