启航工作室

5G技术在电力系统中的应用展望

1、引言近年来，随着分布式能源接入、电动汽车服务、用电信息采集、配电自动化、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要实时、稳定、可靠、高效的新兴通信技术及系统支撑，提升能源行业的信息化、智能化水平，为经济社会发展提供可靠的用能保障。以5G为代表的移动通信技术正在与AI、大数据紧密结合，开启一个万物互联的全新时代。物联网技术可以实现网络和物品之间的有效连接。电力物联网将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务；以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大的机遇，提供价值服务。中国是5G产业的引领者，推动着5G从移动物联网时代走向万联物联网时代。5G技术以其传输高速率、高带宽、低时延、高可靠性的良好特性，与电力系统对网络的要求高度契合，在基站站址、通信网络、业务应用等方面具有先天资源优势，有能力参与并引领5G行业应用，进而激发出新的产业、业态和模式，为5G技术在电力系统中的应用提供了广阔的空间，对其应用场景做以下介绍展望。 2、5G技术简介 2.1 5G通信网络结构 5G是指第5代移动通信技术，其通信系统主要由宏基站、微基站和核心网组成。核心网主要负责控制系统和传输数据信息，是通信系统的指挥中心；宏基站主要负责通过光纤或微波与核心网连接，不同区域的基站和用户信息主要通过无线通信进行传递，宏基站相当于通信系统的“中枢神经”。其网络属于蜂窝网络结构，每一个蜂窝内都布局有相当数量的室分天线，以保证5G网络能够覆盖到蜂窝内的所有区域，室分天线传输的数据通过收发机转换后，由光纤将信号传输至基站。其传输速率可高达10Gb/s，网络传输延时不到1毫秒，5G的用户体验速率是4G的10倍，峰值速率达到20G bit/s，空口时延为1ms。这为物联网中的智能仪器仪表的数据采集、传输，各种高清视频数据的实时传输提供了优越的基础条件。 2.2 5G技术特点 5G技术的主要特征包括增强移动宽带，低时延、高可靠通信和低功耗大连接海量机器类通信，具有开放的技术架构，与电力系统的需求之间具有很强互补性。其在在电力领域中具有广阔的应用场景和发展前景，应用场景主要有以下4个特点：①小的连接技术；②可靠时延低；③覆盖的整体技术；④容量比较大。对电力系统来说，5G在海量量测、精准控制、宽带通信等方面都具有广泛的应用。 3、5G技术在电力系统中的应用 3.1低压用电信息采集中的应用用电信息采集业务是对用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。主要传输数据业务，包括终端上传主站的状态量采集类业务以及主站下发终端（下行方向）的命令，呈现出上行流量大、下行流量小的特点，现有的通讯方式主要包括230M、无线公网和光纤传输方式，各类用户终端采用集中器方式，主站为省公司集中部署，分为5min和15min采集方式，其中0点为统一采集。随着大量智能仪表被应用到配电网中，5G技术完全满足了仪表检测对仪器高传输速率和低延时的要求，其高传输效率可将智能仪表所采集到的数据实时准确的传输到云服务器。智能电能仪表以其应用点多，且可以很好很容易的接入5G网络，同时5G智能电能仪表的应用也将大大提高电能抄核收工作的准确度、效率，为降低统计带来的线路损耗提供技术支持。由于5G智能仪表所采集和传输回来的用户数据准确度更高，时效性更强，在分析用户用能习惯方面所得出的结果更加准确，这也为优化能源调度以及优化负荷预测提供了基础。相较于以往电力系统，尽管安装了很多传感器，但由于通信压力，丢弃了很多数据，这对数据分析造成不便。而5G技术通信频率很高，给用电采集的大量数据分析带来了便利。对于有些偏远的配电台区，或者是安装有线网络不方便的地方，安装无线智能仪表将是一个很好的选择。以上可满足未来新业务带来用电信息数据（准）实时上报的新需求以及终端数量级进一步提升。其用电信息采集将进一步延伸到家庭，能够获取所有用电终端的负荷信息，以更精细化的实现供需平衡，引导合理错峰用电。例如当前欧美等国已经在实行的电价阶梯报价机制，需要实时公示通知电价，以便用户能够按需预约采购。另外，在配电网中有些配电台区的状态监测仪表改用5G智能仪表不仅可以降低仪表功耗且可延长其使用寿命，同时还可以省下很多仪表有线数据采集所需敷设的电缆光纤和相应转接设备费用以及建设施工的工程费，大大节约电力物联网的建设成本。 3.2 5G技术在电力系统输配电环节中应用在输变电设备中，对于输电线路无人机巡检、智能机器人巡检以及视频在线监测的实时传输都对带宽和传输速率、网络稳定性提出了很高的要求，而5G技术能很好地解决这些问题，能够节省大量人力。 3.2.1输电环节中的应用电力系统输配电智能传感器可以实时向监测系统传输输电线路实时状态。无人机巡检技术主要应用于电力线路及杆塔巡视，通过地面控制站进行操控拍摄，完成图像的实时回传，实现在复杂地形、恶劣环境下的现场信息获取。无人机巡检配置摄像机和无线图像传输系统，图像清晰度应能满足要求，无人机通信系统主要实现无人机遥控信号、巡检图像与遥控操作台的信息传输；巡检图像传输速率要求2Mbps以上，遥控操作速率在100kbit/s以内，对时使用和可靠性的要求较高，一般时延小于300ms，可靠性达99.99%。 3.2.2变电环节中的应用机器人巡检针对户外与户内设备，同过机器人搭载可见光、红外和局部放电综合监测设备，对设备进行观测，实现对设备缺陷的智能诊断和综合管理；自动生成线路及设备健康状态的监测报告、监测数据和诊断结果自动上传至生产管理系统，为电网的状态管控提供基础数据，智能巡检技术可代替运维人员进行日常巡视和缺陷发现、定级以及发送相关人员、录入等工作，可以配置在无人或少人值守的变电站和换流站。可以全面实现视觉检测、红外测温、远程控制、智能分析、缺陷管理、闸刀和开关状态判别、微气象数据采集分析等功能，实现变电站设备的全状态监视。传输数据类型包括图像、设备诊断等信息，数据传输速率要求大于2Mbit/s，对通信时延、可靠性的要求较高，时延小于300ms，可靠性达99.99%。另外，针对变电站地下电缆检修工作开展，通过对传感设备的应用，可以达到即时、实时监测地下关联电缆的目的，并将所测得数据及时传达至相关部门，进而提升地下电缆维护检修效果。基于5G技术的应用，实现电力企业对地下电缆和变电站的实时、即时监测，为变电站的稳定运行提供保障。 3.2.3毫秒级精准负荷控制电网负荷控制主要包括调度批量负荷控制和营销负荷控制系统两种控制模式。电网故障情况下，负荷控制主要通过稳控系统、低频低压减载装置紧急切除负荷，防止电网稳定破坏，避免电网崩溃，这种稳控装置集中切负荷简单直接，社会影响较大。在目前特高压交直流电网建设过渡阶段，安全稳定控制系统依然是紧急情况下保障电网安全的重要手段。若某馈入特高压直流发生双极闭锁，受端电网损失功率超过一定限额，电网频率将产生严重跌落，甚至可能导致系统频率崩溃。为确保直流故障后电网稳定安全稳定运行，通常综合采用多直流提升、抽蓄电站切泵等措施来平衡电网功率的缺额，但上述措施在直流严重故障下仍不足以阻止电网的频率跌落，紧急切负荷措施依然是必要手段。针对类似直流双极闭锁等严重故障，若采用过传统方式以110KV负荷线路为对象，集中切除负荷的方式，造成较大的社会影响。从业务影响、用户体验等角度出发，希望尽可能做到减少对重要用户的影响，通过精准控制，优先切除可中断非重要负荷，例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等。在电力系统中，为了及时响应电力系统的各种变化，需要进行精准控制，精准负荷控制系统重点解决电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、联络线功率超用、电网旋转备用不足等问题，根据不同的控制要求，分为实现快速负荷控制的毫秒级控制系统和更加友好互动的秒级及分钟即控制系统。前者针对频率紧急控制的要求，第1时限快速切除部分可中断负荷；后者在第2时限切除部分可中断负荷，实现发用电平衡。而采用基于稳控技术的精准负荷控制系统，控制对象精准到生产企业内部的可中断负荷，既满足电网紧急情况下的应急处置，同时仅涉及经济生活中的企业用户，且为用户的可中断负荷，将经济损失、社会影响降至了最低。 4、5G技术与电力系统的融合发展通过5G技术的发展，可带动通信运营商和电力公司的资源合作发展：1）电力线路杆塔沟道商业价值高。电力线路杆塔、沟道是城市不可或缺的配套基础设施，部分电力杆塔上可以架设无线基站，具备很大的市场潜力；2）光缆运行可靠性较高。电力杆塔建设标准高于运营商通信杆塔，且挂点较高，不易遭外力破坏；3）站点运行环境较好。站点电源可靠性高、管理规范严格，运行环境可靠；4）在通信市场需求存在地域不匹配、供需不均衡等问题上，电力公司可与通信运营商合作共享网架资源。电力基础资源商业化运营符合新时代社会发展需求，呈现以下特点：1）创新。主要包括基础资源商业合作模式创新、通信及电力技术创新；2）协调。主要涉及电力企业及通信企业行业间及企业内部相关部门之间的密切合作及高效协调；3）绿色。通过电力基础资源共享，可节约通信行业自建成本和占地面积，对电网、通信企业及社会的“绿色发展”起到积极的促进作用；4）开放共享。电网、通信企业打破固有独立运作模式，将自身优势资源作为社会资源共享使用，有助于提升存量资产使用效率，实现资产保值增值，减少重复建设，实现社会效益最优。 5、结束语综上所述，5G技术以其传输高速率、高带宽、低时延、高可靠性的良好特性，与电力系统对网络的要求高度契合，在电力系统未来的发展当中有着很多的应用场景，为其更加可靠、高效、绿色发展助理护航，同时，由于其互补性，也为电力公司和通信运营商的发展合作提供了可能。

工作室介绍

工作室专利

一种便于散热的通讯工程用光纤交换机柜

一种可折射鸟刺驱鸟器

一种电力专网无线通讯装置

创新项目

电话自动扩音控制器

5G技术在电力系统中的应用展望

电力物联网下5G通信的能效管理

技术课件

技术讲评

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