5G移动通信技术在降低电力通信系统时延的应用分析

2021-11-05马波

中国新通信 2021年18期

马波

【摘要】 5G技术的出现，体现出了我国通信技术的新层次，在实际应用当中具有了新的可能。在电力通信系统当中也是如此，需要能够通过5G技术的应用更好的发挥作用。在本文中，将就5G移动通信技术在电力通信系统的应用进行一定的研究。

【关键词】 5G移动通信技术电力通信系统应用

引言：

当前，随着电力通信系统中大量接入分布式电源，配电网（Power Distribution Network， 35kV及以下）的故障特性发生了显著改变，传统依靠过流或者距离元件的故障定位、隔离方法受到了极大的挑战。电流差动保护技术（Differential protection）作为一种在高压输电网中成熟应用的电网技术，具有原理简单、动作可靠、可适应多端电源接入等特点，可以很好地解决分布电源接入对配电网带来的诸多困扰。电流差动保护的动作原理是配电自动化终端（Distribution Terminal Unit， DTU）比较两端或多端同时刻电流值（矢量），当电流差值超过门槛值时判定为故障发生，断开其中的断路器或開关，执行差动保护动作，从而实现了配电网故障的精确定位和隔离。

由于对电流差值的判断需基于同一时刻的电流值，这就要求相互关联的DTU必须保证时间同步，其时间同步精度<10?s。为了判断某一时刻电路的电流差值，DTU之间需要周期性的进行电流信息的交互，交互的周期为833μs （DTU每20ms采样24次，平均每833μs发送一次采样信息）。为了实现故障的快速检测和隔离，交互信息的传输时延最大不超过15ms（peer to peer的最大时延），对通信的需求中，重点强调时延、可用性、可靠性。

一、5G技术概述

5G技术是在现阶段信息技术不断发展当中形成的产物，具有大带宽、大连接、低时延等特征，能够对人们在实际生产当中信息传输、传输速率方面的要求进行满足。在电力通信系统建设当中，考虑与5G技术相结合，更好的满足电力通信系统以可靠、高效的方式运行，满足实际工作需求。

5G技术的发展应用，将带动数字化科技发展变革，能够有效的融合人工智能、云计算与大数据等技术，以此为基础形成具有智能化、现代化特征的网络系统。5G的网络结构更加灵活，从而能实现毫秒级时延，满足电力通信系统

二、测试流程

基于5G无线测试系统的差动保护业务流程：

1. DTU开机后，通过电力专用5G CPE连接到5G网络，并通过CPE的精准授时接口实现小于10μs时间同步。

2.每个DTU采集电流值，并按照预定的833μs周期将电流值通过本端电力专用5G CPE发送给对端电力专用5G CPE，进一步发送给对端DTU。

3.每个DTU接收来自其相邻DTU的电流采样值，并比较同一时刻自身采样值与相邻DTU的采样值的差值，若差值超过了某一个阈值，则DTU主动断开与其相连DTU之间的电路，加以隔离。

三、时延测试（整体及分段测试时延）

差动保护业务重点关注本端DTU接口到对端DTU接口时延。本次测试中，我们以两个协议转换服务器之间的ping包时延除以2作为DTU到DTU单向传输时延的近似值（考虑到DTU到协议转换服务器通信时延，及协议转换时间很小，约0.1ms，可忽略）。

DTU通过解析SV规约，记录本次上电后与对端DTU通信的最大时延，通过液晶屏显示。

测试结论：外场空口场景下，通信终端间最大端到端时延< 15ms，满足测试要求。

四、通信系统可靠性测试

4.1网络设备可靠性

设备可靠性是指设备机能在时间上的稳定性程度，或者说在一定时间内，不发生问题的程度。本次外场测试的通信系统可靠性可满足要求，随设备上网提供可用度预计。

4.2通信模块在线率

测试终端的在线情况，每分钟与通信终端通信1次（获取通信终端的心跳），在线率计算方法为：

在线率 = 实际成功通信次数/理论成功通信次数 * 100%

测试预期 CPE工作正常，ping测返回时延正常，测试期间CPE始终在线

4.3通信模块可靠性

参照网络设备的可靠性，本次外场测试的通信模块可靠性可满足要求，随模块上网提供可用度预计。

4.4丢包率

测试基站gNB在轻载状态下业务丢包率，采用PC模拟DTU的发包情况，以100000个数据包为1组分别记录3组。

测试结论：测试期间无丢包，满足测试要求

五、差动保护和配网自动化业务测试

5.1差动保护业务测试

1.同步和采样精度测试

根据现场实际CT、PT变比进行设置定值。

单体模拟量测试方法：本侧分别加模拟量Ia=2∠0°（A），Ib=2∠240°（A），Ic=2∠120°（A），对侧分别加模拟量Ia=2∠180°（A），Ib=2∠60°（A），Ic=2∠300°（A），单相模拟量符合遥测5P20的标准，理论值Id=0（A），允许误差±0.1A;理论值Ir=2A，允许误差±0.1A。

单体开入量及压板测试方法;

断路器位置通过实际开关的位置，装置能够正确显示分合位，对应的遥信显示正确;

当总功能压板退出时，所有保护不出口;

当总功能压板投入、差动保护压板投入，差动保护正常动作;

当总功能压板投入、母线差动保护压板投入，母线差动保护正常动作。

按照拓扑图进行数据验证，本侧分别加模拟量，Ia=1∠0°（A），Ib=1∠240°（A），Ic=1∠120°（A），对侧分别加模拟量Ia=1∠30°（A），Ib=2∠270°（A），Ic=2∠150°（A），查看对应DTU的DSP数据正确性。角度误差10°之内不会影响差动保护的可靠动作。

5.2测试步骤

1. DTU开机，并接入5G网络。

2.启动继电保护测试仪。

3.在继电保护测试仪上修改DTU的电流幅值和相位值，设置同时刻触发加量测试。

4.在DTU侧记录本侧和对侧的电流幅值、相位值、差流数据和制流数据。

5.3测试结果