5G技术在智能输电的应用

孟秋实

(广东电网有限责任公司广州供电局，广东 广州 510000)

1 引言

2019年6月，国家工业和信息化部正式发放5G牌照。随后电网公司在公司层面制定5G+智能电网应用研究工作方案，按照“全网统一部署，统筹安排，试点先行、有序推进”的原则开展5G应用工作。应用工作主要分为业务验证和业务示范两个阶段，广州供电局在输电领域负责两栖机器人业务验证以及输电线路视频监控等7个场景在广州市南沙区的应用示范。

本文结合5G技术特点与智能输电的需求、5G在智能输电的应用场景以及目前还存在的挑战三个方面进行探讨。

2 背景

2.1 5G技术特点

第五代移动通信技术可以解决未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，同时与行业深度融合，满足垂直行业终端互联的多样化需求，实现真正的“万物互联”，构建社会经济数字化转型的基石。5G在设计之初就具备高带宽、低时延、海量物联三个特点，国际电信联盟(ITU) 为 5G 定义了 eMBB(增强移动宽带)、 mMTC(大规模机器类通信)、 URLLC(低时延高可靠)三大应用场景。

5G 提供定制化的端到端网络切片服务。网络切片整体包括接入、传输、核心网域切片使能技术，网络切片标识及接入技术，网络切片端到端管理技术，网络切片端到端 SLA 保障技术 4 项关键技术。将物理网络分割成多个端到端的逻辑网络。提供满足电力监控系统高安全等级、数据隔离、稳定可靠，业务自主可控等需要。

与4G网络相比，5G网络在体验速率、链接密度、时延三个指标上可以达到4G网络的10倍。

NSA可利用运营商已有的4G核心网，现阶段技术发展成熟，基本实现大面积覆盖，但用户终端要同时保持与4G及5G基站的双连接，并且由于NSA核心网还是4G无法发挥5G的广连接和低延时特性；SA是5G的最终形式可发挥5G的所有特性，但5G核心网需要从头新建，现阶段没有大范围覆盖。

相比于 4G 以人为中心的移动宽带网络，5G 网络将实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业，为移动通信带来无限生机。物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。

2.2 智能输电

智能输电线路是南方电网公司2019年5月提出的”智能生产体系“的一部分。主要分为智能巡视、智能操作、智能安全、信息建模四个方面，最终的工作目标是实现输电线路巡视现场作业100%无人化、输电线路巡视现场操作无人化、智能安全内嵌、同时实现输电线路信息在三维模型中的可视化展示与应用。

3 5G在智能输电的应用场景

3.1 智能巡视

首先是视频。不论是可见光视频，还是红外测温、红外山火，亦或是无人机视频，均对带宽存在需求。而高带宽也是5G能够提供的最直观的便利。如图1所示。

图1 输电线路视频监控

目前广州地区线路视频监控采用4Gapn传输。能实现1080P视频的高清传输。但是为了满足一百多名线路主人同时观看多路视频以及云台操作灵敏度的使用体验上的优化，我局视频监控配置标准是将码率限制在1000kbps。应用5G网络，可实现多路1080P传输，如表1所示。

表1 传输配置比

5G更重要的意义是其真正开启了智能时代的大门。随着人工智能的深度应用，AI对视频、图像清晰度的要求逐渐提升，5G具备的大带宽能够提供更加高清的视频传输能力，清晰度更高的画面与更丰富的视频细节将使得AI分析更有用武之地。

相较于前端识别，我们更倾向于通过云端的图像识别算法，突破前端识别电量、算力、不同算法的限制，集中统一进行已迭代的图像识别与风险预警。

在视频设备应用5G的改造上，有两种方式。一种是加装5G cpe 或5G物联网网关，可实现旧设备的改造，直接连入物联网平台。另一种方式是在线监测主机中直接集成5G的通信模块，对于新设备采购可采用这种方式。

利用5G网络，无人机的视频可以实现5G实时回传。现场由无人机进行拍摄，其他同事可通过专家会商系统，在生产监控指挥中心了解现场情况。以前通过4G多卡聚合的方式也可实现，目前我们已在南沙区通过5G网络实现，视频效果更好，几乎没有卡顿和延迟。5G，4G网络传输值如表2所示。

表2 5G网络与4G网络的传输速度对比

无人机、直升机的点云数据也可以通过5G直接传回后台进行分析，现场计算线数距离等。

还有一种应用场景，就是在跨区、跨省市的出差过程中，机巡产生的大量数据可通过5G进行回传，通过5G切片网络，解决无法连接企业内网的问题。

机器人的可见光、红外视频同样需要高带宽传输，实现高清视频传输、可见光及红外AI智能分析、三维模型同步。

3.2 智能操作

机器人包含控制功能，传统mesh组网方式无法满足网络安全要求。(1)是依赖光纤资源；(2)是形成的AP热点有一定的网络安全风险。

对机器人通信模块进行5G改造，对隧道内进行5G信号覆盖，利用5G低时延切片网络可解决控制问题。目前南沙区110kV重鱼甲乙线两栖机器人已完成5G业务验证，效果良好。如图2所示，解决了原有110kV线路光纤资源已满的问题。

图2 110kV重鱼甲乙线两栖机器人

通过5G网络，操作人员在办公室仅需一键操作无人机起飞，自动巡视可完成起飞、精细化巡视和通道巡视、降落及数据回传，将回传的巡视数据导入缺陷分析系统，即可完成缺陷的分析研判。

3.3 智能安全

基于5G网络同传多路视频，实现单台设备多角度视频全景拼接，360°无死角监控施工现场作业安全。

针对地震、雨雪、洪水、故障抢修等灾害环境下的电力抢险救灾场景，通过应急通信车进行现场支援，5G 可为应急通信现场多种大带宽多媒体装备提供自组网及大带宽回传能力，与移动边缘计算等技术像结合，支撑现场高清视频集群通信、指挥决策。

未来应急通信车将作为现场抢险的重要信息枢纽及指挥中心，需具备自组网能力，配备各种大带宽多媒体装备，如无人机、单兵作业终端、车载摄像头、移动终端等。应急通信车可配备搭载 5G 基站的无人机主站，通过该无人机在灾害区域迅速形成半径在2～6km 的 5G 网络覆盖，其余无人机、单兵作业终端等设备可通过接入该无人机主站，回传高清视频信息或进行多媒体集群通信。应急通信车一方面作为现场的信息集中点，结合边缘计算技术(MEC)，实现基于现场视频监控、调度指挥、综合决策等丰富的本地应用。

3.4 信息建模

通过5G网络，实现三维模型在移动端、VR眼镜的AR展示，支撑现场巡检、作业过程中的三维台账查询、核对。如图3所示。

图3 移动端电缆三维全景查看

4 5G网络应用输电线路中存在的问题

目前大部分5G网络覆盖范围内网络接入方式为NSA,终端要保持与4G及5G基站的双连接，终端实现方式复杂，功耗与只接入4G相比偏高2～3W，如网络接入方式升级为SA，终端不用保持双连接则功耗会降低2～3W，如表3、表4所示。

表3 终端4G，5G网络测试项对比值

表4 5G功耗的参数，功耗值

输电线路连接发电厂、变电站，途径城市、森林、田野、山脉各类地形，尽量避开人口密集区。而5G覆盖以用户为主，主要覆盖在人口密集区域，与线路范围存在矛盾。

5 结束语

综上所述，从2014年4G牌照发放发展到2019年6月5G出现，视频直播、移动互联网等多方面的蓬勃发展的过程，5G技术给电网企业输电部门提供了更多的便利，有效的解决了工作中视频问题。利用无人机跟5G网络结合替代解决了自动巡视，网络数据自动收集等问题，提高电网企业的经济效益。希望通过5G技术不断更新，能挖掘更多智能输电功能以帮助企业解决更多的问题。