5G通信技术在智能电网的应用分析

1 智能电网无线通信需求

坚强智能电网建设是一项高度复杂的系统工程，包括发电、输电、变电、配电、用电、调度6个环节以及支撑各个环节的通信信息平台，南网智能电网发展规划架构体系在全面贯通的通信网络领域提出：加强信息通信基础设施建设，构建大容量、安全可靠的光纤骨干通信网，采用多种手段构建泛在的配电通信接入网，保障电网安全稳定、灵活可靠运行，满足现代能源体系建设的信息交互需要。与传统配电网相比，智能配电网技术将进一步拓展对配电网全景信息的获取能力，以坚强、可靠、通畅的实体电网架构和信息交互平台为基础，以服务生产全过程为需求，整合系统各种实时生产和运营信息，通过加强对电网业务实时动态的分析、诊断和优化，为电网运行和管理人员提供更为全面、完整和精细的配电网运营状态图，并给出相应的辅助决策支持，以及控制实施方案和应对预案，最大程度地实现更为精细、准确、及时、绩优的配电网运行和管理。

在智能配电网、智能用电技术领域，国内两大电网公司优先选用光纤专网通信方式。技术形式上，主要采用无源EPON 及工业以太网交换机，但在具体实施应用时智能配电网、智能用电存在较多问题：（1）业务终端节点多，位置分散；（2）通信光缆城区施工难度大，工期长，需要挖开路面或架空；（3）大量配用电终端所在地点光纤无法铺设；此时为了解决以上难点问题，通信方式只能依赖无线通信方式，无线通信是有线通信的拓展与补充，解决“最后1km”的接入问题，是快速建设电力通信专网的最佳选择。

与前几代移动通信技术相比，5G 具有超大带宽超高速率、高可靠超低时延、超多连接等特点，网络能力极大提升。智能电网是5G 在垂直行业的典型应用之一。其中，5G “高速

率”的特性可满足巡检机器人、无人机巡检、应急通信等智能电网大视频应用需求，“低时延”的优势可助力电网企业实现智能分布式配电自动化，而“广连接”则对应各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长趋势测试结果显示，在外场真实复杂的网络环境中，5G 低时延特性得到了充分体现，端到端平均时延在10毫秒以内，可有效满足智能电网的差动保护、配网自动化和用电自动化需求。同时，核心网段和传输网段切片特性可满足电网的物理和逻辑隔离需求。通过对电力行业充分的需求调研、讨论和分析，从中识别并筛选出智能电网对于无线通信具有的广泛需求。

具体业务需求上，主要有以下几类。（1）智能分布式配电自动化

配电自动化（DistributedAutomation）是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。

（2）毫秒级精准负荷控制

专变用户用电信息自动采集及有序用电管理，具有数据采集、防盗电、控制负荷等功能。带宽需求约2.4kbps。 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。

（3）用电信息采集和用户服务

将通信网络延伸到用户家庭，可实现用户用电信息、电力交易信息发布及用户用电智能管理等智能电网用户服务功能。用电信息采集业务是对电力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、

高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点。

2.2 关键技术2：新型多天线传输

引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D 天线阵列拓展成为3D 天线阵列，形成新颖的3D-MIMO 技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能，形成广覆盖。

2.3 关键技术3：同时同频全双工

全双工技术能够突破FDD 和TDD 方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。

2.4 关键技术4：D2D

D2D 技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D 能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。

2.5 关键技术5：密集网络

在未来的5G 通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G 的1000倍流量需求的主要手段之一。

从技术角度来看，5G 网络切片可以满足电网核心工控类业务的连接需求。5G 是新一代的无线通信技术，在设计之初就考虑物—物（机器通信）、人—物通信的场景。其超低时延、海量接入的特性可以很好地匹配电网工控类业务需求。5G 网络首创的网络切片使能技术可以达到与“专网”同等级的安全和隔离性，同时相比企业自建的光纤专网，成本可以大幅降低。5G 边缘计算技术通过网关分布式下沉部署，实现本地流量处理和逻辑运算，实现带宽和时延节省，从而进一步满足电网工控类业务的超低时延需求。

从业务特征来看，智能电网典型业务场景可以分为两类典型的切片业务需求，分别是工业控制类业务和信息采集类业务。工业控制类业务的典型代表有配电自动化、精准负荷控制。信息采集类业务的典型代表有用电信息采集、分布式电源。

5 结论

本文从泛在电力物联网和智能电网建设发展业务需求，5G 无线通信技术发展在智能电网中的应用进行了初步研讨分析。今后，在泛在电力物联网和智能电网的建设中，5G 通信解决方案技术的应用将推动电网实现高质量发展，融合5G 网络接入技术和切片技术，能有效、安全、实时推进智能电网配电用电领域测点多、频次高、低时延、复杂数据的接入要求，具有较大的优势以及广阔的应用场景，可作为智能配电网网络规划的主要选项之一。

参考文献

[1]刘振亚,胡学浩,等.智能电网技术[M].中国电力出版社.[2]2018年5月11日，南方电网《智能技术在生产技术领域

应用路线方案》[S].