5G移动通信与物联网技术在电力系统中的应用

5G移动通信与物联网技术在电力系统中的应用

刘茂彬 1 范高丽 2

1 国网淮南供电公司， 安徽省淮南市 232000

2国网淮南市潘集区供电公司，安徽省淮南市 232000

摘要：5G移动通信物联网技术虽然是一种新型的技术，但是已经被广泛地应用于社会生活中的各个领域，并在这些领域中发挥着重要的作用。物联网技术是由互联网技术和传感技术共同组成的。也就是说，一个事物可以通过传感技术将其与互联网技术相连接，进而通过互联网实现对实物的控制。其具有很多的优点，由于其通过网络技术来展开，因此具有很好的实时效益。即可以将当时的情况及时地反映到互联网，进而通过网络对其进行控制。将物联网应用于智能电网之中，能够大大地提升电网的反应速度，及时将各种信息向社会公众公布。

关键词：5G移动通信；物联网技术；电力系统

中图分类号：TP391

文献标识码：A

引言

随着电力行业的不断发展，尤其是2019年国家电网提出了建设运营强智能电网和泛在电力物联网的战略部署，将电力用户、电网企业、供应商及其设备等人物、物物互联，推动电力行业智能化、信息化进程。以5G为代表的移动通信技术正在与AI、大数据结合，开启一个万物互联的全新时代。本文研究探讨在智能电网和电力物联网建设的背景下，5G移动通信技术与物联网融合应用以提高电力系统智能管控、运维水平。

15G移动通信与物联网技术的概念

1.15G移动通信技术

中国的移动网络从2G、3G和4G发展到5G。（1）2G理解数字语音通信、短消息和互联网评论网络，但信号不稳定。（2）3G通信网络提前实现了电话和信息的同步传输，并制定和实施了标准。（3）4G通信网络满足移动数据、移动计算机和移动多媒体服务的需求。（4）5G网络通信网络是第五代移动技术和4G通信网络的改进产品。制定相关定义和实施标准。与4G通信网络相比，5G通信网络具有一定的优势。第一个是更高的数据速率、更高的功率、更高的数据传输稳定性和更强的干扰信号的可能性。它可以继续减少，优化各种计算资源的分配和使用，更好地满足人们的工作和生活需求。3G通信网络属性：网络连接性能有所提高，人们可以随时随地使用。快速连接到网络，避免有效断开和断开网络连接。5G网络运行速度非常快，可以减少用户延迟并提供更好的用户体验。5G通信网络可以在延长用户通信设备运行时间和提供延迟方面花费较少的电力。高容量热点和拥挤的位置可以降低4G通信网络的传输速度，从而降低流量需求，在5G通信网络中找到负担得起的数据流量分布，并避免数据传输延迟和中断。

1.2物联网技术

物联网（IoT）是各种传感技术的综合应用，通过射频识别、全球定位系统等信息传感设备，按照约定的协议，构成物物相连的网络进行信息交换和通信。物联网的网络架构由感知层、网络层和应用层组成。智能电网的运行包括发电、输电、变电、配电和用电等五个环节，物联网对提升智能电网信息采集、信息智能处理和信息双向交互具有重要作用，在智能电表、发电设备的状态预测和调控、变电站视频智能监控、输变电线路监控与动态维护等方面得到广泛应用，全面提升电力信息感知效果。其中，建立高速、实时和双向的通信网络和系统才能使智能电网成为一个动态信息交互处理的大型基础设施。

25G移动通信与物联网技术在电力系统中的应用

2.1泛在电力物联网对通信业务的需求

电力系统物联网需要具备复杂全面感知、高效处理海量电力信息和数据和低延时响应控制来实现电力系统各环节互联互通，被称为泛在电力物联网。泛在电力物联网在结构上分别由感知层、网络层、平台层和应用层组成。感知层位于泛在电力物联网最底层，基于现场传感器采集从发电到用电所需的基础海量数据；网络层是基于5G或其余有线或无线通信技术实现数据流的传输；平台层主要进行对感知层获取的海量数据进行处理和计算；应用层基于平台层对数据处理的结果进行分析决策与反馈。泛在电力物联网对通信业务的需求主要为对网络层的网络接入与传输能力、网络带宽与时延方面提出更高的要求。

2.2IAB技术

空口，指的是移动终端到基站之间的连接协议，是移动通信标准中一个至关重要的标准。3G、4G时代的空口核心技术分别是CDMA和OFDM。在5G新空口的研究中，由于5GNR技术由于可以使用更高的频段和更大的带宽，但是频段越高，NR的覆盖将会受到限制。为了满足覆盖要求，高频段的5G基站将会布署更加密集，但同时就会对有线传输网络的部署提出更好的要求。目前，在地下室或地下车库布设的电力网络主要为用电信息采集和精准负荷控制服务。如果采用5G和IAB技术相结合的方式，不仅能降低现有室内布设方案投入成本，也能增加电力物联网的覆盖强度。

2.3边缘计算技术

为解决电力物联网中计算密集型和延迟关键型任务，缓解云端计算压力，云服务器集中处理架构逐渐向边缘计算转移，边缘计算节点可以在云中心统一管控下，对现场采集的数据按不同的业务需求进行处理和存储，电力物联网的架构演进成了云、网、边和端层。云层主要进行用户监控和设备运维管理；网络层主要为光纤为主的有线网络和5G/4G等无线网络的通信传输；边侧主要负责基于现场端侧海量数据进行边缘计算和数据上传；端侧仍然是现场传感器、控制器等原始数据采集设备，负责数据采集和传输给边缘网关。边缘计算节点完成的数据处理主要为以下三种情况：(1)边缘计算节点对端侧采集数据进行初步处理，再将处理结果上传给云计算中心继续分析处理；(2)云计算中心将算法下发到边缘计算节点，由边缘计算节点提供算力对本地数据进行处理；(3)边缘计算节点直接处理端侧原始数据以实现实时控制类业务。将5G网络切片和边缘计算计算结合起来，构建具有边缘计算能力的端到端切片网络，不仅保证不同电力业务有专有网络通道，又提供不同差异化数据处理和计算，有效保证电力业务安全隔离和可靠性。目前，关于移动边缘计算的研究主要集中在硬件系统架构的设计和计算卸载等方面。如基于边缘计算的分层自治协同的主动配电网管控模型，基于软件定义的细粒度多接入边缘计算架构等方法以满足电力物联网实时性需求，在电力物联网计算卸载算法应用研究方面，主要有（非）凸优化、博弈理论和机器学习等方法来处理爆发式增长的数据流量问题，以有效降低服务响应时延。

2.4标识技术的应用

标识技术作为物联网最关键的技术之一，主要由电子标签、读写器、信息处理器3个部分组成，其中每一个部分负责不同的工作环节，比如射频识别技术在我们常用的身份验证识别器中就有应用，在现代社会生活中，不管是电子设备，还是个人工作需求，只要它们之间相互联系就少不了特殊编码来证明，而且针对不同物品我们会设置不同的电子编码，像银行卡、身份证这类需要保障安全隐私的ID，就需要加强对标识技术的设计和创新研究，进一步提升标识技术的应用。

结束语

5G移动通信技术高带宽、低时延和大连接技术特征推动了智能电网和泛在电力物联网的战略实施，尤其是5G网络切片、IAB技术与边缘计算等核心技术为多样化电力业务需求、海量异构终端接入、电力网络低延时、安全和可靠性提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1]王宏延,顾舒娴,完颜绍澎,等.5G技术在电力系统中的研究与应用[J].广东电力,2019,32(11):78-85.

[2]张俣俣.5G网络切片在电力行业的应用[J].电子设计工程,2021,29(19):103-106.

[3]黄旭.5G网络切片技术的应用与分析[J].通信技术,2018(9):2102-2106.