5G 通信技术支持下的配电网保护及自愈控制策略分析

杨 琛

（国网清徐县供电公司，山西 太原 030400）

0 引 言

在当今的电力系统运营中，配电网的保护与自愈控制策略对于确保电网的稳定性和可靠性至关重要。本研究以5G 通信技术为核心，深入分析了其在配电网保护及自愈控制策略中的应用与效益。5G 通信技术以其显著的高速率、低延迟和大连接数等特性，为配电网的即时监控、故障检测定位、异常处理以及系统恢复提供了先进的技术支持。文章从5G 通信技术优化的配电网故障检测与定位入手，探讨含分布式发电（Distributed Generation，DG）通信的正常和异常保护策略，并深入研究自愈控制策略的协调方法。通过构建一套完整的配电网自愈控制框架，旨在实现配电网在面对各种故障和挑战时能够实现快速、高效的自愈能力。

1 配置5G 通信模块的配电终端通信方案

配电终端单元（Distributed Terminal Unit，DTU） 通过客户终端设备（Customer Premise Equipment，CPE）与5G 基站建立高速、低延迟的通信连接，确保实时数据的高效传输。每个配电终端均通过无线通信模块连接至中心控制系统，通过5G 网络实现数据的双向流动，既可以发送监测数据，也能接收控制命令[1]。配电网线路环网柜间的通信方案如图1 所示。

图1 配电网线路环网柜间的通信方案

通信方案采用了分布式架构，每个配电终端装备了5G 通信模块，其中包含了变电站侧开关、数据传输模块、环网柜，能够直接与5G 网络实现连接，增强配电网的智能化程度，使其能够在电流、电压异常等指标出现偏差时迅速识别并通报中央控制系统。控制系统分析数据，并通过5G 网络下发保护或自愈指令至相关配电终端，实现故障隔离和负载转移，以降低事故影响范围。终端通信方案强调了5G通信技术的关键特性，如增强型移动宽带（enhance Mobile Broadband，eMBB）、超可靠低延迟通信（Ultra Reliable and Low Latency Communications,，URLLC）、海量机器类型通信（massive Machine Type of Communication，mMTC），促使配电终端能够处理大量数据，同时保持通信的连续性和可靠性，对于配电网保护策略及自愈控制至关重要。

此外，5G 通信技术还支持网络切片功能，能够为配电网创建专用的通信通道，确保保护和控制信号的传输不会受到其他数据流的干扰。这为实现配电网的实时监控与快速响应提供了坚实的基础。

2 5G 支持下的配电网保护策略

2.1 配电网故障检测优化

5G 通信技术通过其高带宽和低延迟的特性，显著提高了配电网故障检测与定位的能力。该技术实现了高速数据传输和数据实时计算，使得配电网终端能够在毫秒级时间内接收并处理故障信号。借助于5G通信技术特性，配电网的故障检测系统实现了快速故障诊断，并及时制定故障报告，大幅缩短了系统的总体响应时间[2]。配电终端利用5G 网络，配合故障指示器和智能传感器收集的详细电气参数，通过先进的算法进行故障分析，实现对故障类型和故障位置的精确定位。5G 网络的广泛覆盖和网络切片功能确保了检测与定位过程的连续性和安全性，为配电网的保护策略提供了可靠的数据支持。此外，配电自动化系统借助5G 通信技术能够在故障发生后立即启动保护机制，通过智能切换和调度减少停电范围，加快故障恢复，有效提升了电网的自愈能力和供电可靠性。

2.2 DG 通信正常保护

在5G 通信技术的支持下，包含DG 的配电网保护策略需确保在通信正常的情况下，系统的稳定性与可靠性得到增强。基于5G 的高可靠性和低延迟特性，保护策略通过实时数据监测与分析，运用同步测量技术采集电压和电流的相关信息，对应的计算公式为

式中：I为电流；U为电压；R为电阻。通过式（1）计算出电流参数，从而评估系统的运行状态。当电流或电压偏离预定范围时，5G 网络可以迅速传递保护信号至相应的继电器，执行断路器的开关操作。此外，5G 通信技术支持下的保护策略还利用了自适应保护算法，根据DG 输出和负载消耗的动态变化，调整保护设定值[3]。动态监控系统的功率计算公式为

式中：P为功率；cosφ为功率因数。确保各区域在正常运行状态下的电力供应满足标准要求，防止DG 注入造成的保护盲区，维护系统的完整性。5G 通信技术在此中扮演了关键角色，通过提供实时、高速的数据交换平台，为包含DG 的配电网实现智能化保护策略提供了坚实的通信基础，确保了配电网在正常运行状态下的安全性与稳定性。

2.3 DG 通信异常保护

5G 通信技术支持下的异常保护策略需充分利用5G 的网络切片和边缘计算功能，确保即便在DG 通信链路受损时，系统仍能有效响应。该策略依托5G通信技术实现分布式故障检测算法的部署，通过实时监控DG 输出参数，计算系统的电流差值，即

式中：ΔI为电流差值；I现为现在电流；I正为正常电流。计算当前电流与正常运行电流的差值，在检测到异常波动时，系统通过5G 网络的快速响应能力，立即隔离受影响区域，执行故障隔离协议[4]。对应的公式为

式中：I故为故障电流；I总为总电流；I分为分路电流。通过计算或获取故障电流的数据信息，为非故障区域的电力供应稳定提供保护措施。在DC 通信异常保护中，利用自适应重构算法，根据实时负荷和网络状态调整保护动作。5G 通信技术在此策略中的应用不仅限于高速通信，还包括其能力在故障检测、隔离和系统重构后快速恢复正常运行的关键支持，确保配电网在DG 通信异常时仍然保持弹性和自愈能力。

3 5G 支持下的配电网自愈控制策略

3.1 初始化进程

初始化进程是确保系统能够在发生故障时快速自愈的关键步骤。5G 通信技术的引入极大地提高了这一进程的效率和可靠性。初始化进程首先包括建立配电网的数字孪生模型，通过获取实时数据信息，完成数据结果的实时更新，确保模型能够反映实际网络的最新状态。通过高带宽和低延迟的5G 通信，模型能够接收从各个智能传感器和终端设备收集的数据，如电压U、电流I、频率f以及相位角θ[5]。实时功率P的计算公式为

配电网控制系统利用计算公式，可分析配电网的健康状态，并构建自愈策略。自愈控制策略的初始化还包括设定保护设备的阈值和参数，如故障检测的灵敏度和保护装置的动作时间。其中，保护装置动作时间的计算公式为

式中：T动作为保护装置的动作时间；Z网络为网络阻抗，P负荷为当前的负荷功率。5G 通信技术在系统中充当了数据收集和传输的关键媒介，为自适应保护逻辑提供了计算数据信息，可实现系统的实时通信[6]。初始化进程完成后，配电网的自愈控制系统将处于待命状态，当检测到网络异常时，通过5G 网络实施预定的自愈措施，在故障隔离、路由重新配置和负载转移中，依靠5G 通信技术的快速数据交换和处理能力完成自愈。这样的初始化进程确保了配电网在面对故障时能够迅速自愈，最小化停电影响，确保电力供应的连续性和可靠性。

3.2 点状恢复过程

在5G 通信技术支持下的配电网自愈控制策略中，点状恢复是一种针对局部故障进行快速恢复的方式。这一过程以5G 通信技术为基础，允许系统在检测到局部故障后，通过精确控制和自动化决策快速恢复受影响区域的电力供应，而不影响整个配电网络的稳定运行[7]。首先，点状恢复过程涉及的是故障检测，依赖于5G 网络的快速数据传输能力及其支持的分布式智能传感器网络，传感器能够在毫秒级时间内将电网状态数据反馈给中央控制系统。其次，在故障点被准确识别后，通过5G 通信技术支持的自动化控制命令，指导断路器或开关装置隔离故障点，同时启动备用路径或备用电源，以恢复电力供应。为了优化恢复动作的时间T恢复，该过程采用自适应控制算法调整备用供电方案。最后，点状恢复过程还包括对电网其他部分的影响评估，确保恢复动作不会导致系统过载或不稳定。通过5G 通信网络的高可靠性和大容量特性，自愈控制系统能够进行高效的数据分析和处理，确保在最短时间内完成点状恢复，最小化故障对用户的影响，增强配电网的韧性和可靠性。这一过程体现了5G 通信技术在现代电网管理中的重要作用，尤其是在提高配电网自愈能力方面的关键贡献。

3.3 自愈策略协调方法

自愈策略协调方法是在5G 通信技术支持下，确保配电网在发生故障时能够自动化、快速恢复正常运行状态的关键环节，其流程如图2 所示。在5G 通信技术的支持下，故障检测过程利用分布式传感器网络实时监测配电网状态，并通过高速数据通信迅速将状态信息反馈给中心控制系统[8]。一旦故障点被准确识别，故障隔离过程随即启动，其中5G 通信技术的低延迟特性能够保证保护指令的快速传输，实现故障区域的即时隔离。

图2 自愈策略协调流程

4 结 论

文章的研究成果明确指出，5G 通信技术的引入极大地提高了配电网的保护和自愈控制能力。通过精确的故障检测、快速的故障隔离、高效的系统恢复策略，5G 通信技术为配电网带来了前所未有的智能化水平。未来，随着5G通信技术的持续发展和应用拓展，配电网的智能化管理将进一步提升，电网运行安全性、稳定性和经济性预期将得到实质性的增强。文章不仅为电力行业提供了宝贵的理论指导，也为实际工程应用奠定了坚实的基础，有望推动配电网保护及自愈控制策略向着更高层次发展。