5G技术在电力系统中的应用

张驰

（中国电信股份有限公司南京分公司 江苏省南京市 210000）

1 5G的优势

无线通信技术的发展从技术层面而言，实现了从2G 到3G 的转变，即从传统语音通信跨越到了个人移动应用，而4G 到5G 的转变则主要实现了个人移动应用到垂直行业应用的转变，业界将5G 划分为增强型移动宽带、海量机器通信以及超高可靠低时延这三类场景，其优势和特征如图1 所示。其中，增强型移动宽带的使用能够给用户提供更好的使用体验，然而，海量机器通信和超高可靠低时延能够根据行业应用推出全新的场景。5G 可以带来超出4G用户10 倍的体验速率，低至1ms 的空口时延，高达20Gbit/s 的峰值速率，100 万/km2的连接密度，99.999%的超高可靠性，借助新型网络架构以及统一灵活空口，能够实现“万物互联”，这也就表明无线通信技术进入到了最新的发展领域。基于政策层面，我国5G 产业在全球产业中处于第一梯队，并且成为了5G 技术标准产业的引领者之一。相关政策的大力推动，使得我国三大运营商在不同的城市逐渐开展了5G 试验网建设工作，并且三大运营商和中国广电也得到了工信部发放的5G 商业牌照，这也是正式开启5G 时代的主要标志。

2 5G关键技术

2.1 大规模MIMO技术

在5G 通信技术中，大规模多输入多输出技术是其中一项核心技术，其具有在基站侧布置数十根甚至上百根收发天线阵列的特点，分布在同一小区中的多个用户通过利用基站能够在同一时频资源上完成大规模天线阵列的布置，由此而提供的空间自由度能够与基站同时完成通信。波束成型技术的使用，能够加强多个用户之间时频资源的抗干扰能力，可以从基站中发送信号到非常狭小的范围，由此可见，大规模多输入输出系统具有增加正交导频数量、开发更多空间自由度的优势，在降低小区用户间导频干扰方面意义重大，进而提升系统的接入能力，为大规模机器类通信业务的正常开展提供可靠的保障。同时，5G 移动通信系统也能够明显增强系统的接入能力。

2.2 网络切片技术

网络切片技术能够提高网络资源的使用效率，对网络资源进行切片，并且能够将单一物理网划分成多个逻辑虚拟网络，网络基础设施则由多个网络切片共同使用，这样一来也就达到了提高网络资源使用效率的作用。同时，从逻辑层面而言，切片和切片之间互不干扰，处于相互独立的状态，即切片中的传输网、核心网、设备以及接入网是相互独立的。基于网络切片利用软件定义网络技术的集中控制，能够提高路由配置效率，简化网络管理，使数据平面和控制平面实现解耦合。值得注意的是，网络切片技术的使用应该严格按照行业要求，对运营商的物理网络进行划分，从而形成多个虚拟网络，以便其能够满足不同行业的需求。对于行业专网而言，先进的能源互联网对其提出了更高的要求，这就要求来自运营商的电子切片应该和其他通信业务处于相互隔离的状态。为了全面保障电力业务的安全性，为用户提供满意的服务，就应该借助硬件设备来划分独立的时频资源块。

图1：5G 的特征和优点

2.3 边缘计算技术

针对移动边缘计算，欧洲电信标准化协会给出了标准定义，认为边缘计算是一种致力于打造网络、计算、存储以及应用为一体的综合性平台，同时，该平台还具有开放性的特点，能够为网络中断提供相应的服务，供业务完成实时性、安全性以及智能性等状态的判断。以网络中开展边缘计算工作的位置为边缘节点，该位置在移动终端和核心云中间，将拥有网络资源，并且能够计算资源的所有节点都可以作为边缘节点。使用边缘计算方法，能够实现对核心云中大型服务的有效分解，并且将其分解成小型业务、容易处理的业务，再由接近移动终端的边缘节点进行处理。边缘计算技术的应用场景广阔，其可以被用在工业、交通行业以及互联网等领域中。由于智能电网中涉及到的业务对时效性和安全性的要求比较高，并且对服务响应速度也提出了更高的要求，因此，应该在5G 通信中合理使用边缘计算。比如，边缘计算的低时延作用，借助5G 通信技术的配网自动化能够加快电网响应异常状态的速度，使其优势得以充分发挥。又比如，智能巡检业务的开展，借助网络边缘计算就能够完成对高清视频以及图片的处理，从而尽可能减少数据资源对承载网的占用。在用电信息采集工作中，味道能够有效避免运营商对用户的数据进行公网传输，就需要用到移动边缘计算的本地存储性能，因为用户的隐私安全提供可靠的保障。

3 电力系统中5G通信技术的实际应用

在电力系统中，5G 通信技术的使用包含了多方面的内容，比如，输电线路巡检、智能电网、泛在电力物联网以及智能配电网等等。在电力系统中使用5G 通信技术，能够为整个电力系统带来质的改变。

3.1 智能电网

智能电网所发挥的主要作用是控制精准负荷、实现智能自动化配电，但是，必须有先进的设备、技术和网络为支撑。电网的发展，由于受到快速发展的数字化以及智能化等各项信息技术的影响，也逐渐朝着低时延的方向发展，并且对可靠性的要求也越来越高。基于这一现状，为了能够尽可能减少由于故障而导致的长时间停电给人们的生产生活带来的不便，5G 通信技术也应该在功能上实现智能定位、智能识别以及智能处理等功能。为了能够高效解决电力负荷问题，就应该从根源入手，传统解决方法是将整条线路切断，或者切断整个区域的线路，而使用5G 网络之后，可以采取先切断非重要负荷的方法，这样一来，也能够减少由于大面积停电而造成的经济损失以及社会影响。

3.2 输电线路巡检

存在于输电线路中的缺陷比较多，比如，对空距离超限、金具锈蚀、导线断股以及绝缘子掉串等等，输电线路的巡检工作，电力运维部门每年都需要定期进行。传统电路的巡检主要使用的是人工巡检的方法，在受到地形环境影响以及恶劣天气状况影响的前提下，就会增加巡检成本，这样一来就会降低输电线路的使用效率。然而，在采集与线路相关信息的时候，使用直升机或者无人机等先进设备，不仅能够有效避免环境和地形喂，线路巡检工作带来的影响，同时还能够提高巡检工作的准确性。但是，相比于5G通信的大宽带技术，4G 网络数据的传输具有采集效果差，容易出现卡顿的缺陷，因此，使用5G 技术开展采集工作，能够直接将采集的数据传输到终端，并且在展示平台对输电线路的运行状态进行实时监控，我也运维人员开展相应的维修工作提供可靠的数据支撑，从而全方位强化线路巡检工作的效率。

3.3 智能配电网

智能配电网的安全稳定运行，对于整个电力系统的发展而言意义重大。配电网结构复杂、连接复杂、设备终端多，因此，对智能配电网状态的监测存在一定的困难。再加上由于受到配电网拓扑关系的影响，致使拓扑信息很容易被忽略。然而，使用5G 通信技术，能够让配电网的运行状态信息处于透明化状态，实现对大量数据信息的动态感知。同时，将5G 技术和DFACTS 等技术有效结合起来，能够维持设备终端在正常稳定的运行状态，全面保障配电网的可靠性，提高电力系统的经济效益和社会效益。

3.4 泛在电力物联网

在泛在电力物联网中对5G 通信技术的使用，能够实现万物互联、宽带通信、高效计算以及精准控制等目的。其中：

（1）众多设备都能够实现与电力网络设备终端的连接，比如，人们日常使用的智能家居是电力网络终端设备和家庭电力设备终端连接的体现。和共享单车的连接，能够建立区域单车用电体系，为智慧交通提供便利。电力网络设备终端和不同电力设备的连接，取得的效果也是不同的，将其用在小区中，能够实现整个小区的集群。

（2）在无人自动驾驶发展中，5G 通信的使用，能够充分利用其低时延和高速度的特点，推动无人自动驾驶的发展。同时，低时延特点还能够在需求响应上实现躲避障物，为行车安全提供可靠的保障。就可靠性层面而言，和4G 技术相比，5G 技术传输信息的稳定性更高，能够实现对泛在电力物联网的精准控制。基于电能的储存控制功能，在协调分配电能输送节点的时候，需要结合用户、企业以及不同区域对电能需求量的大小，尽可能在短时间内提供精准化的电力能源输送服务。

（3）电力行业的快速发展涌现出了大量的电力信息资源，对这些数据资源的有效处理，能够提高电力能源供应效率。因此，就需要使用选择短时段数据，舍弃相同数字位数的方法，准确分析相关数据的价值以及其产生的不良影响。借助5G 通信的高速度特点，能够细化数据采集工作，对泛在电力物联网的高效运行奠定良好的基础。

（4）结构化数据是泛在物联网数据信息中的重要内容，同时，也涵盖了图片、视频、语音等非结构化的数据。为了能够打造透明化的泛在电力物联网，就需要使用5G 宽带通信来完成对电力虚拟现实的使用，保障视频通信速率，满足使用者的视觉需要。

（5）大量电力数据的运算工作必须要借助相关的应用平台来完成，比如，大数据分析、路线缺陷图像识别等等，这就要求必须具备安全稳定的运算环境，而泛在电力物联网的云计算和边缘计算借助5G 通信技术来为运算安全提供可靠的保障，以此来提升运算速率。

3.5 应急通信

在电力系统运行的过程中出现突发紧急事件的时候，需要及时掌握现场信息，制定针对性的解决方案。然而，由于突发事件的位置花时间的随机性较高，使用传统的通信方法是无法及时获取相关信息的，这就需要维修人员对大量的数据资料进行分析，并且前往故障地点处理问题。基于5G 技术，电力系统中的各种物联网传感装置能够及时传递数据信息到数据中心，数据中心借助5G 技术能够实现对数据信息的快速分析，从而提出解决问题的方案。此外，5G 技术的使用还能够控制无人机前往故障地点，通过安装自动化的维修设备实现对故障问题的处理，在开展维修工作的过程中，后台工作人员可以在5G 技术的协助下实现对维修设备各种动作的实时控制，使用快速的通信方式完成对故障问题的处理。

4 结束语

总而言之，电力通信网络的发展从电力线载波到光纤再到各种无线通信系统，物联网的使用，提高了客户的服务质量，突破了传统思想的莒县，强化了电网的经济运行效率，创造了新兴业务价值。5G 通信网络技术为电力物联网的发展提供了可靠的保障，是支持电力网络通信的一项关键技术，改变了人们的大多数生产生活方式，在未来发展的过程中，对于5G 通信网络技术的使用，仍然需要根据实际需求逐渐扩大研究力度。