5G给智能电网注入新动能

发布时间：2019-11-19

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全球电力网络正加速向智能电网升级，信息通信也迅速向5G时代迈进，两大高速演进中的超级基础设施之间，正在产生一些奇妙的化学反应。
5G给智能电网注入新动能
ITU给5G定义了三大场景，即增强移动带宽（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）和大规模机器类通信（mMTC），它们在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电，以及应急通信各个环节均有不同程度的应用。
在发电端，5G应用的主要场景有新能源功率预测与状态感知、分散式风电组网管理与控制等。这些场景对无线通信的连接数和时延有较高要求。其中，集中式新能源监控需要百万级的连接数，风电的叶片变桨控制需要不超过20毫秒的低时延。
在输电段，5G应用的主要场景是输电线路状态监测和无人机巡检。这类场景对连接数和带宽要求较高。其中，对输电线路进行在线监测需要连接和管理千万级的传感器，无人机巡检线路需要100Mbps级的大带宽。
在变电端，5G应用的主要场景是变电站智能巡检。借助智能机器人代替人工进入变电站内移动作业，可降低风险并提高效率。这类场景需要100Mbps级的大带宽以支撑机器人回传高清视频。
在配电侧，5G的应用比较**，涵盖故障监测定位到**负荷控制的全流程。这些应用对低时延的要求非常高，其中配网保护与控制、智能配电网微型同步相量测量都要求低于10毫秒的**时延，基于用户响应的负荷控制也要求不超过20毫秒的低时延。同时，这一环节需要管理的连接数也比较大，基本都在百万级和千万级。
在用电端，5G的应用也十分**，涉及用电信息采集、分布式能源及储能、电动汽车充电桩、智能家居等电能计量及用电管理的方方面面。这一层应用*突出的需求是广连接，基本都在千万级甚至上亿。
此外在应急通信方面，5G也能更好地支持语音调度及视频监控等场景应用，提供更大的带宽和更广的连接，满足临时场景的爆发式需求。
5G＋智能电网四大典型应用
当前，围绕电力系统发电、输电、变电、配电、用电全流程，基于5G的大带宽、低时延、广连接特性以及独特的“网络切片”技术，电力行业公司、运营商和设备商在推进5G＋智能电网应用落地时主要集中在以下四大典型应用：
一是差动保护。凭借**时延，5G可以替代光纤做配网差动保护，大幅降低成本。电力的配电网络由配电站和输电线组成，配电站里有输电设备、变压器、配电保护设备（DTU）等，假如全网按照有线连接的方式去部署差动保护，那么对光纤的需求量和部署难度会极大地推高成本。凭借小于10ms的**时延，5G网络可以代替光纤去做差动保护，实现降本增效。
二是无人巡检。在变电站机器人巡检等电力生产管理中的中低速率移动场景中，具备大带宽特性的5G网络一方面可以对巡检机器人进行移动/飞行控制，在降低人工成本和安全风险的同时大幅提升巡检效率，另一方面还能把高清视频图像及时回传到指挥中心做分析处理，提升运维效率。
三是高级计量。随着家庭和工商业用户对用电信息、电价信息等的知情和管理诉求日益凸显，电力计量需要从传统计量向高级计量演进。具备广连接特性的5G网络可以连接海量的智能电表设备，并提升采集频次，丰富采集内容，实现双向互动，*终满足客户智能用电和个性化服务的需求。
四是安全隔离。5G独特的可定制化的网络切片技术，可端到端保障电网的高隔离性应用，更好地满足电力网络对“行业专网”的诉求，为智能电网不同业务提供差异化的网络服务能力。比如上述三大类场景应用，就可以在5G网络下并行不悖，满足用户对安全性、可靠性和灵活性的多重需求。
标准护航5G+智能电网发展
场景契合背后，是5G与智能电网在标准层面的“碰撞”。中国电力行业公司积极参与到3GPP 5G电力需求标准的制定中，和运营商以及华为一起致力于将智能电网需求纳入5G国际标准，截止目前已向3GPP提交18篇电力需求提案，内容涉及 5G网络授时、5G承载配网差动保护、网络能力开放、网络切片管理、终端二次认证等，其中9篇已被采纳，分别纳入4篇3GPP国际标准中。电力需求提案融入5G标准，指引和保障了5G+智能电网的发展。
多方联合推进5G+智能电网应用落地
自2018年以来，中国电力行业公司、运营商及华为积极联合，在产、学、研、用各环节通力合作，在5G+智能电网领域取得一系列丰硕的成果，持续推进两大超级基础设施之间的“融会贯通”。
去年5月，南方电网与中国移动、华为签署5G使能智能电网MOU。6月，三方联合发布《5G助力智能电网应用白皮书》并签署战略合作框架协议，明确5G可以更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求，实现差异化服务保障。11月，三方完成实验室配网差动保护测试，并做好了深圳外场测试网络的端到端建设。
今年2月，三方联合完成5G智慧电网的外场测试，验证了5G低时延及端到端切片的安全隔离能力。在本次外场测试真实复杂的网络环境中，5G低时延端到端达到10ms以内，表现良好稳定，可满足电网的差动保护和配网自动化需求。
今年6月，三方联合完成了基于SA架构的端到端切片验证，**个切片承载电力一二区业务，保障低时延，传输电力的配网自动化业务；第二个切片承载电力三四区业务，保障大带宽，传输电力的视频监控业务；第三个切片承载公众业务。**网、传输、无线在内的网络端到端经过验证，在公众业务超流量情况下，不影响电力业务的安全可靠运行。面向未来，三方表示将完成更多应用场景的验证，携手共同打造5G智能电网的示范区，推进智能电网的商用。
国家电网的5G应用也热火朝天。去年6月，国家电网与中国电信、华为在2018世界移动大会·上海期间联合演示了业界**基于5G 网络切片的智能电网业务，从端到端SLA保障、业务隔离性和运营**性等视角展示了5G网络切片对智能电网带来的**提升。今年6月，国家电网与中国电信和华为联合IHS Markit联合发布了《5G网络切片使能智能电网商业可行性分析》产业报告，**次从定量的角度探索了5G电力切片的商业可行性。

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