5G 环境下差动保护在电力系统中的应用

5G 环境下差动保护在电力系统中的应用

摘要：电力无线专网可以接入的电网业务主要分为电网控制类、信息采集类、

移动应用类3种，包括配电自动化、用电信息采集、分布式电源、精准负荷控制、视频监控、移动作业等。目前，业务最低时延要求为10ms级，单业务带宽低于

4Mbit／s。未来，随着能源互联网的发展，物联网将成为电网的基本形态，迫切

需要实现各类负荷的精准控制，适应以特高压为骨干、各级电网协调发展的新型

电网模式；实现各级电网重要廊道的监视、巡检，引入可视化、实时化、精益化

的新型作业方式；实现用户双向互动、用电精细化管理，开展基于“互联网+”的新型业务模式。目前，光纤配网差动保护采用保护专用光缆，存在敷设费用高、地

下管沟资源不足等问题。如与现有配电自动化共用光缆，则存在保护两端站点之

间多次跳纤、造成可靠性降低等问题。基于5G网络的低时延高可靠关键技术，

提出了差动保护业务在5G环境下的应用，满足差动保护对端到端通信通道

10~12ms的时延要求。

关键词：5G环境；差动保护；电力系统

引言

电力通信网络系统是确保整个电力系统正常运行的重要组成部分，只有保证

电力通信网络系统的正常有效工作，才能够对各种数据信息进行有效的传输，因

此面对当下电力通信传输网络的一些常见故障，必须要采取有效的处理措施才能

够保证电力通信传输网络的正常工作。

１常见的通信网络故障

1.1网络通讯质量

不高当前，我国大多数变电站的通讯所用网线为铜线，因为铜线自身属性较软，极易出现断裂的现象，并且大多数的通信线路采用的是单芯铜线，在其使用

过程中并没有很好的抗干扰性能，在一些要求较为严格的场所，这种单芯铜线特

别容易受到周围器材的信号干扰，从而对通信质量产生了极大的影响。另一方面，我国最早建立的大多数变电站设备已经使用较长的时间了，大多进人了保养时期，这种情况下的网络通信设备往往不能保证传输过程中的稳定性，给通信网络的安

全性带来了极大的威胁。

1.2网络构架不够完善

经过调查研究发现，当下的电力通信网络虽然已经建立，但是网络构架相对

不够合理，尤其是很多的地方电力光缆通道没有形成一种环网，导致了通信设备

并不具备安全运行的条件，最终造成了电力通信传输网络的不稳定性容易出现故障，尤其是许多串联式的阻网通信路由方式，一旦中间的站点通信光缆或者是设

备出现了故障，将会造成整个通信网络的中断，影响到了信息的传输，造成了电

力系统无法正常有效运行。

1.3通讯网络层析划分不明确

我国的电力通讯网络主要分为以下３个层次：第一层次，国家级以及省级的

电力网络公司被定义为一级通讯网络；第二层次，省级和市级的电力通讯公司及

一些相关的供电部门被定义二级通讯网络；第三层次，主要是市一级的电力通讯

网络。由于在电力通讯网络的划分过程中，省一级以及市一级的层次划分并不明确，导致在电力网络线路架设的过程中规划不够明确，造成了一部分的电力通信

线路层次不明显，同时，对于通讯网络的信息传输也有一定的影响。

25G电网的业务特点

智能电网是电力系统发展完善的产物，具体表现为各种先进的技术和设备被

应用于电力系统之中，比如：网络通信技术、储能技术和传感技术，这些先进技

术和设备的应用，使传统电力系统的功能愈加完善，最终构成了现代化电力系统。电力行业将称之为2代电力系统，亦称电网2.0。智能电网的发展受到了国际上

的高度关注，是电力系统未来发展的方向。智能电网在信息传输速度和自动化程

度上有着得天独厚的优势，具体表现为信息通信技术和智能技术赋予了其自动化

控制功能，能够在各个工作环节之中进行自动化控制，电网运行稳定性和效率也

因此而提升。其中，电力信息通信技术在电网运行之中，起到了十分关键的作用，通信技术的使用，采集电网运行数据，从而为工作人员监控电网运行状态创造了

有利的条件。据了解得知，智能电网具有以下几方面的特点：（1）可靠性强。

智能电网与传统电网相比，应用了先进的科学技术，这些技术的应用，赋予其多

项功能，比如：自我诊断功能、预警功能等，故智能电网具有的非常强的可靠性，能够在各种环境因素的影响下，保持稳定运行的状态。（2）兼容性和开放性强。现阶段，继水力发电、火力发电等常规发电方式之外，太阳能光伏发电和风力发

电等可再生能源发电技术实现了快速发展，而智能电网可以将新能源发电纳入到

电网之中，从而提升了能源的利用效率，有助于促进电力行业的发展。

35G关键技术的研究

3.1网络切片

网络虚拟化是在共享底层物理网络基础设施的基础上，构建彼此隔离的多重

异构虚拟网络，能够实现动态资源分配。而面向电力物联网的5G网络切片技术

正需要这种动态自适应的虚拟网络映射，其映射是通过底层链路监测各个虚拟网

络的流量状况，并根据其承载虚拟链路的拥塞级别和性能指标等局部信息，周期

性地重新为虚拟链路分配共享的底层带宽资源，从而提高了底层网络带宽资源的

利用效率。借鉴网络虚拟化的优势，通过将复杂的实际泛在电力物联网网络映射

成虚拟的网络，便于对业务指标进行分析研究。

3.2多天线传输技术的应用

多天线技术指的是通过引进有源天线阵列，改善传统网络通信技术信号覆盖

性不强的缺点。多天线传输技术所使用的天线，其总数量为128根，伴随着科学

技术的进一步发展，天线阵列逐渐由2D变为了3D，这样一来，就使信号传输的

准确性得到了提升。该技术可明显改善地下配电房等智能电网终端应用场景的传

输质量。

3.3毫秒级低时延技术

控制类业务是电力无线网络中重要业务类型之一，对网络传输时延、可靠性

提出了严苛要求。无线网络中的时延主要包括空口时延、排队时延、处理时延以

及重传时延等部分。电力物联网业务对可靠性、低时延有很高的要求，无线蜂窝

网络的主要标准化组织3GPP也将其划分为一个场景。针对网络端到端通信过程

中的各部分时延，为实现端到端毫秒级低延迟，需要在明确各时延的来源之后有

针对性地进行优化。电力物联网中支持超低时延业务的关键技术，需要通过引入

移动边缘计算、低时延切片等技术，研究核心侧低时延网络架构设计、移动边缘

计算部署策略、接入侧无线帧结构的定制化设计、调度策略优化，从而实现电力

物联网端到端毫秒级超低时延。

结束语

研究了5G网络的低时延高可靠关键技术，并且基于5G的网络切片、边缘计算、灵活回传以及低时延技术等技术，对差动保护业务进行了研究，并设计了一