5G 技术和物联网技术在电力系统中的应用

孙红庆

（江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司设备能源处，江苏 淮安 223002）

0 引 言

随着信息技术的快速发展，5G 技术和物联网技术作为当代通信与互联网领域的两大重要支柱，正在引领数字化时代的潮流。这些技术的广泛应用改变了各行各业，其中包括能源领域。电力系统作为现代社会不可或缺的基础设施，正积极探索并逐步融合5G技术和物联网技术，实现更高效、可靠和智能化的能源管理[1]。文章旨在深入研究5G 技术和物联网技术在电力系统中的应用，探讨它们在该领域的潜在价值和带来的机遇和挑战。

1 5G 技术在电力系统中的应用

1.1 在电力系统监控和管理中的应用

1.1.1 基站和设备监控

在基站和设备监控方面，通过实时监测基站的运行状态和设备健康状况，可以及时发现潜在故障或异常情况，从而采取相应的措施进行修复或调整，确保基站的稳定运行。监测基站的负载情况和能耗数据，有助于优化基站的资源分配和能源管理，提高基站的运行效率，改善节能效果。基站监测内容统计如表1所示。

表1 基站监测内容统计

1.1.2 数据采集与传输

在数据采集与传输方面，电力系统需要采集多种数据，涉及电力设备的运行参数、负荷数据、可再生能源发电量等信息。这些数据对于电力系统的监控和运维具有重要意义，有助于实现智能化决策和资源优化配置[2]。同时，实时数据传输是保证数据及时性和准确性的关键，需要建立高速、低时延的数据传输通道。数据采集分布统计如表2 所示。

表2 数据采集分布统计

1.2 在智能电网中的应用

1.2.1 智能计量与计费

智能计量与计费是5G 技术在智能电网中的重要应用之一。电力系统使用5G 技术可以实时监测与记录用户的用电行为，并根据用电情况进行智能化计费，为用户提供更加精准、便捷的用电服务。用电智能监测统计如表3 所示。

表3 用电智能监测统计

通过智能计量与计费，5G 技术可以实现电力系统的用电信息化、智能化，为用户提供更加个性化和优质的用电服务。智能计量与计费有助于平衡电力系统的负荷，提高能源利用效率，促进电力系统的可持续发展。

1.2.2 负荷预测与优化

负荷预测与优化是5G 技术在智能电网中的另一个重要应用。电力系统通过5G 技术可以实时监测和预测电力负荷，并利用大数据分析和人工智能等技术优化负荷的调度，实现电力供需的平衡和能源资源的高效利用[3]。负荷预测与优化统计如表4 所示。

表4 负荷预测与优化统计

负荷预测与优化的应用可以帮助电力系统更好地应对负荷波动和需求变化，确保电力供应的平稳性。电力系统通过智能调度和能源优化能够提高能源利用效率，减少能源消耗和对环境的影响，有助于实现电力系统的绿色、智能发展。

2 物联网技术在电力系统中的应用

2.1 在电力设备监测中的应用

2.1.1 传感器网络的构建

传感器是物联网系统的核心组件，通过感知和采集设备运行状态及环境参数的数据连接实际物理世界与数字网络。通过传感器网络的构建，电力系统可以采集设备的实时监测数据，从而提高设备的运行效率和可靠性，降低维护成本，实现智能化管理。传感器网络的构建过程包括2 个关键步骤。第一，选择适宜的传感器。根据电力设备的监测需求选择合适的传感器类型。不同的电力设备可能需要不同类型的传感器，如温度传感器、湿度传感器、电流传感器、电压传感器等[4]。第二，部署传感器。将选择的传感器部署在电力设备的关键部位，实时监测设备运行状态和环境参数。传感器的部署位置需要根据电力设备的特点和监测需求来确定，以确保监测数据的准确性和可靠性。

2.1.2 数据采集与实时监测

使用数据通信技术可以实时采集电力设备运行状态和环境参数，为电力设备的智能化管理、故障预警以及优化运维提供重要支持。第一，传感器数据采集。在电力设备监测中，各类传感器部署在设备的关键部位，以感知设备的运行状态和环境参数。传感器根据设备类型和监测需求，采集不同类型的数据，如温度、湿度、电流、电压、压力等。这些传感器通过物联网通信技术将采集到的数据传输到物联网平台或云端服务器。第二，实时数据传输。在进行数据采集后，传感器通过物联网通信技术将数据实时传输到物联网平台或云端服务器，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa 广域网（Long Range Wide Area Network，LoRaWAN）、窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）等，以满足不同场景下的实时监测需求。

2.2 物联网技术在用电优化中的应用

2.2.1 智能用电监管与节能策略

物联网技术在用电优化中的应用涉及智能用电监管与节能策略。在用户侧部署智能电表、智能插座等物联网设备，可以实时监测和采集用户用电行为数据。电力系统结合大数据分析和人工智能技术，可以为用户提供智能化的用电监管服务和节能优化策略。

（1）实时用电监测。物联网技术允许实时监测用户的用电行为。智能电表和智能插座可以精确记录用户的用电量、用电时间段、用电设备等信息。监控中心可以实时查看这些数据，为用户提供用电情况的实时监测和分析。

（2）用电行为分析。电力系统可以通过大数据分析和人工智能技术深入分析用户的用电数据，通过数据挖掘和模式识别了解用户的用电习惯、高负荷用电时段等，有助于发现用电的潜在问题，提出优化用电策略。

2.2.2 用户侧管理与参与

应用物联网技术进行用户侧的管理与参与是优化用电的重要手段。让用户参与到用电优化过程中，并通过物联网技术提供相关的管理手段，可以激励用户节约用电，减少用电峰谷差，从而实现用电的平衡和优化。

（1）用电行为反馈。物联网技术的应用使得用户可以及时获得用电行为的反馈。通过智能电表、智能插座等设备，用户可以实时查看自己的用电情况，包括用电量、用电时间段、用电设备等信息[5]。这种实时反馈能够让用户了解自己的用电习惯，并鼓励用户形成更加节能的用电行为。

（2）能耗分析与能效评估。物联网技术的数据采集和大数据分析功能，可以对用户的用电数据进行能耗分析与能效评估。通过比较不同时间段的用电情况，用户可以清楚地看到自己用电的高峰和低谷时段，从而调整用电习惯，避免高峰用电时段，降低用电成本。

3 5G 技术和物联网技术在电力系统中的融合应用

3.1 电力系统架构设计

结合5G 技术和物联网技术，可以构建出健全的电力系统架构，如表5 所示。

表5 电力系统架构

3.2 安全与隐私保障机制

在基于5G 和物联网技术的智能电力系统中，确保安全与隐私保障是至关重要的措施。智能电力系统涉及大量的数据传输和信息共享活动，因此必须采取有效的措施来保护系统的安全性和用户的隐私。首先，数据传输过程中采用数据加密技术加密传输的数据，确保只有经过授权的设备和用户能够解密数据。其次，为确保数据传输通道的安全性，防止数据在传输过程中被篡改或窃取，使用超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，HTTPS）或其他安全通信协议。最后，为了确保系统中的设备和用户的安全，采用身份认证与访问控制措施。每个设备和用户必须进行身份认证，只有授权的用户和设备才能访问系统。采用严格的访问控制策略，限制设备和用户的访问权限，以避免未授权访问和数据泄露。

为了及时发现安全漏洞和异常行为，设置了安全审计和监控机制。实时监控和记录系统中的操作与数据访问，有助于快速发现安全威胁并采取措施应对。在保护用户隐私方面，可以采取隐私保护与匿名化措施。采用匿名化处理方式保护用户身份，可以确保用户数据在被共享和处理时不会暴露。此外，要重视物理安全措施，对系统的服务器、网关设备等进行物理安全保护，防止未经授权的物理访问。

4 结 论

文章深入探讨了基于5G 技术和物联网技术的电力系统应用。基于5G 技术和物联网技术的智能电力系统不仅可以提高电力系统的能源利用效率，优化电力调度和运行管理，还能推动电力行业向着智能、高效、可持续的方向发展。为了确保系统的安全与隐私，必须采取全面的保障机制，确保数据传输和用户隐私的安全。