5G 通信技术在配电网监测与控制中的应用研究

熊光明

（贵州电网贵阳供电局，贵州 贵阳 550000）

0 引 言

随着能源系统的智能化应用和配电网规模的不断扩大，社会各界对配电网的实时监测与智能控制需求日益提升。传统监测技术在应对复杂的电网结构和大规模的数据处理方面存在瓶颈，而5G 通信技术的迅猛发展为配电网领域的技术创新提供新的机遇。

1 配电网监测需求分析

1.1 配电网的特殊性及挑战

配电网庞大而复杂的网络结构导致监测难度巨大，需要全面覆盖各个节点，以确保监测的实时性和全局性。电力设备众多，会接入不同类型的负载和能源，系统容量波动较大，因此需要采取高效的监测手段以适应动态变化。同时，配电网的实时性要求较高，及时检测故障或异常情况对于保障系统安全运行至关重要。智能化控制还面临着设备多样性和通信互联的挑战，急需解决设备之间的协同工作和通信效率等问题。

1.2 实时监测和智能控制的需求

在配电网监测领域，人们对实时监测和智能控制的需求日益凸显。实时监测指迅速获取并处理大量数据，以确保及时感知电力系统状态。由于电力系统运行环境会发生变化，实时监测能够提供准确的数据反馈，从而及时发现潜在的故障或异常。同时，智能控制体现在对电力系统的高效、自适应管理，要求系统能够智能地调整运行参数，设备能够协同工作，从而提高整体运行效率，主要包括对设备状态的实时评估、负载的智能调度、对不同情景的自动响应[1]。

2 5G 在配电网实时监测中的应用

2.1 传感器网络与数据采集

在配电网实时监测中，传感器网络与数据采集是5G 技术应用的关键环节。通过在配电房内布置各类传感器，包括温湿度传感器、SF6气体浓度传感器、振动传感器等，以全面感知环境参数和设备状态。这些传感器构成一个复杂而高效的传感器网络，通过5G 通信技术实现对配电网的实时监测。在传感器网络中，温湿度传感器负责监测配电房内的环境温度和湿度变化，确保设备运行在适宜的工作环境中。SF6气体浓度传感器则用于监测绝缘气体的含量，及早发现潜在的异常情况和安全隐患。振动传感器则用于监测设备的振动情况，实时反馈设备运行状态，为故障诊断提供重要依据。在数据采集方面，利用5G通信技术将传感器实时采集的数据传输至采集服务器节点。在数据采集过程中，需要考虑通信的稳定性和低时延特性，以确保监测数据的准确性和实时性[2]。此外，采用高效的数据压缩和传输算法，确保在大量传感器数据传输的同时，不影响系统的整体性能。

2.2 实时监测系统架构设计

在现代配电网实时监测系统的架构设计中，各节点的功能和相互之间的协调合作至关重要，确保系统能够高效、稳定地进行监测操作。系统的平台层是整个架构设计的核心，包括监控平台、通信设备及现场仪表，具体如图1 所示。

图1 实时监测系统架构

监控平台是系统的核心，由用户客户端、监测控制中心和Web 管理客户端构成。其中，用户客户端用于用户端的实时监测和数据展示；监测控制中心则是系统的运行中枢，负责实时监控、数据处理和决策分析；Web 管理客户端提供后台管理功能，包括系统配置、数据管理和报警设置等。在通信设备方面，工业物联网网关、边缘计算网关和工业路由器是实现数据传输和通信的关键部分。其中，工业物联网网关负责物联网设备的接入和数据传输；边缘计算网关用于边缘计算和数据处理；工业路由器则是数据传输的通道，以监测数据的稳定传输。现场仪表主要用于监测环境和设备参数，如配电柜、空调、温湿度传感器、水浸传感器以及烟雾传感器等设备，通过传感器实时采集数据并传输到监控平台进行分析和展示。其中，配电柜用于监测电能参数和电流状态，空调监测温度，温湿度传感器监测环境温湿度，水浸传感器监测液体浸泡情况，烟雾传感器监测烟雾浓度。

3 5G 在配电网智能控制中的应用

3.1 智能开关与设备控制

在配电网智能控制中，5G 技术的应用显著提高电力系统的灵活性和可靠性。智能开关作为配电网的重要组成部分，通过融合5G通信技术和智能电力设备，高效控制电力系统。智能开关的控制功率可以用公式表示为

式中：P控制为智能开关的控制功率；U为电压；R为电阻。

智能开关作为配电网中的关键组件，通过融合5G 通信技术和智能电力设备，高效控制电力系统。借助5G 通信技术，智能开关实现与配电房内监控终端机的实时通信，获取并传输当前电网状态信息，然后根据预设的控制策略进行响应操作。这种实时交互和响应能力，使智能开关能够动态调整和优化电力系统的运行状态。例如，智能开关可以实时监测并控制电流、电压等参数，确保电力系统在变化的负荷和故障条件下仍能保持稳定运行。同时，智能开关通过优化电流和电压的分布，能够有效降低系统中的能量损耗，提高电力系统的运行效率。

在设备控制方面，凭借5G 技术的低时延和高可靠性实时精确控制配电网设备。利用智能化控制算法，根据当前系统负荷和电网状态实时调整配电网设备的状态，以最大限度地满足电力系统的需求。例如，通过调度和优化算法，可以精确控制并调整配电网设备的运行参数，以最大限度地提高系统的运行效率和能源利用率。设备的调度功率可以用公式表示为

式中：P调度为设备的调度功率；φ为功率因数；I为设备电流。

3.2 负载调度与优化

在现代配电网系统中，负载调度与优化是实现电力系统高效运行和能源利用的重要环节。5G 技术的广泛应用为负载调度与优化提供全新的解决方案和发展机遇。通过智能算法和5G 通信技术的协同作用，成功实现电力系统的负荷均衡、能效优化，从而提升系统运行的稳定性和经济性。

负载调度的目标是实现电力系统内各设备和线路的负荷均衡，防止出现过载或欠载的情况。通过5G 通信技术，系统可以实时监测设备的负载情况，快速响应变化的负荷需求，通过调整设备的运行状态和电能分配，达到均衡系统负载的目标。需要综合考虑电压、电流和功率因数等参数利用式（2）计算调度功率。智能算法的运用使负载调度过程更加智能化和自动化，从而提高调度的准确性和效率。而负载优化的核心在于提高系统的能效，降低电网运行成本。通过运用智能控制算法，使系统在满足负载需求的前提下，最大限度地提高能源利用效率[3]。

计算设备的优化功率时，要考虑设备的调度功率和系统内的电能损耗。5G 通信技术的实时性和可靠性使系统可以实时获取设备运行状态和电能损耗情况，快速响应并调整设备运行参数，以最大限度地提高电能利用效率[4]。优化功率的计算公式为

式中：P损耗为系统内的电能损耗。

借助5G 通信技术，系统可以实时获取设备运行状态和电能损耗情况，并利用智能算法调整设备运行参数，以提高电能利用效率。

4 案例分析

4.1 案例概况

在现代化城市的配电网中，5G 通信技术得到广泛应用，为实现智能监测与控制提供强大支持。以某变电站为例，通过5G 技术成功构建一个具有高速、低时延、高可靠性的通信网络。该变电站部署大量传感器，以实时监测各设备的运行状态和负荷情况，确保电力系统的安全稳定运行。

在某日的高峰期，系统检测到某个变压器负载异常上升，随即通过5G 通信迅速将信息传输至配电监控中心。监控中心利用智能算法分析数据，并迅速做出决策，通过5G 网络远程控制该变压器，调整运行参数，从而降低负载压力和设备过载的风险。在系统优化方面，5G 通信技术也发挥了重要作用。系统借助5G 通信将实时获取的电能损耗和设备运行效率等数据传输至智能控制中心，并利用智能算法进行功率优化调整[5]。这不仅能维持变电站的正常负荷，还能提高能源利用效率。

4.2 应用效果

5G 通信技术在配电网监测与控制中的应用效果评估结果如表1 所示。

表1 应用效果评估结果

5G 通信技术在配电网监测与控制方面取得显著的应用效果，如变压器负载异常检测时间极短，不到100 ms，能够及时感知配电网异常情况；信息传输延迟保持在5 ms 内，远低于通信标准，可以确保数据的快速传输；远程控制响应时间在50 ms 以内，为运维人员提供即时的响应能力。同时，电能损耗降低幅度达到10%，设备运行效率提高达到15%，表明5G 通信技术在配电网智能控制方面取得显著的经济效益。

通过应用5G 技术，有效缩短变压器负载异常检测时间，使系统能够更迅速地响应潜在问题，降低设备过载风险。信息传输延迟的降低为实时监测数据的快速传输提供保障，有助于提高监测的实时性。远程控制的高效响应使运维人员可以迅速采取措施，从而降低故障处理的时间成本。这些应用效果的显著提升证实5G 通信技术在配电网监测与控制中具有卓越性能，为提高电力系统的可靠性和智能化水平提供了强有力的支持。

5 结 论

5G 通信技术为配电网监测与控制带来前所未有的技术进步，为电力系统的可靠性、智能性和经济性注入新的活力。在未来的发展中，要借助5G 技术进行不断创新，进一步提高配电网的运行水平，为构建更加安全、高效的电力系统贡献力量。