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无线通信
2019/8/30 11:16

5G给智能电网注入新动能

极客网  朱飞

8月30日 当前,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?#20302;?#30340;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。

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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?#22836;?#38505;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的应用比较广泛,涵盖故障监测定位到精准负荷控制的全流程。这些应用对低时延的要求非常高,其?#20449;?#32593;保护与控制、智能配电网微型同?#36739;?#37327;测量都要求低于10毫秒的超低时延,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的应用也十分广泛,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。这一层应用最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?#20302;?#21457;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。凭借超低时延,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的超低时延,5G网络可以代替光纤去做差动保护,实现?#24403;?#22686;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?#36805;?#28165;视?#20302;?#20687;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,最终满足客户智能用电和个性化服务的需求。

四?#21069;?#20840;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?#22253;?#20840;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?#26102;?#20934;,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?#24615;?#37197;网差动保护、网络能力开放、网络切片管理、终端二次?#29616;?#31561;,其中9篇已被采纳,分别纳入4篇3GPP国?#26102;?#20934;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、?#23567;?#29992;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,?#20013;?#25512;进两大超级基础设施之间的“融会贯通”。

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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?#33267;?#22909;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,第一个切片?#24615;?#30005;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?#24615;?#30005;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?#24615;?#20844;众业务。核心网、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?#27490;?#21516;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首个基于5G 网络切片的智能电网业务,从端到端SLA保障、业务隔离性和运营独立性等视角?#25925;?#20102;5G网络切片对智能电网带来的全面提升。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,第一次从定量的角度探索了5G电力切片的商业可行性。

……

从技术到商业,从畅想到实践,5G给电力行业带来的改变正在发生。相信在多方努力之下,5G+智能电网将交出一份1+1>2的完?#26469;?#21367;。

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