5G技术在配电物联网中的应用前景

陈文清

（清远市电创电力工程安装有限公司 清城通信分公司，广东 清远511518）

0 引 言

5G技术具有数据传输速率高和传输时延低的良好特性，将其与电力物联网相联合可以在智能配电网中发挥实效，具有光明的前景。当前电力系统基本实现了重要节点的数据连接，但仍存在一些不足，例如获取用户侧数据和边缘数据较为困难，会影响后续应用。电力物联网力求有效采集与分析边缘数据，实现电力系统各环节的信息互通，5G技术则为电力物联网的功能发挥提供保障。

1 5G时代与物联网系统发展

《物联网“十二五”发展规划纲要》明确指出，必须依托物联网的技术优势，推动各产业智能化建设。以互联网为核心，通过射频识别装置、红外线感应器、地理定位系统以及激光扫描技术等实现规定范围内物物之间的关联，深化信息交换。支撑物联网创新发展的核心是5G技术，以5G网络为信息传播载体，实现通信技术水平质的飞跃。同时5G技术的创新与研发也使得物联网实现了智能感知、技术识别与信息通信功能的融合。在电力系统中有效应用以5G技术为支撑的物联网技术可以建构完善的电力物联网体系，开启物联网电力系统的新时代。5G技术使得物联网对应的信息交换更为广泛和高效，其关联物品的速度是4G的20倍以上，对应的延时和功耗持续降低，信息交换更具体且更具针对性。5G技术是物联网优势发挥的保障，而物联网又为5G运用电力科技成果提供帮助，两者相辅相成[1-3]。

2 5G与4G的性能对比分析

5G技术作为物联网广泛连接的通信支持，可以实现人与人、人与物以及物与物之间的信息传输与对话。对比4G的各个性能指标，5G的应用优势十分明显，主要表现在7个方面。

一是移动性。在满足一定系统性能的前提下，5G能实现通信双方相对移动速度的最快化，4G最高移动速度为350 km/h，而5G为500 km/ h。二是延时性。5G信息发出到接收的间隔更短，4G空口时延在10 ms左右，而5G提速到1 ms，对外界事件的响应更高效且更准确。三是用户体验。5G覆盖区内用户实际速率从原来的10 Mb/s提升到现在的100 Mb/s，给用户带来了更好的体验。四是峰值速率。5G是4G的20倍，可以使用户获得最大业务速率。五是单位面积容量。4G单位面积容量为0.1 （Mb/s）/m2，而5G为10 （Mb/s）/m2。六是带宽。带宽是决定单位时间内传输数据量的要素，4G网络带宽为20 MHz，网络带宽为100 MHz，5G信息传输能力更强。七是网络能效。5G网络能效是4G的100倍，在同样的能量消耗下5G传送的数据量更多。

3 5G技术在配电物联网中的应用

3.1 万物共联

5G技术使得社会智能化建设进程加快，推动家用电器实现互联，智能家居建设逐渐深化，楼宇和住宅小区集群智能用电需求得到满足，且配变电装置互联监测和电力系统运行状态的评估预测等落到实处，促进配电系统运行更加安全稳定。当前，电力系统的输电网层构成主体是输变电设备，通过同步光纤进行信息交换。5G技术诞生之前，配电网层面普遍面临信息沟通“最后一公里”的问题，电气物理联接无法满足信息互联的高品质需求。随着5G技术的诞生与发展，在其支持下的配电物联实现了真正意义上的万物互联[4]。

3.2 精准控制

5G技术支持下的配电物联网实现了配电网设备的精准控制。配电网自动化运行会遇到短路或断路等故障，需要快速排查故障并切除。配电网中继电保护装置的精准作业建立在信息综合分析和故障类型精准判断的基础上，就差动保护来说，需要精准计算线路两端保护装置的测量值，避免较大的测量误差。5G技术支持下的配电物联网实以对电子装置的精准控制实现多个电子装置的分布式协调控制，实现再生能源的接入、无功补偿及电能改善等[5]。

3.3 海量测量

5G联合配电物联网实现了电力系统海量大数据的获取与分析，可以高质高效地采集多元化数据。5G技术可以提供配网拓扑辨识和参数分析方面的数据支持，利用该特性在配电网不同节点安装传感单元，对配电网络运行状态进行实时感知监测，并在配电网关键区域安装微型同步相角量测单元进行故障监测分析。5G技术为海量数据传输提供稳定的传输条件，其联合配电物联网实现配电网中电力设备信息的互通，实现了电力设备参数的监测感知，为电力调度决策提供数据分析支持，同时也为电力设备的检修提供信息参考。

3.4 虚拟现实

5G技术联合配电物联网打造电力虚拟现实，通过视觉、通信及仿真技术，模拟环境并优化电力服务。具体到配电网，其服务于配电网运营商，对获取的海量数据信息和视频进行综合处理，构建配电网络全景。此外，基于运营商的运营需求和关注点，细化展示不同区域的情况，使得配电网运营可视化。虚拟现实对应不同的仿真培训系统，可以有效缩减配电巡检和管理等的培训成本。配电网运营商可以通过虚拟现实功能获得配电系统的健康诊断结果，并以此为依据制定解决方案。

3.5 高效计算

5G配电物联网技术为电力系统云计算和边缘计算等的高效性与准确性提供保障。云计算方面，5G通信使得不同配电网主体参与数据的存储计算，可以高效传递数据，并打造内部数据云平台。而边缘计算方面，可以直接计算分布式数据边缘侧并调取全局结果。如多主体参与的配电网电压控制计算，通过分布式优化算法提高计算效率，同时保护用户隐私。配电网中5G技术的应用总览如图1所示。

图1 配电网中5G技术的应用总览

4 5G技术支持下的配电物联网

4.1 立足实际

当前配电网缺乏全网铺设的测量装置，电压和电流的测量仅针对有限节点。对于部署PMU的少量节点，其数据采集需要本地节点压缩后传输，无法实现无损全数据传输，信息反馈失真影响网络状态评估，电力系统运行稳定性无法保障。

4.2 关注隐私

5G技术支持下的配电物联网存在通信安全与隐私泄露方面的风险。因此关注隐私，加强对数据的安全保护是5G技术支持下的配电物联网应用建设的重点工作。因为电力系统中有些数据关系到电网的整体运行，安全级别较高，所以在5G配电物联时需要设置高等级的保密级别，确保数据安全。考虑到用户用电数据的隐私属性，对不同对象设置不同的数据获取权限，在隐私保护的基础上实现数据共享。未来应用中，必须重视安全与隐私问题，在明确数据归属与数据权限的基础上，确保通信网与电力网的数据安全。

4.3 多级多对象

5G技术支持下的配电物联网未来发展中要实现复杂多级多对象的控制与优化。电力物联不是简单的万物互联，而是电力网与通信网实物连接基础上的数据采集、设备运行监测以及海量对象优化控制。配电物联网未来所连的万物可能是多级多对象，小规模控制与算法优化无法实现广域的控制，因此应在分层分布式算法优化的基础上研究海量对象的即时最优控制。

4.4 监测可视

通过安装大量的传感器并结合5G网络实现万物连接，对配电网运行状态进行实时感知与监测，使得配电网运行可视化。态势感知即时化等是5G技术配电物联网发展的重点问题。配电网属于闭环设计开环运行的系统，受管理原因的限制，配电网运营商无法准确获取拓扑信息。未来可以利用5G技术支持下的配电物联实现海量数据的采集分析、大数据分析的透明可视化以及配电网运行监测与态势感知的可视化。

5 结 论

5G技术与配电物联网的连接部署，与大数据和云计算等技术的融合，使得配电系统技术革新落到实处，取得实效。5G技术支持下的配电物联网可以实现配电运行状态的监测、数据的采集与分析、合理调度控制以及智能运维等，为电力系统运营发展的智能化与数字化奠定基础。此外，其应用优势的充分发挥需要相关人员保持辩证思维和理性认知，做好前景的预测分析与前期准备工作。