一、引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，各類新能源、新業(yè)務(wù)開始大規(guī)模接入電力網(wǎng)絡(luò)，控制信息由局部向全程拓展，信息采集呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，業(yè)務(wù)通信需求逐步呈現(xiàn)出“高安全、低時延、高可靠、廣覆蓋、大聯(lián)接”特征，對無線通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載能力提出新的挑戰(zhàn)，因此迫切需要采用先進(jìn)、可靠、穩(wěn)定、高效的新興通信技術(shù)予以支撐，實現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)接入、承載、安全及端到端的自主管控。5G系統(tǒng)的eMBB、uRLLC、mMTC三大基礎(chǔ)能力將有助于激發(fā)電力運行新型作業(yè)方式和用電服務(wù)模式，實現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)智能化升級，促進(jìn)電力新興業(yè)務(wù)發(fā)展。

二、5G+智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五大環(huán)節(jié)，從應(yīng)用分布統(tǒng)計來看，5G在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的探索主要集中在配電和用電兩個環(huán)節(jié)，以設(shè)備信息采集、無人機巡檢、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配網(wǎng)差動保護(hù)等業(yè)務(wù)為主。

1. 配電環(huán)節(jié)

配電網(wǎng)承載電力核心業(yè)務(wù)，對安全隔離、實時性要求較高，其關(guān)鍵特征為“靈活可靠、可管可控、開放兼容、經(jīng)濟(jì)適用”。智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)涉及配電自動化、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、配網(wǎng)機器人巡檢/搶修、配電設(shè)備環(huán)境監(jiān)測、分布式電源接入等典型業(yè)務(wù)場景。目前配電通信網(wǎng)側(cè)各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求呈爆發(fā)式增長，而光纖覆蓋建設(shè)成本高、運維難度大，公網(wǎng)承載能力有限，難以滿足智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)的通信需求，因此迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活的“泛在化、全覆蓋”配電通信接入網(wǎng)。

分布式配電自動化：主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)的保護(hù)控制，通過繼電保護(hù)自動裝置檢測配電網(wǎng)線路或設(shè)備狀態(tài)信息，快速實現(xiàn)配網(wǎng)線路區(qū)段或配網(wǎng)設(shè)備的故障判斷及準(zhǔn)確定位，快速隔離配網(wǎng)線路故障區(qū)段或故障設(shè)備。分布式配電自動化對通信網(wǎng)絡(luò)要求時延≤15ms，帶寬2~10Mbps，可靠性99.999%，授時精度《10us，屬于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，連接數(shù)為X*10個/km2。采用5G邊緣計算技術(shù)實現(xiàn)核心網(wǎng)下沉場站，數(shù)據(jù)本地交換、不出安全區(qū)，為配電自動化業(yè)務(wù)提供充分的安全保障；5G技術(shù)可實現(xiàn)毫秒級空口時延，滿足配電自動化業(yè)務(wù)對時延的要求。

2019年初，南方電網(wǎng)公司聯(lián)合中國移動、華為公司在深圳坂田完成了國內(nèi)首個基于5G NSA網(wǎng)絡(luò)的智能分布式配網(wǎng)差動保護(hù)業(yè)務(wù)外場測試。本次測試為5G智能電網(wǎng)應(yīng)用的第一階段外場測試，搭建3.5GHz頻段的基站，并覆蓋兩個電力環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)站點，覆蓋距離在234米左右。本次試驗成功驗證了單基站場景下，配網(wǎng)DTU終端之間端到端時延平均在10ms以內(nèi)，5G網(wǎng)絡(luò)空口授時精度達(dá)到300nm以內(nèi)，可滿足智能分布式配網(wǎng)差動保護(hù)等電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)的毫秒級低時延通信、微秒級高精度授時等需求。

毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)：傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)條件限制，切除負(fù)荷手段相對簡單粗暴，通常只能切除整條配電線路。毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)把控制對象由傳統(tǒng)穩(wěn)控系統(tǒng)的變電站負(fù)荷線路變?yōu)橐陨a(chǎn)企業(yè)為最小節(jié)點，精準(zhǔn)控制企業(yè)內(nèi)部可中斷的380V分支回路。精準(zhǔn)負(fù)荷控制要求極高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，要求時延≤50ms，帶寬10kbps-2Mbps，可靠性99.999%，屬于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，連接數(shù)為X*10個/km2。精準(zhǔn)負(fù)荷控制可通過5G網(wǎng)絡(luò)解決電網(wǎng)故障初期頻率快速跌落、主干通道潮流越限、省際聯(lián)絡(luò)線功率超用、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用不足等問題，優(yōu)先中斷非重要負(fù)荷，充分滿足電網(wǎng)緊急情況下的應(yīng)急處置需求，將經(jīng)濟(jì)損失、社會影響降至最低。

2019年4月，國網(wǎng)公司與中國電信、華為公司合作，在南京完成了基于5G承載精準(zhǔn)負(fù)控業(yè)務(wù)的測試驗證；初步驗證了核心網(wǎng)切片應(yīng)用可行性，經(jīng)實測端到端平均時延為37ms，5G切片可以滿足精準(zhǔn)負(fù)荷控制50ms的端到端平均時延要求。

2. 用電環(huán)節(jié)

智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)關(guān)鍵特征為“多元友好、雙向互動、靈活多樣、節(jié)約高效”。用電環(huán)節(jié)以信息采集類業(yè)務(wù)為主，涉及海量終端，且分布廣泛，具有典型的廣覆蓋、大連接、高頻率高并發(fā)業(yè)務(wù)特征，典型業(yè)務(wù)涉及用電信息采集/負(fù)控、源網(wǎng)荷互動控制、智能家居、電動汽車充電樁、分布式能源接入等。

用電信息采集業(yè)務(wù)：當(dāng)前主要以數(shù)據(jù)傳輸為主，包括上行方向的狀態(tài)量采集類業(yè)務(wù)及下行方向的常規(guī)總召命令，呈現(xiàn)出上行流量大、下行流量小的特點。當(dāng)前主要通過低壓集抄方式進(jìn)行計量采集，以天、小時為頻次采集上報用戶基本用電數(shù)據(jù)，單集中器帶寬為10kbps級，月流量3-5MB。未來將實現(xiàn)用電信息數(shù)據(jù)實時上報的新趨勢，同時用電信息采集將進(jìn)一步延伸到家庭，能夠獲取所有用電終端的負(fù)荷信息，以更精細(xì)化的實現(xiàn)供需平衡，牽引合理錯峰用電。未來對通信的需求為：上行帶寬2Mbps，下行帶寬≥1Mbps，一般的大客戶管理、配變監(jiān)測、低壓集抄、智能電表時延在3秒以內(nèi)，需要精準(zhǔn)費控的場景時延要求小于200ms，可靠性要求99.9%，集抄模式下的連接數(shù)量為X*100個/km2，下沉到用戶后翻50-100倍，可達(dá)千級/平方千米，甚至萬級/平方千米，屬于管理信息大區(qū)III區(qū)業(yè)務(wù)，可采用5G網(wǎng)絡(luò)切片方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。

電動汽車充電業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)采集方式分為定時自動采集、按需召測和事件觸發(fā)主動上報三種，上行數(shù)據(jù)主要包括充電樁狀態(tài)、計量等，下行數(shù)據(jù)主要為運行、對時和計費等信息。通信質(zhì)量要求方面，業(yè)務(wù)系統(tǒng)要求可靠性≥99.9％，業(yè)務(wù)容忍最大時延要求業(yè)務(wù)系統(tǒng)端到端時延＜5s，單個充電樁帶寬要求為4kbps。

5G網(wǎng)絡(luò)mMTC可提供百萬級連接能力，滿足用電環(huán)節(jié)海量終端接入的需求，另一方面，5G切片技術(shù)可提供更高強度的安全隔離，為電網(wǎng)信息采集業(yè)務(wù)提供安全性、穩(wěn)定性的保障。目前國家電網(wǎng)公司已經(jīng)建成覆蓋4億戶以上的智能電表用電信息采集系統(tǒng)，以及全球最大的智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺，可接入充電樁17萬個以上。未來隨著5G技術(shù)的不斷成熟，用戶與電網(wǎng)的雙向互動的環(huán)節(jié)將越來越深入，采集頻次、內(nèi)容、雙向互動方面都將發(fā)生將進(jìn)一步革新。

三、結(jié)語

5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用目前主要集中在配用電環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)智能化水平提升效果已顯現(xiàn)。未來隨著5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步成熟和完善，將不斷刺激電網(wǎng)新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用、新服務(wù)的出現(xiàn)和發(fā)展，電網(wǎng)業(yè)務(wù)將迎來進(jìn)一步智能化升級。