泛在電力物聯(lián)網(wǎng)及5G 技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用淺析

張 敏 冉碧珍 楊 鳳

（國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司酉陽(yáng)供電分公司，重慶409899）

隨著我國(guó)各方面的不斷發(fā)展，尤其是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力的需求也越來(lái)越高，電網(wǎng)的建設(shè)也不斷增加，供電系統(tǒng)也面臨巨大的挑戰(zhàn)。電力新技術(shù)作為電力系統(tǒng)的著重發(fā)展部分，其高效，安全的運(yùn)行顯得尤為重要。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和5G 也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)、精準(zhǔn)對(duì)接和新業(yè)務(wù)、新業(yè)態(tài)和新模式中面對(duì)不同的問(wèn)題需要不同的解決方案，能保證新業(yè)務(wù)、新業(yè)態(tài)和新模式，擴(kuò)大能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，主動(dòng)對(duì)接地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)一站式服務(wù)平臺(tái)，打造利益共同體。同樣，5G 技術(shù)的發(fā)展將使配網(wǎng)系統(tǒng)朝著更加安全，高效的方向前進(jìn)。本文從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、5G 和兩者結(jié)合等方面介紹了電網(wǎng)新技術(shù)的高效精準(zhǔn)便利性。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司提出并大力發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，同時(shí)，緊密結(jié)合“三型兩網(wǎng)”新戰(zhàn)略，集合全體員工的智慧，共同推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需在技術(shù)層面進(jìn)行突破。全球互聯(lián)網(wǎng)正在進(jìn)行技術(shù)變革，要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心技術(shù)方面采取措施，通過(guò)傳感的設(shè)備、測(cè)量的設(shè)備、各種感知的模組模塊來(lái)廣泛地進(jìn)行融合，讓傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)擁有一個(gè)非常高效、安全、智能的神經(jīng)指揮大腦。事實(shí)上，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中這些已經(jīng)在逐步得以實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)在輸配電線路的施工現(xiàn)場(chǎng)，傳感節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了續(xù)航時(shí)間短、感知精度低、抗干擾能力弱的問(wèn)題，需要電力傳感芯片對(duì)狀態(tài)的及時(shí)、準(zhǔn)確感知提供支撐。于是，通過(guò)采集電力應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行了芯片性能與環(huán)境的相關(guān)性分析，通過(guò)開(kāi)發(fā)輔助設(shè)計(jì)軟件，指導(dǎo)芯片工藝參數(shù)與設(shè)計(jì)改進(jìn)[1]。

很多成果是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中涌現(xiàn)出來(lái)的，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，得到了社會(huì)的高度關(guān)注[2]。國(guó)網(wǎng)某省電力有限公司和中國(guó)鐵塔股份有限公司的小伙伴運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)思維探索出了一條“鐵塔共享”之路。5G 已來(lái)，但目前低頻帶寬資源有限，難以滿足新興業(yè)務(wù)大容量的需求，未來(lái)85%的新建基站將借助社會(huì)塔解決，電力塔共享是解決站址問(wèn)題的最優(yōu)選擇。通過(guò)共享，鐵塔可以成為集電力專網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)為一體的通信結(jié)點(diǎn)，集輸配供儲(chǔ)為一體的能源節(jié)點(diǎn)，集電力設(shè)施、通信設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控為一體的空間信息共享節(jié)點(diǎn)，是“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的具體實(shí)踐。未來(lái)共享鐵塔在資源節(jié)約方面的光明前景。

2 5G 技術(shù)及應(yīng)用

第五代移動(dòng)通信技術(shù)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，根據(jù)全球移動(dòng)供應(yīng)商協(xié)會(huì)（GSA）于8 月發(fā)布的最新報(bào)告，在全球各國(guó)的5G 競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中，已經(jīng)初步形成了第一梯隊(duì)為中、韓、美、日，第二梯隊(duì)為英、德、法的競(jìng)爭(zhēng)格局。中國(guó)的5G 研發(fā)和建設(shè)可以說(shuō)絕對(duì)走在世界前列，甚至是超前的。

隨著5G 與電網(wǎng)業(yè)務(wù)的深度融合，將通過(guò)在高壓線路保護(hù)、城市電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、客戶用電信息采集等專業(yè)領(lǐng)域試點(diǎn)應(yīng)用，挖掘5G 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的人機(jī)交互、萬(wàn)物互聯(lián)，助力智慧城市產(chǎn)業(yè)建設(shè)。一直以來(lái)，供電公司積極推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，主動(dòng)拓展5G 新技術(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用。在220 千伏鏌铘站進(jìn)行試點(diǎn)，建成某省首個(gè)5G 技術(shù)電力綜合應(yīng)用示范區(qū)，綜合示范區(qū)貫通了端到端全程5G SA 網(wǎng)絡(luò)通信通道，搭建5G 技術(shù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)創(chuàng)新合作平臺(tái)，平臺(tái)集4K 高清、VR、機(jī)器人巡檢、無(wú)人機(jī)巡視多功能于一體，構(gòu)筑了5G+天、地、人立體化監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)、人員行為的全時(shí)段監(jiān)視、全方位感知、立體化防護(hù)。

3 5G 和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

據(jù)報(bào)道，今年初，一臺(tái)紅白相間的六旋翼巡檢無(wú)人機(jī)盤旋在國(guó)網(wǎng)公司某110kV 海洋變電站內(nèi)，同時(shí)，另外一臺(tái)機(jī)身為深藍(lán)色、機(jī)頭為白色的新型巡檢機(jī)器人正在巡視變電站內(nèi)的各種電力設(shè)備。這其實(shí)是國(guó)網(wǎng)電力最新研發(fā)出的基于5G 技術(shù)的新型線路巡檢無(wú)人機(jī)和基于VR 技術(shù)的新型變電站巡檢機(jī)器人。相比4G 技術(shù)，5G 技術(shù)具有超高速率、超大帶寬、超低時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的線路巡檢無(wú)人機(jī)最多只能傳輸1080P 的視頻，這樣會(huì)導(dǎo)致輸電設(shè)備的微小缺陷無(wú)法被識(shí)別。而該款搭載有5G 終端的無(wú)人機(jī)能夠拍攝4K 超高清視頻并通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)回傳給線路運(yùn)維人員。運(yùn)維人員無(wú)需攀登鐵塔即可清晰看到輸電線路及附屬設(shè)備的每一個(gè)細(xì)節(jié)，極大提升了巡檢人員的工作效率。這款無(wú)人機(jī)還能安裝激光雷達(dá)實(shí)時(shí)進(jìn)行三維建模，自動(dòng)規(guī)劃航線。無(wú)人機(jī)工作完成后會(huì)自動(dòng)飛回機(jī)巢充電。未來(lái)，除了在變電站建設(shè)機(jī)巢，針對(duì)遠(yuǎn)距離巡檢任務(wù)，還可以在電力作業(yè)車上搭載移動(dòng)機(jī)巢。這樣一來(lái)，變電站就變成了“機(jī)場(chǎng)”，移動(dòng)作業(yè)車就變成了“航空母艦”。

傳統(tǒng)的變電站巡檢機(jī)器人須沿著既定軌道巡視站內(nèi)設(shè)備，而這臺(tái)基于5G 技術(shù)的VR 變電站智能巡檢機(jī)器人則不需要既定軌道，遇到障礙物會(huì)自動(dòng)識(shí)別并繞開(kāi)，開(kāi)展全自動(dòng)自主巡視。這得益于這款巡檢機(jī)器人搭載的5G 終端、多種物聯(lián)網(wǎng)傳感器和高清VR 攝像頭。5G 網(wǎng)絡(luò)的超低延時(shí)特點(diǎn)確保了機(jī)器人高精度巡檢，既保證了巡視路線、查看設(shè)備位置的自由度，又能防止巡檢機(jī)器人誤入帶電區(qū)域，保證了巡檢作業(yè)的安全性。此外，通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)可以將巡檢機(jī)器人搭載的8K 高清全景攝像頭所拍攝的巡檢視頻實(shí)時(shí)地回傳到后臺(tái)指揮中心，指揮中心的工作人員利用匹配的VR 眼鏡就能夠獲取變電站實(shí)景的現(xiàn)場(chǎng)式體驗(yàn)；同時(shí)，該套系統(tǒng)還能提供針對(duì)多個(gè)變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)的專家遠(yuǎn)程診斷，通過(guò)遠(yuǎn)程專家的診斷意見(jiàn)，能夠極大地提升了設(shè)備缺陷查找效率和準(zhǔn)確性，給現(xiàn)場(chǎng)處置提供極大的幫助。國(guó)網(wǎng)公司的這兩款新式裝備在110 千伏海洋變電站的巡檢，也標(biāo)志著國(guó)家電網(wǎng)公司首次實(shí)現(xiàn)基于5G 技術(shù)的陸空一體化電力設(shè)施立體巡檢。

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的投入使用，電網(wǎng)公司還可以依托5G 共享基站智能運(yùn)維技術(shù)，進(jìn)一步拓展4K 高清監(jiān)控音視頻信號(hào)雙向互動(dòng)、智能全景AR 巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，全面推進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行5G 智能新時(shí)代。利用開(kāi)放的通信資源能力、豐富的數(shù)據(jù)中心資源和大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力、全面的軟硬件集成能力以及云網(wǎng)一體的運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力，為國(guó)網(wǎng)威海供電公司提供技術(shù)、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)、管理等體系的賦能，全面提升國(guó)網(wǎng)公司的“三型兩網(wǎng)、世界一流”的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建能源系統(tǒng)智能化運(yùn)營(yíng)體系。

此外，電網(wǎng)公司也可以和通信企業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略合作，共同打造應(yīng)用5G 通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧電網(wǎng)示范項(xiàng)目或示范工程，建設(shè)5G 基站基礎(chǔ)設(shè)施，共同在5G 通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域開(kāi)展研究，重點(diǎn)突破5G 通信、物聯(lián)網(wǎng)等方面的新技術(shù)的應(yīng)用與落地。

4 結(jié)論

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也是面向未來(lái)的“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”，將使工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)管理效率獲得極大提升，大大節(jié)約生產(chǎn)成本和交易成本，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的逐步推進(jìn)以及5G 等新技術(shù)與電力物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，未來(lái)將在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)用能服務(wù)體驗(yàn)的提質(zhì)升級(jí)，將電力用戶及其設(shè)備，電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備，發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備，供應(yīng)商及其設(shè)備，以及人和物連接起來(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，打造“互聯(lián)網(wǎng)”大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為市民提供“互聯(lián)網(wǎng)”智慧用能方案，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)智能化運(yùn)營(yíng)與管理，多能互補(bǔ)、高效利用，構(gòu)建以電為優(yōu)先的清潔低碳能源消費(fèi)體系。