5G通信技术在智能电网的应用

王 超，高云磊

（中通服咨询设计研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引 言

与传统通信技术相比，5G通信技术具有非常明显的优势，得到了广泛应用，有利于拓宽其在各个领域的应用。在智能电网层面，5G技术的应用可以推动智能电网更加高效、快速的发展，也是通信网络技术快速发展的关键一步。本文分析和探讨了5G通信网络技术在智能电网中的应用。

1 智能电网的业务特点

智能电网是指利用各种新能源技术、新材料、新设备及其优良的传感技术、信息技术、控制系统、储能等新技术在传统供电系统中的应用，形成新一代供电系统。与传统电网相比，智能电网信息管理和自动化技术具有更高的水平，完成发电、配电、用电和生产调度阶段的自动化，合理促进电网高效运行，改善和提高电网运行的稳定性。在智能电网的运行中，通信技术充分发挥了引领作用。利用通信技术可以完成对电网的合理监管和数据信息的采集。现阶段智能电网的业务特征概括如下。

（1）稳定性强。智能电网的管理系统具有先进的技术和通信网络，具有预警信息、安全风险评估、故障检测和自我修复等功能，显著提高了稳定性。在电网出现问题时，可以保持一定的供电工作能力，减少停电带来的负面影响。

（2）模型开放兼容好。现阶段相关可再生资源发电、分布式发电正在慢慢形成，促进了电能的合理利用，同时也暴露了这些类型电能与传统电网的兼容问题。根据智能电网的有效应用，可以更加积极、合理地利用不同类型的电能，全方位满足各种用电需求。

（3）更强的交互性。智能电网的应用有利于完成电力工程客户与电力行业的双重互动。电力行业可以充分把握用户需求，推动服务质量提升，电力工程客户可以尽快掌握电力行业供电系统的现状，选择更有效的用电方式。

（4）智能电网可以促进电网系统的高效运行，整合和共享电网信息内容，提高管理效率，以及电力工程资源的高效利用[1-3]。

2 5G通信技术优势

5G通信技术优点是：传输速率快、频率利用率高、无线网络总覆盖范围大、兼容模式更好、成本更低。事实上，5G通信技术目前的市场需求是快速的数据信息传输速率。与4G无线通信技术相比，5G传输速率可以提高一个数量级。从2G到4G，虽然传输速率变快，但是传输速率会受到很多因素的影响，如网络宽带资源相对有限，更大的20M载波通信资源无法满足企业用户和个人客户的需求，700M黄金频段在4G时期没有使用。此外，信号发射器的质量和周围环境对其也有非常特殊的影响。但是，目前需要解决的是兼容模式。随着5G无线通信技术的使用，兼容模式比其他几代更具优势，比如兼容4G，有NSA方式，可以使用动态频段与2G/3G/4G共享资源。DSS技术完成了对频率资源的灵活使用，并且受波束成形技术等外部影响，采用多天线技术，可以与其他互联网技术并行使用。

3 5G通信技术在智能电网中的应用

3.1 D2D技术应用

传统的无线通信接口方式依赖于通信基站，连接成本较高，数据信号覆盖范围相对有限，难以在电网中大规模使用。D2D（Device-to-Device）数据连接技术是5G进程的关键。通信基站不作为中转站，通信终端设备直接连接到网络。智能能源通信终端设备普遍密度大，可以充分利用D2D的技术优势，使数据连接质量和互联网传输速率大大提高，同时降低对运营商通信基站的依赖和运营成本。

3.2 多天线传输技术

随着社会经济的快速发展，科技进步带来了频率利用和传输特性的改善，推动了大规模天线阵列和多天线通信技术的运行。大规模天线阵列是对时空资源的深入分析和发现，以空分多址技术为前提，在统一的时间内完成为众多客户服务的任务和频率；而多天线通信技术可以共享小体积，增强数据信息网络速度，因此特性得到了进一步的提升。为了更好地完成Massive MIMO在各种互联网通信基站上的合理布局，将应用数字无线天线技术，实现3D波束成形。为提高系统的空间可塑性，可将3D波束赋形作为改善空间区域粒度分布的必要条件，可促进多无线天线通信技术性能的提高。

3.3 智能分布式自动化配电

相关电力项目正在进一步提高对可靠供电系统的要求。供电系统稳定性较高的地区可以完成连续供能，安全事故隔离时间可以达到毫秒级的提升，从而为地区提供不间断的电力服务。此外，也对领头站的延误和集中运输能力提出了更为严峻的挑战。不难看出，智能分布式自动化配电设备将是配网自动化发展的主要方向，其特点是将原有的主网逻辑分布式系统迁移到智能配电终端设备上，依靠各终端设备之间的点对点通信进行区分，准确定位和预防常见故障。在罕见故障区域修复供电系统运行问题，自动解决常见故障，最大限度减少因常见故障造成的停电时间，完成原来的分钟级处理到毫秒级的转变。

3.4 分布式新能源和储能并网

随着大规模分布式新能源技术的不连续性和可变性，以及分布式系统储能电站的不断接入，智能电网对通信的要求正在逐步提高。目前电力工程4G无线网络系统在通信时延、通信速度、稳定性、安全系数、大规模高效连接等方面都不能满足其运行要求。5G可以高效处理上述问题，在分布式系统新能源技术和储能技术层面进行以下应用。

（1）数据和信息的实时交互。根据5G带宽测试，低延迟可完成可再生资源评估、分布式系统储能技术调整能力评估、分布式系统风力发电预测分析、分布式系统新能源技术Harmony等数据信息实时交互。

（2）快速准确操作现阶段分布式系统新能源技术。现阶段新能源技术的关键是将电力工程电子系统接入电网，电力工程电子系统要高速传输，低延迟的通信级别确保其一切正常运行。结合5G高速传输、低时延、带宽测试的通信特性，可以快速对新能源技术进行精细化操控。

3.5 采集低压用电信息

采集用电信息（用电客户）的业务流程是目前计量验证和数据传输业务流程的关键。具有总流量增长幅度大、下降幅度小的特点。目前主要的通信方式是无线网络外网地址0.230 M及其光纤传输，实际客户终端设备采用载波模块方式，主网按省单位集中部署。初始采集方式为每天24个测量检查点，当前重点为5 min和15 min采集，中间零点作为统一采集。随着新业务流程的扩展，互联网内容数据信息需要及时、实时上报。

此外，终端设备总数将进一步增加，将用电信息内容扩展到家庭采集，获取用电终端设备的所有负荷信息，完成供需平衡的精细化管理，提高避峰的合理用电情况，及时进行电价公示方便客户按要求下单采购。

3.6 C-RAN传输网络框架的应用

C-RAN传输网络的结构是5G通信网络的技术发展前景。它具有快速的传输效率，可以满足5G通信技术对信息内容传输速度的要求。这种网络结构将光传输到互联网，以及远程无线天线技术。配合设备使用，促进WiFi网络数据信号覆盖范围进一步扩大。目前，相关领域的专家学者定制集中控制系统为重点研究对象。该框架应用于智能能源电力工程光纤通信互联网，可以进一步降低电力网络通信的运营成本。同时，有利于工作人员收集数据和信息，发现电网运行中的不足[4]。

3.7 扩大配网自动化功能

配电自动化是智能电网发展的重点之一。配电自动化涉及多种技术，主要包括数据传输技术、电子信息技术和控制系统等，是技术装备和创新管理协调方法。采用智能自动化技术的配电设备可以合理提高供电系统的效率和电能质量分析，降低配电系统的运行和维护成本，促进供电系统可靠性的提高。

3.8 精确的负载处理

电力负荷操纵是指对电力消耗的跟踪和检查，当电力负载超过预设的负载时间常数时，系统先发起报警，然后跳闸断开负载，这是一种功耗管理方法。在传统的电力负荷操纵工作中，由于缺乏相应的网络通信，一般只进行配电设备路由的整体拆除，对电力工程客户造成的干扰比较大。在当前的发展阶段，电力行业要提高负载操纵的准确性，减少对主要电力客户的影响。根据精准负载控制系统的使用，电动汽车充电桩及其加工厂可率先切断电源等低电平负载的非连续生产。应用5G通信技术进行负载控制，并在稳定控制服务的支持下，充分利用5G网络通信低时延、稳定性强的优势[5]。

4 通信技术未来发展趋势

智能电网是我国电网的战略定位，通信技术是智能电网发展的基础。在配电自动化业务过程中，以往的通信技术严重制约了电力设备智能化系统的水平，也影响了智能电网在时间进度方面的发展。5G通信技术不仅是在互联网的部署、项目投资、基建成本、功耗侧覆盖、中后期扩容维护等方面成功应用，同时也弥补了无线网络的外网地址流量潜伏，具有网络系统专用、体积大、连接率高、安全系数高等特点[6]。

近年来，随着大数据在行业中的逐步推进，供电系统对通信网络系统的需求不断增加。电力工程无线网络系统和5G互联网的出现，依托自身优势，完全可以满足电力工程通信系统和通信连接的要求。根据高宽带网络、低时延的技术特点，电力工程无线网络系统可以完成多媒体数据发布数据信息和操作指令，在配电自动化、应急维护、移动财产的维护和可视化管理等方面取得了明显的效果。同样5G的低时延和信息内容传输特性也有利于降低供电系统潜在停电的条件和时间。当配网出现问题时，5G通信系统推动毫秒级自动准确定位和保护，保证了故障区域的持续供电，可以大大提高应急能力。

供电系统对网络信息安全的要求极高，电力无线网络系统是根据电力公司的要求而设计的，可以满足安全要求。而5G是外网地址通信，极有可能会出现传输通道的堵塞，网络安全防范措施虽多，但仍存在安全隐患。电力工程无线网络系统在安全系数和通信质量方面相对较强，但在基建成本和全方位覆盖方面仍存在一定的压力，应大量使用电力无线网络系统、电力物联网流程下的采集和操作业务。

5 结 论

智能电网基础建设对提高电网运行效果、提高供电系统稳定性具有核心现实意义。现阶段，5G通信技术已将大量新技术应用于智能电网的基础设施建设。同时，5G通信技术在自动化技术配电设备、负荷操控、用电信息内容采集、分布式发电操控等领域也具有优异的实际应用效果。