基于5G 通信技术的智能配电网实时监测与控制

周宇浩

（国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，江苏 苏州 215000）

0 引 言

当前信息技术飞速发展，智能配电网作为新一代电力系统的重要组成部分，逐渐成为能源领域的研究热点。5G 通信技术的广泛应用为智能配电网的实时监测与控制提供了新的可能性，推动了智能能源系统的发展。传统电网中存在数据传输速度慢、连接设备有限等问题，难以实现实时监测与控制，导致电网运行效率低下。而基于5G 通信技术的智能配电网则能实现高速数据传输、大规模设备连接以及灵活资源调度，为电力系统的安全稳定运行提供了坚实的技术支持。

1 5G 通信技术在智能配电网实时监测与控制中的应用优势

1.1 高速数据传输和低延迟

5G 通信技术在智能配电网实时监测与控制中的应用体现在高速数据传输和低延迟方面。5G 通信技术凭借毫秒级的低延迟和超高速数据传输能力，极大地提升了配电网监测和控制的效率和精度[1]。在实时监测方面，传感器采集的海量数据可以通过5G 网络快速传输至监控中心，即时感知电网状态；在控制方面，5G 的低延迟保障了指令的快速响应，使得智能配电设备能够实现快速调节和优化运行。

1.2 大规模设备连接和通信稳定性

5G 通信技术通过引入网络切片技术划分和分配网络资源，确保不同类型的设备和应用可以获得适当的带宽和服务质量，使得智能配电网中的不同终端设备可以实时交换信息，快速响应系统指令，实现实时监测与控制配电网。5G 通信技术具备较强的通信稳定性，能够应对复杂的电力环境和恶劣的天气条件。5G 通信技术采用多天线技术和自适应调制解调技术，可以有效降低信道干扰，提升通信质量和可靠性[2]。这就在一定程度上为智能配电网的实时监测与控制提供了稳定和可靠的通信保障，确保了数据传输的准确性和实时性。

2 5G 通信技术关键技术分析

2.1 毫米波通信技术

毫米波通信技术是5G 通信技术中的关键技术，利用30 ～300 GHz 的频段传输数据，具有大带宽和高数据传输速率的特点[3]。在5G 通信中，毫米波技术广泛应用于扩大通信容量和提高通信速度，并为大规模设备连接和低时延通信提供支持。但是毫米波通信技术穿透力较弱，受障碍物阻挡影响较大，因此需要采用波束成形和波束跟踪等技术解决传输中的信号衰减问题。波束成形技术发射器和接收器可以聚焦信号传输，提高传输效率，扩大覆盖范围，从而克服了毫米波通信在室内和城市环境中的覆盖局限性[4]。

2.2 大规模多天线传输技术

大规模多天线传输技术作为5G 通信的关键技术之一，采用大规模天线阵列技术，通过部署大量天线单元复用多个用户的空间，从而扩大通信系统的容量和覆盖范围。该技术在实际应用中涉及多方面的复杂技术和工程实践[5]。大规模多天线传输技术中的大规模天线阵列需要考虑天线之间的互相干扰问题，在设计和部署过程中采用有效的信号处理算法和波束赋形技术，以确保各个天线单元之间相互协作，避免干扰，提高信号的接收性能和传输效率。

针对大规模天线传输系统中可能存在的复杂信道环境和多径效应，采用先进的信道估计和均衡技术，以确保在动态多路径衰落的情况下依然能够实现可靠的信号传输和接收。利用多天线系统具有空间多样性和空间复用的优势，通过合理的信道估计算法提升系统的健壮性和抗干扰能力。为了实现对多个用户同时进行空间复用，大规模多天线传输技术还需要考虑信号的干扰管理和资源分配等问题，涉及对多用户间的信号分离、干扰抑制和资源调度等关键技术。

2.3 低功耗广域网技术

低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，LPWAN）技术是5G 通信的关键技术，旨在实现对大规模物联网设备的低功耗、远距离通信需求。LPWAN技术主要包括窄带物联网（Narrowband Internet of Things,NB-IoT）和远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）等通信标准。

NB-IoT 作为一种基于蜂窝网络的低功耗广域网技术，在频谱利用效率和覆盖范围方面具有优势。NB-IoT 具有低功耗、长续航时间的优点，适用于需要低数据速率和远距离覆盖的物联网场景。同时，NB-IoT 支持大规模设备连接和高密度部署，为物联网应用提供了可靠的通信支持。LoRa 技术则采用频率扩展调制技术，实现了在较长距离范围内的低功耗通信。LoRa 网络具有较强的自组织能力和抗干扰性，适用于城市智能化、农业监测等领域。

3 5G 通信技术在智能配电网实时监测与控制中的典型应用分析

3.1 基于5G 的智能配电网远程监测系统

利用5G 通信技术的高速、低时延和大连接性能，智能配电网可以实时监测与控制供电设备，提高供电系统的安全性、可靠性和效率[6]。典型的智能配电网远程监测系统结合了传感器技术、物联网技术和人工智能算法，实时监测与分析配电设备状态和电网运行情况。以某智能配电网为例，其监测系统包括各类传感器（如电流传感器及电压传感器）、数据采集设备、云平台以及用户终端。

3.2 5G 通信技术在智能电表数据采集和传输中的应用

5G 通信技术在智能配电网实时监测与控制中的应用通过提供高速、可靠的数据传输和较低的时延，实现高效采集和传输智能电表数据。某城市的电力公司引入5G 通信技术，将其应用于智能电表数据采集和传输系统。该系统包括智能电表、数据采集终端、5G 通信网络以及数据中心。智能电表通过内置的传感器实时采集用户的用电数据，并通过5G 通信网络将数据传输至数据中心进行存储和分析。

在5G 通信技术的支持下，智能电表可以高速传输数据。5G 网络提供的大带宽和高效调制技术使得智能电表数据传输速率较高[7]。5G 通信技术实现了较低的时延，可以满足智能电表数据实时性的要求。5G 网络的毫秒级时延使智能电表数据能够及时传输到数据中心进行处理和分析。较低的时延有助于电力公司快速响应用户的用电需求，并采取相应的调控措施。

3.3 基于5G 通信技术的实时故障检测与定位系统

城市的智能配电网中，引入了基于5G 通信技术的实时故障检测与定位系统。该系统通过部署在各个配电设备上的传感器实时监测电流、电压等参数，并利用5G 网络将数据传输至中心监控系统。某变电站附近突然发生短路故障，导致该区域多个用户停电。文章设计的实时故障检测与定位系统立即捕捉到电网参数的异常变化，并通过5G 网络将数据传输至中心系统，中心系统利用5G 传输的实时数据，结合故障检测算法，迅速定位故障点所在位置。若使用传统处理系统处理故障，则需要依赖用户的报修或者人工巡检来发现故障。一旦故障被确认，维修人员需要逐步排查和定位故障点，这个过程需要较长的时间。

表1 事故相关参数记录

3.4 基于5G 通信技术收集低压用电信息

基于5G 通信技术的智能配电网中，低压用电信息收集是一个典型的应用。传统的用电信息收集存在多种问题，效率较低。虽然已经发展出用电信息收集系统和抄表终端，但是这些系统无法满足实时收集用电信息的需求，降低了用户体验。基于5G 通信技术的低压用电信息收集系统可以自动收集用电信息，并进行用电分析管理、计量异常监测、信息发布、电能质量监测、智能用电设备以及分布式能源的监控信息交互，在一定程度上提高了用电信息收集的精准性，并且能够满足海量终端的接入需求[8]。

4 结 论

基于5G通信技术的智能配电网实时监测与控制，通过提高数据传输速度和可靠性实现了用电信息的实时收集、分析和管理，进而提高了电力系统运行效率，保障了供电稳定性。5G 技术的应用为智能配电网提供了更高效、智能化的监测与控制手段，推动了能源领域的数字化转型和智能化发展。