一、引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，各類新能源、新業(yè)務(wù)開始大規(guī)模接入電力網(wǎng)絡(luò)，控制信息由局部向全程拓展，信息采集呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)通信需求逐步呈現(xiàn)出“高安全、低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋、大聯(lián)接”特征，對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載能力提出新的挑戰(zhàn)，因此迫切需要采用先進(jìn)、可靠、穩(wěn)定、高效的新興通信技術(shù)予以支撐，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)接入、承載、安全及端到端的自主管控。5G系統(tǒng)的eMBB、uRLLC、mMTC三大基礎(chǔ)能力將有助于激發(fā)電力運(yùn)行新型作業(yè)方式和用電服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)智能化升級(jí)，促進(jìn)電力新興業(yè)務(wù)發(fā)展。

二、5G+智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五大環(huán)節(jié)，從應(yīng)用分布統(tǒng)計(jì)來看，5G在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的探索主要集中在配電和用電兩個(gè)環(huán)節(jié)，以設(shè)備信息采集、無人機(jī)巡檢、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)等業(yè)務(wù)為主。

1. 配電環(huán)節(jié)

配電網(wǎng)承載電力核心業(yè)務(wù)，對(duì)安全隔離、實(shí)時(shí)性要求較高，其關(guān)鍵特征為“靈活可靠、可管可控、開放兼容、經(jīng)濟(jì)適用”。智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)涉及配電自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配網(wǎng)機(jī)器人巡檢/搶修、配電設(shè)備環(huán)境監(jiān)測(cè)、分布式電源接入等典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景。目前配電通信網(wǎng)側(cè)各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，而光纖覆蓋建設(shè)成本高、運(yùn)維難度大，公網(wǎng)承載能力有限，難以滿足智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)的通信需求，因此迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活的“泛在化、全覆蓋”配電通信接入網(wǎng)。

分布式配電自動(dòng)化：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)控制，通過繼電保護(hù)自動(dòng)裝置檢測(cè)配電網(wǎng)線路或設(shè)備狀態(tài)信息，快速實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路區(qū)段或配網(wǎng)設(shè)備的故障判斷及準(zhǔn)確定位，快速隔離配網(wǎng)線路故障區(qū)段或故障設(shè)備。分布式配電自動(dòng)化對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)要求時(shí)延≤15ms，帶寬2~10Mbps，可靠性99.999%，授時(shí)精度《10us，屬于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，連接數(shù)為X*10個(gè)/km2。采用5G邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)下沉場(chǎng)站，數(shù)據(jù)本地交換、不出安全區(qū)，為配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)提供充分的安全保障；5G技術(shù)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)空口時(shí)延，滿足配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求。

2019年初，南方電網(wǎng)公司聯(lián)合中國移動(dòng)、華為公司在深圳坂田完成了國內(nèi)首個(gè)基于5G NSA網(wǎng)絡(luò)的智能分布式配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)外場(chǎng)測(cè)試。本次測(cè)試為5G智能電網(wǎng)應(yīng)用的第一階段外場(chǎng)測(cè)試，搭建3.5GHz頻段的基站，并覆蓋兩個(gè)電力環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)站點(diǎn)，覆蓋距離在234米左右。本次試驗(yàn)成功驗(yàn)證了單基站場(chǎng)景下，配網(wǎng)DTU終端之間端到端時(shí)延平均在10ms以內(nèi)，5G網(wǎng)絡(luò)空口授時(shí)精度達(dá)到300nm以內(nèi)，可滿足智能分布式配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)等電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)的毫秒級(jí)低時(shí)延通信、微秒級(jí)高精度授時(shí)等需求。

毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)：傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)條件限制，切除負(fù)荷手段相對(duì)簡(jiǎn)單粗暴，通常只能切除整條配電線路。毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)把控制對(duì)象由傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)的變電站負(fù)荷線路變?yōu)橐陨a(chǎn)企業(yè)為最小節(jié)點(diǎn)，精準(zhǔn)控制企業(yè)內(nèi)部可中斷的380V分支回路。精準(zhǔn)負(fù)荷控制要求極高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，要求時(shí)延≤50ms，帶寬10kbps-2Mbps，可靠性99.999%，屬于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，連接數(shù)為X*10個(gè)/km2。精準(zhǔn)負(fù)荷控制可通過5G網(wǎng)絡(luò)解決電網(wǎng)故障初期頻率快速跌落、主干通道潮流越限、省際聯(lián)絡(luò)線功率超用、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用不足等問題，優(yōu)先中斷非重要負(fù)荷，充分滿足電網(wǎng)緊急情況下的應(yīng)急處置需求，將經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響降至最低。

2019年4月，國網(wǎng)公司與中國電信、華為公司合作，在南京完成了基于5G承載精準(zhǔn)負(fù)控業(yè)務(wù)的測(cè)試驗(yàn)證；初步驗(yàn)證了核心網(wǎng)切片應(yīng)用可行性，經(jīng)實(shí)測(cè)端到端平均時(shí)延為37ms，5G切片可以滿足精準(zhǔn)負(fù)荷控制50ms的端到端平均時(shí)延要求。

2. 用電環(huán)節(jié)

智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)關(guān)鍵特征為“多元友好、雙向互動(dòng)、靈活多樣、節(jié)約高效”。用電環(huán)節(jié)以信息采集類業(yè)務(wù)為主，涉及海量終端，且分布廣泛，具有典型的廣覆蓋、大連接、高頻率高并發(fā)業(yè)務(wù)特征，典型業(yè)務(wù)涉及用電信息采集/負(fù)控、源網(wǎng)荷互動(dòng)控制、智能家居、電動(dòng)汽車充電樁、分布式能源接入等。

用電信息采集業(yè)務(wù)：當(dāng)前主要以數(shù)據(jù)傳輸為主，包括上行方向的狀態(tài)量采集類業(yè)務(wù)及下行方向的常規(guī)總召命令，呈現(xiàn)出上行流量大、下行流量小的特點(diǎn)。當(dāng)前主要通過低壓集抄方式進(jìn)行計(jì)量采集，以天、小時(shí)為頻次采集上報(bào)用戶基本用電數(shù)據(jù)，單集中器帶寬為10kbps級(jí)，月流量3-5MB。未來將實(shí)現(xiàn)用電信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)的新趨勢(shì)，同時(shí)用電信息采集將進(jìn)一步延伸到家庭，能夠獲取所有用電終端的負(fù)荷信息，以更精細(xì)化的實(shí)現(xiàn)供需平衡，牽引合理錯(cuò)峰用電。未來對(duì)通信的需求為：上行帶寬2Mbps，下行帶寬≥1Mbps，一般的大客戶管理、配變監(jiān)測(cè)、低壓集抄、智能電表時(shí)延在3秒以內(nèi)，需要精準(zhǔn)費(fèi)控的場(chǎng)景時(shí)延要求小于200ms，可靠性要求99.9%，集抄模式下的連接數(shù)量為X*100個(gè)/km2，下沉到用戶后翻50-100倍，可達(dá)千級(jí)/平方千米，甚至萬級(jí)/平方千米，屬于管理信息大區(qū)III區(qū)業(yè)務(wù)，可采用5G網(wǎng)絡(luò)切片方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。

電動(dòng)汽車充電業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)采集方式分為定時(shí)自動(dòng)采集、按需召測(cè)和事件觸發(fā)主動(dòng)上報(bào)三種，上行數(shù)據(jù)主要包括充電樁狀態(tài)、計(jì)量等，下行數(shù)據(jù)主要為運(yùn)行、對(duì)時(shí)和計(jì)費(fèi)等信息。通信質(zhì)量要求方面，業(yè)務(wù)系統(tǒng)要求可靠性≥99.9％，業(yè)務(wù)容忍最大時(shí)延要求業(yè)務(wù)系統(tǒng)端到端時(shí)延＜5s，單個(gè)充電樁帶寬要求為4kbps。

5G網(wǎng)絡(luò)mMTC可提供百萬級(jí)連接能力，滿足用電環(huán)節(jié)海量終端接入的需求，另一方面，5G切片技術(shù)可提供更高強(qiáng)度的安全隔離，為電網(wǎng)信息采集業(yè)務(wù)提供安全性、穩(wěn)定性的保障。目前國家電網(wǎng)公司已經(jīng)建成覆蓋4億戶以上的智能電表用電信息采集系統(tǒng)，以及全球最大的智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可接入充電樁17萬個(gè)以上。未來隨著5G技術(shù)的不斷成熟，用戶與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)的環(huán)節(jié)將越來越深入，采集頻次、內(nèi)容、雙向互動(dòng)方面都將發(fā)生將進(jìn)一步革新。

三、結(jié)語

5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用目前主要集中在配用電環(huán)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)智能化水平提升效果已顯現(xiàn)。未來隨著5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步成熟和完善，將不斷刺激電網(wǎng)新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用、新服務(wù)的出現(xiàn)和發(fā)展，電網(wǎng)業(yè)務(wù)將迎來進(jìn)一步智能化升級(jí)。