當前，全球電力網(wǎng)絡(luò )正加速向智能電網(wǎng)升級，信息通信也迅速向5G時(shí)代邁進(jìn)，兩大高速演進(jìn)中的超級基礎設施之間，正在產(chǎn)生一些奇妙的化學(xué)反應。
5G給智能電網(wǎng)注入新動(dòng)能
ITU給5G定義了三大場(chǎng)景，即增強移動(dòng)帶寬（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）和大規模機器類(lèi)通信（mMTC），它們在電力系統的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電，以及應急通信各個(gè)環(huán)節均有不同程度的應用。
在發(fā)電端，5G應用的主要場(chǎng)景有新能源功率預測與狀態(tài)感知、分散式風(fēng)電組網(wǎng)管理與控制等。這些場(chǎng)景對無(wú)線(xiàn)通信的連接數和時(shí)延有較高要求。其中，集中式新能源監控需要百萬(wàn)級的連接數，風(fēng)電的葉片變槳控制需要不超過(guò)20毫秒的低時(shí)延。
在輸電段，5G應用的主要場(chǎng)景是輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測和無(wú)人機巡檢。這類(lèi)場(chǎng)景對連接數和帶寬要求較高。其中，對輸電線(xiàn)路進(jìn)行在線(xiàn)監測需要連接和管理千萬(wàn)級的傳感器，無(wú)人機巡檢線(xiàn)路需要100Mbps級的大帶寬。
在變電端，5G應用的主要場(chǎng)景是變電站智能巡檢。借助智能機器人代替人工進(jìn)入變電站內移動(dòng)作業(yè)，可降低風(fēng)險并提高效率。這類(lèi)場(chǎng)景需要100Mbps級的大帶寬以支撐機器人回傳高清視頻。
在配電側，5G的應用比較廣泛，涵蓋故障監測定位到精準負荷控制的全流程。這些應用對低時(shí)延的要求非常高，其中配網(wǎng)保護與控制、智能配電網(wǎng)微型同步相量測量都要求低于10毫秒的超低時(shí)延，基于用戶(hù)響應的負荷控制也要求不超過(guò)20毫秒的低時(shí)延。同時(shí)，這一環(huán)節需要管理的連接數也比較大，基本都在百萬(wàn)級和千萬(wàn)級。
在用電端，5G的應用也十分廣泛，涉及用電信息采集、分布式能源及儲能、電動(dòng)汽車(chē)充電樁、智能家居等電能計量及用電管理的方方面面。這一層應用最突出的需求是廣連接，基本都在千萬(wàn)級甚至上億。
此外在應急通信方面，5G也能更好地支持語(yǔ)音調度及視頻監控等場(chǎng)景應用，提供更大的帶寬和更廣的連接，滿(mǎn)足臨時(shí)場(chǎng)景的爆發(fā)式需求。
5G＋智能電網(wǎng)四大典型應用
當前，圍繞電力系統發(fā)電、輸電、變電、配電、用電全流程，基于5G的大帶寬、低時(shí)延、廣連接特性以及獨特的“網(wǎng)絡(luò )切片”技術(shù)，電力行業(yè)公司、運營(yíng)商和設備商在推進(jìn)5G＋智能電網(wǎng)應用落地時(shí)主要集中在以下四大典型應用：
一是差動(dòng)保護。憑借超低時(shí)延，5G可以替代光纖做配網(wǎng)差動(dòng)保護，大幅降低成本。電力的配電網(wǎng)絡(luò )由配電站和輸電線(xiàn)組成，配電站里有輸電設備、變壓器、配電保護設備（DTU）等，假如全網(wǎng)按照有線(xiàn)連接的方式去部署差動(dòng)保護，那么對光纖的需求量和部署難度會(huì )極大地推高成本。憑借小于10ms的超低時(shí)延，5G網(wǎng)絡(luò )可以代替光纖去做差動(dòng)保護，實(shí)現降本增效。
二是無(wú)人巡檢。在變電站機器人巡檢等電力生產(chǎn)管理中的中低速率移動(dòng)場(chǎng)景中，具備大帶寬特性的5G網(wǎng)絡(luò )一方面可以對巡檢機器人進(jìn)行移動(dòng)/飛行控制，在降低人工成本和安全風(fēng)險的同時(shí)大幅提升巡檢效率，另一方面還能把高清視頻圖像及時(shí)回傳到指揮中心做分析處理，提升運維效率。
三是高級計量。隨著(zhù)家庭和工商業(yè)用戶(hù)對用電信息、電價(jià)信息等的知情和管理訴求日益凸顯，電力計量需要從傳統計量向高級計量演進(jìn)。具備廣連接特性的5G網(wǎng)絡(luò )可以連接海量的智能電表設備，并提升采集頻次，豐富采集內容，實(shí)現雙向互動(dòng)，最終滿(mǎn)足客戶(hù)智能用電和個(gè)性化服務(wù)的需求。
四是安全隔離。5G獨特的可定制化的網(wǎng)絡(luò )切片技術(shù)，可端到端保障電網(wǎng)的高隔離性應用，更好地滿(mǎn)足電力網(wǎng)絡(luò )對“行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)”的訴求，為智能電網(wǎng)不同業(yè)務(wù)提供差異化的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)能力。比如上述三大類(lèi)場(chǎng)景應用，就可以在5G網(wǎng)絡(luò )下并行不悖，滿(mǎn)足用戶(hù)對安全性、可靠性和靈活性的多重需求。
標準護航5G+智能電網(wǎng)發(fā)展
場(chǎng)景契合背后，是5G與智能電網(wǎng)在標準層面的“碰撞”。中國電力行業(yè)公司積極參與到3GPP 5G電力需求標準的制定中，和運營(yíng)商以及華為一起致力于將智能電網(wǎng)需求納入5G國際標準，截止目前已向3GPP提交18篇電力需求提案，內容涉及5G網(wǎng)絡(luò )授時(shí)、5G承載配網(wǎng)差動(dòng)保護、網(wǎng)絡(luò )能力開(kāi)放、網(wǎng)絡(luò )切片管理、終端二次認證等，其中9篇已被采納，分別納入4篇3GPP國際標準中。電力需求提案融入5G標準，指引和保障了5G+智能電網(wǎng)的發(fā)展。
多方聯(lián)合推進(jìn)5G+智能電網(wǎng)應用落地
自2018年以來(lái)，中國電力行業(yè)公司、運營(yíng)商及華為積極聯(lián)合，在產(chǎn)、學(xué)、研、用各環(huán)節通力合作，在5G+智能電網(wǎng)領(lǐng)域取得一系列豐碩的成果，持續推進(jìn)兩大超級基礎設施之間的“融會(huì )貫通”。
去年5月，南方電網(wǎng)與中國移動(dòng)、華為簽署5G使能智能電網(wǎng)MOU。6月，三方聯(lián)合發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應用白皮書(shū)》并簽署戰略合作框架協(xié)議，明確5G可以更好地滿(mǎn)足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性、可靠性和靈活性需求，實(shí)現差異化服務(wù)保障。11月，三方完成實(shí)驗室配網(wǎng)差動(dòng)保護測試，并做好了深圳外場(chǎng)測試網(wǎng)絡(luò )的端到端建設。
今年2月，三方聯(lián)合完成5G智慧電網(wǎng)的外場(chǎng)測試，驗證了5G低時(shí)延及端到端切片的安全隔離能力。在本次外場(chǎng)測試真實(shí)復雜的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，5G低時(shí)延端到端達到10ms以?xún)?，表現良好穩定，可滿(mǎn)足電網(wǎng)的差動(dòng)保護和配網(wǎng)自動(dòng)化需求。
今年6月，三方聯(lián)合完成了基于SA架構的端到端切片驗證，第一個(gè)切片承載電力一二區業(yè)務(wù)，保障低時(shí)延，傳輸電力的配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)；第二個(gè)切片承載電力三四區業(yè)務(wù)，保障大帶寬，傳輸電力的視頻監控業(yè)務(wù)；第三個(gè)切片承載公眾業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)、傳輸、無(wú)線(xiàn)在內的網(wǎng)絡(luò )端到端經(jīng)過(guò)驗證，在公眾業(yè)務(wù)超流量情況下，不影響電力業(yè)務(wù)的安全可靠運行。面向未來(lái)，三方表示將完成更多應用場(chǎng)景的驗證，攜手共同打造5G智能電網(wǎng)的示范區，推進(jìn)智能電網(wǎng)的商用。
國家電網(wǎng)的5G應用也熱火朝天。去年6月，國家電網(wǎng)與中國電信、華為在2018世界移動(dòng)大會(huì )·上海期間聯(lián)合演示了業(yè)界首個(gè)基于5G 網(wǎng)絡(luò )切片的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)，從端到端SLA保障、業(yè)務(wù)隔離性和運營(yíng)獨立性等視角展示了5G網(wǎng)絡(luò )切片對智能電網(wǎng)帶來(lái)的全面提升。今年6月，國家電網(wǎng)與中國電信和華為聯(lián)合IHS Markit聯(lián)合發(fā)布了《5G網(wǎng)絡(luò )切片使能智能電網(wǎng)商業(yè)可行性分析》產(chǎn)業(yè)報告，第一次從定量的角度探索了5G電力切片的商業(yè)可行性。
……
從技術(shù)到商業(yè)，從暢想到實(shí)踐，5G給電力行業(yè)帶來(lái)的改變正在發(fā)生。相信在多方努力之下，5G+智能電網(wǎng)將交出一份1+1＞2的完美答卷。
