5G通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)上的應(yīng)用將實現(xiàn)國家智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略

7月9日，首個1.8G赫茲電力無線專網(wǎng)在江蘇省會南京投入運行，為民眾用電需求打造了一條“專屬高速公路”，實現(xiàn)了南京地區(qū)電力無線專網(wǎng)全覆蓋。

在大力發(fā)展智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，通信多元化發(fā)展在不同的應(yīng)用場景下可發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢。電力無線專網(wǎng)作為以電力光纖為主有線通信的電力專網(wǎng)通信另一補充，將克服有線通信建設(shè)難度大和GPRS等公網(wǎng)通信安全隱患的弊端，為電網(wǎng)智能化向末端配網(wǎng)進一步延伸提供了可能。

6月6日，隨著工信部正式發(fā)放5G商用牌照，5G公網(wǎng)通信商用已經(jīng)呼之欲出。5G公網(wǎng)通信，以其5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將為公網(wǎng)通信包括電力行業(yè)在內(nèi)的超低時延、安全性、可靠性要求高的關(guān)鍵任務(wù)型物聯(lián)網(wǎng)用戶提供新的通信解決方案。

基本概念

電力無線專網(wǎng)根據(jù)智能電網(wǎng)終端通信接入網(wǎng)需求，與電力專用230MHz頻譜有機結(jié)合，基于離散窄帶多頻點聚合、動態(tài)頻譜感知、軟件無線電等關(guān)鍵技術(shù)，深度定制開發(fā)的寬帶無線接入系統(tǒng)。具有高帶寬、容量大、頻譜效率高、安全性高等優(yōu)勢，能夠承載信息采集、實時圖像監(jiān)控、應(yīng)急搶險等多項智能業(yè)務(wù)。

5G網(wǎng)絡(luò)是第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其峰值理論傳輸速度可達每8秒1GB，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。與前幾代移動通信技術(shù)相比，5G具有超大帶寬超高速率、高可靠超低時延、超多連接等特點，有助于提高供電質(zhì)量和電力系統(tǒng)的靈活性。而5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，本質(zhì)上就是將運營商的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的服務(wù)需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活的應(yīng)對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。

在智能配電網(wǎng)上的應(yīng)用

智能電網(wǎng)是國家的發(fā)展戰(zhàn)略，是未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，而通信則是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。在配電自動化業(yè)務(wù)中，通信是最為薄弱的環(huán)節(jié)，嚴重制約了電力設(shè)備智能化程度，在時間進度上也影響了智能電網(wǎng)的發(fā)展。而無線通信技術(shù)的發(fā)展不僅是在網(wǎng)絡(luò)部署、投資建設(shè)成本、用電側(cè)覆蓋、后期擴容維護等方面完勝有線通信技術(shù)，還彌補了無線公網(wǎng)話務(wù)擁塞、剩余容量小、安全性低的缺點，具有專網(wǎng)專用，容量大，接通率高、安全性高的特性。

目前電力無線專網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計采用的上下行4:2比例配置，大量帶寬用于下行傳輸，可通過10kV終端通信接入，實現(xiàn)開關(guān)站、箱式變電站等設(shè)備的信息采集和控制。同時系統(tǒng)還為智能配電網(wǎng)設(shè)計了專門的優(yōu)先級管理算法，可完全滿足不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級和時延要求，提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

雖然5G公網(wǎng)通信技術(shù)同樣可實現(xiàn)各終端間的對等通信，形成集變電所自動化、容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，但配電網(wǎng)的重要性決定了其在控制類業(yè)務(wù)，如開關(guān)站、配電房、配電箱、綜合接入配網(wǎng)自動化、計量自動化等方面會選擇安全性、通道可靠性、靈活性較高的光纖通信和無線專網(wǎng)，5G通信將作為一種補充覆蓋方式，在一些不具備控制功能的開關(guān)柜、配電房等節(jié)點使用。

在電網(wǎng)配用電側(cè)的應(yīng)用

近年來，隨著行業(yè)信息化的不斷深入發(fā)展，電力系統(tǒng)對通信專網(wǎng)的要求更高了。而電力無線專網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，借助自身優(yōu)勢，能充分滿足電力通信網(wǎng)末端覆蓋和通信接入的需求。

電力無線專網(wǎng)通過高寬帶、低時延的技術(shù)特性可實現(xiàn)多媒體信息、數(shù)據(jù)的回傳以及控制命令的下發(fā)，在配電自動化、應(yīng)急搶修、檢修及移動資產(chǎn)可視化管理等應(yīng)用上已取得顯著的成效。

同樣5G超低時延和高可靠性的信息傳輸特性，也有助于降低電力系統(tǒng)潛在停電影響的范圍和時長，當配網(wǎng)局部發(fā)生故障時，5G通信系統(tǒng)使得毫秒級自動定位并隔離故障成為可能，從而保障非故障區(qū)域的不間斷供電，可大幅度提高應(yīng)急效率。

在分布式電源數(shù)據(jù)接入的應(yīng)用

我國分布式電源發(fā)展迅速，按1%的占比逐年增加，預(yù)計到2020年，我國分布式電源裝機容量可達1.87億千瓦，占同期全國總裝機的9.1%。而目前分布式發(fā)電面臨的關(guān)鍵問題有兩個：一是業(yè)務(wù)節(jié)點多、海量的數(shù)據(jù)如何接入？二是如何對大量分布式能源進行控制和管理，防止其并網(wǎng)或脫網(wǎng)時對電力大網(wǎng)造成電壓波動？

針對問題一，5G通信技術(shù)則憑借高速率、高安全、全覆蓋、智能化的特點，可有效地解決分布式電源分散、點多、量大等問題，為分布式電源的海量數(shù)據(jù)接入提供保障。

問題二的難點通過采用電力無線寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)的雙向無線高速通道，電網(wǎng)中央控制平臺能夠在毫秒級時間內(nèi)實現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)智能電表的數(shù)據(jù)雙向交互和較強的實時性，也能得到解決。

在低壓電能計量服務(wù)上的應(yīng)用

用電信息的采集能為電網(wǎng)進行負荷預(yù)測、電力營銷等提供強有力的數(shù)據(jù)支撐，讓電網(wǎng)企業(yè)更加精準地掌握區(qū)域用電的情況，從而提升電網(wǎng)的服務(wù)水平。

電力無線專網(wǎng)通過高帶寬、容量大、頻譜效率高的特性，可實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)采集的高效、穩(wěn)定，達到了精準抄表的目標，同時在一些公網(wǎng)無法覆蓋的地區(qū)，也可以考慮部署部分電力無線專網(wǎng)熱點，將用電信息采集的范圍進一步延伸，實現(xiàn)更精細化的供需平衡。

5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模運營使得其在低壓電能計量服務(wù)上的應(yīng)用具備得天獨厚的優(yōu)勢，可將偏遠地區(qū)、農(nóng)電配網(wǎng)和城市密集的用電戶都實時精準地接入用電信息采集系統(tǒng)，同時也減少了有線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)模。

在網(wǎng)絡(luò)安全上的應(yīng)用

電力系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)安全要求極高，電力無線專網(wǎng)是根據(jù)電力行業(yè)需求，進行深度定制化開發(fā)，實現(xiàn)專網(wǎng)專用的網(wǎng)絡(luò)，與互聯(lián)網(wǎng)隔離，杜絕了外界侵入的可能性，能夠滿足安全需求。而5G則是公網(wǎng)通信，可能存在傳輸通道阻塞，雖然有多重網(wǎng)絡(luò)安全措施，但仍然存在安全風險等問題。

事實上，我們發(fā)現(xiàn)，不論是電力無線專網(wǎng)還是5G通信技術(shù)，兩者在電力無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用都各有優(yōu)勢。相對來說，5G由于覆蓋廣、超低時延和高可靠性的信息傳輸，在用電信息收集、應(yīng)急搶修等方面更具優(yōu)勢，但在安全性和主動權(quán)方面則處于劣勢，更適合應(yīng)用于一些對不具備控制功能，且要求覆蓋范圍廣、低時延的配用電業(yè)務(wù)。

電力無線專網(wǎng)則在安全性和通信質(zhì)量方面相對更強，但在建設(shè)成本和全面覆蓋上還存在一定壓力，更多應(yīng)該應(yīng)用于電力物聯(lián)網(wǎng)下的采集與控制業(yè)務(wù)。

結(jié)語

對于“未來到底是應(yīng)該在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加碼，加大其對電力無線通信領(lǐng)域的深入探索和應(yīng)用，還是繼續(xù)堅持電力無線專網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)，讓其發(fā)揮在電力無線通信領(lǐng)域的支撐作用”的問題，不是“魚和熊掌不可兼得”的問題，發(fā)揮各自優(yōu)勢，在不同的應(yīng)用場景下應(yīng)用不同的技術(shù)，有線通信、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)相互補充，以智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)共同支撐的能源互聯(lián)時代將指日可待。