5G通信技术在智能电网中的应用及其发展

5G通信技术在智能电网中的应用及其发展

季蕾

内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒盟镶黄旗供电分公司  内蒙古 锡林郭勒盟 013250

摘要：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。

关键词：5G通信技术；智能电网；应用；发展

引言

配电网在我们的实际生活中其实发挥着非常重要的作用，它是直接面向个人为电力用户的，不仅可以从根本上提高再生能源的消耗能力，而且还可以保证供电质量。在配电网运行的过程中，机电保护是非常重要的一道安全保险，它不仅可以检测到配电系统中所存在的一系列情况，还可以有效地定位故障原件。5G时代的到来，导致在配电网的保护中5G技术也有了非常广泛的应用，但不仅可以加快配电网的数据输出效率，还可以对配电网进行实时监控和移动运维，一旦配电网出现了任何问题，利用5G通信技术都可以迅速定位到故障部位，这就从根本上提高了配电网的使用寿命。

15G移动通信技术

5G是具有高带宽、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)。增强移动宽带（eMBB）主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；超高可靠低时延通信(uRLLC)主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；海量机器类通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。ITU定义了5G八大关键性能指标，其中高带宽、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。5G网络技术的到来，为电力系统的发展带来了机遇和挑战，成为支撑电力行业数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

2 5G通信技术在智能电网中的应用及其发展

2.1配电网差动保护的网络需求

配电网差动保护的原理是基于基尔霍夫定律，通过计算线路两端设备的电流矢量差来判断线路运行状态。正常情况下，流过线路两端的电流幅值相同、相位相反，矢量合为零；而在故障情况下，线路两端流过的电流矢量和不再为零，利用这一特征可以快速识别线路故障。因其优越的速动性、灵敏性和选择性而被广泛应用。配电网电流差动保护的信号同步要求主要包括两方面：一是线路两侧的采样时刻必须严格同步，具体要求为小于10μs；二是差动继电器使用两侧相同时刻的采样数据计算差动电流，因此要求通信时延小于15ms。为达到上述网络要求，传统配电网中通过光纤网络实现，但存在建设周期长、成本投入高、运维难度大等不足。4G网络终端间通信时延约100ms，不能满足配电网差动保护应用的需求。5G技术凭借低时延、高可靠、高安全、高精准授时等特点，为配电网差动保护提供了全新的建设模式。

2.2配电自动化业务测试

配电自动化业务主要实现配电网检测、控制和快速故障隔离，缩短断电恢复时间，提高电网可靠性。配电自动化数据终端设备（dataterminalunit，DTU）业务基本功能测试的目的是验证5G无线网络系统能够承载配电自动化业务。首先通过正确地配置客户前置设备（customerpremiseequipment，CPE），核心网固定分配SIM卡IP，上电后CPE的广域网（wideareanetwork，WAN）口IP地址不变。然后通过以太网口将CPE连接配电终端DTU，专线连接到配电自动化主站，正确配置主站侧的相关参数（主站网口IP地址、端口号、子网掩码和网关），完成5G无线系统注册和协议数据单元（protocoldataunit，PDU）会话建立过程。随后CPE开机进入空闲状态。接下来向配电终端输出电压和电流，主站发出遥测指令后，主站与终端显示的电压和电流数值相同。

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。

3 5G通信技术的发展

3.1应用发展方向

在当前社会高速发展的大背景下，电力系统的各个部门应当加强对5G通信技术的重视，在智能电网的运作中使用5G通信技术进行信息交互，从而提升智能电网的通信速度和效率，丰富智能电网的功能，提高电网运行的质量，减少故障的发生率，促进各行各业的发展，满足全社会的用电需求。配网自动化和对用户进行需求侧响应的负荷控制是5G通信技术在智能电网中的两个主要应用方向，电力部门需要加大对这两个方向的研究力度，以更好地发挥5G通信技术的应用优势。

3.2智能巡检业务测试

智能巡检机器人主要用于对变电站、配电房等关键电力设备的巡视工作，实现智能化无人值守。巡检业务平台通过5G无线网络系统控制智能巡检机器人进行巡检作业，控制机器人记录站点现场环境温湿度、风速及雨量等气象数据；实时显示站点现场可见光视频及红外热成像视频；并且能够显示机器人当前位置、机内温度、电池电流、机器人速度、云台水平位置、云台垂直位置及相机倍数等信息，经专线传送至公司无人机巡检业务平台。

3.3投资控制

为了推进技术协同，提高5G网络利用率，要合理把控5G通信通道的投资结构，同时降低5G通信网络的建设投资，合理规划基站建设，保证基站建设的准确性和地点选择的合理性。提供合理控制基站的投资成本，可以在保证设计最优的前提下降低工程造价，减少5G网络通道建设的总投资成本。

结束语

在对配电网进行保护的过程中，相关负责人对于配电网的重要性以及目前通信技术都要有一定的了解，在配电网保护中应用5G通信技术，不仅可以做到数据快速传输还可以延长通道，在实际的配电网保护应用场景中，5G技术可以进行纵联电流差动保护，区域保护。在未来的发展中也可以应用到在线监视以及继电器移动保护运维当中，这样一来就从根本上提高了配电网的使用效果以及供电质量。

参考文献

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