5G技術在智能電網(wǎng)中的應用探究

摘要：建造堅強的智能電網(wǎng)是實現(xiàn)電網(wǎng)高質量發(fā)展的重要基石，而關乎智能電網(wǎng)發(fā)展的牢靠保障便是高速、雙向的通信基礎。本文首先簡要介紹了目前我國智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，從現(xiàn)狀中分析目前智能電網(wǎng)對于無線通信的需求，并重點介紹5G通信在智能電網(wǎng)中的應用以及發(fā)展前景。

關鍵詞：智能電網(wǎng);5G無線網(wǎng)絡技術

0引言：

根據(jù)移動通信的發(fā)展估計，第五代移動通信技術將于2020年準備商用，目前5G在數(shù)字化社會的建設進程中起到了重要的作用。對于智能電網(wǎng)建設而言，5G通信的建設會滿足智能電網(wǎng)中的發(fā)電、輸送、配電、以及用電等環(huán)節(jié)的大量通信需求，有助于實現(xiàn)智能電網(wǎng)在供給側的雙向通信，為電網(wǎng)的智能化建設提供堅強的保證。

1?我國現(xiàn)階段智能電網(wǎng)的發(fā)展

智能電網(wǎng)是利用新型能源、新型設備以及通信信息技術、傳感技術、智能決策應用對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)用進行改造。通過此種改造可以實現(xiàn)電力資源管理自動化、電力系統(tǒng)故障的迅速排查等，能有效的提升電網(wǎng)的運行效率，增強電網(wǎng)的可靠性。

智能電網(wǎng)主要體系為三個層級，第一層級是匯聚和傳輸電力的各種業(yè)務所組成的電力層;第二層級是進行綜合規(guī)劃部署、調度擴展、電力服務的運營層;第三層是由通信信息技術，傳感技術等構成的支撐層。這三層結構中支撐層是智能電網(wǎng)的傳輸神經(jīng)，匯聚了大量的終端以及傳感設備，是智能電網(wǎng)建設的基礎。

現(xiàn)階段的智能電網(wǎng)建設對于傳統(tǒng)電網(wǎng)行業(yè)來說無疑是注入了巨大的、全新的活力，解決了很多在傳統(tǒng)電網(wǎng)中積壓許久的問題。

2?現(xiàn)階段智能電網(wǎng)對無線通信的需求

2.1智能電網(wǎng)的通信業(yè)務需求

在智能電網(wǎng)的建設中，通信技術是智能電網(wǎng)建設的關鍵技術保障，智能電網(wǎng)需要用網(wǎng)絡將所采集到的有關電力數(shù)據(jù)進行傳輸，在此過程中對通信的安全性、可靠性有著極高的要求。并且在智能電網(wǎng)的管理方面，由于其管理的復雜性，傳統(tǒng)電網(wǎng)的單一籠統(tǒng)管理模式不足以進行高效管理，合理運用通信技術可以對單一的管理模式進行優(yōu)化升級，從而提高智能電網(wǎng)管理的質量和效率。

目前我國在發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)已經(jīng)建成了全球最大的電力專網(wǎng)，形成了一張以電力光纖通信與無線專網(wǎng)為核心，衛(wèi)星、微波、電力載波通信為輔助的電力通信專網(wǎng)。

2.2無線通信相對于光纖通信的優(yōu)勢

在我國的電力專網(wǎng)應用中主要使用的是光纖專網(wǎng)通信，雖然光纖具有可靠性、有效性和安全性極高的特性，但是在具體的實施過程中光纖存在某些無法解決的問題，例如：（1）、在智能化建設中，我們需要海量的終端設備，位置較分散;（2）、終端設備通常會分布在城區(qū)中等人口密度較大的地方，進行光纜施工時通常需要在地下埋入光纖，在此種地區(qū)施工難度大，工期長;（3）對于大量的終端光纖鋪設成本較高。在此種情況下選擇無線通信的方式是一種更好的選擇，運用無線通信可以較好的解決以上的問題，實現(xiàn)最后一公里的接入。

3 5G通信在智能電網(wǎng)中的應用

3.1 5G通信技術的主要優(yōu)勢

在5G通信的建設當中Massive?MIMO技術是其中的關鍵技術。由于5G通信技術系統(tǒng)的傳輸速率要遠高于4G通信。這就意味著高頻譜效率和功率效率。Massive?MIMO技術主要是通過增加發(fā)送端和接收端的天線數(shù)，對移動終端發(fā)送強信號的電波，使高頻信號能進行定向的長距離傳輸至移動終端中，從而提升系統(tǒng)容量和能量效率。現(xiàn)在的4G通信網(wǎng)絡最高的傳輸速度可以達到150Mb/s，而5G通信最高能達到15Gb/s，并可將時延降至100ms，大大提升了數(shù)據(jù)的傳輸速度，這可以更好的滿足智能電網(wǎng)業(yè)務對于數(shù)據(jù)傳輸實時性的需求。

在以上所述的無線通信在智能電網(wǎng)的應用中對無線通信的有效性和可靠性都有著極高的要求，比如在進行信息采集，設備監(jiān)控的過程中3.2?5G無線通信技術解決的具體業(yè)務需求

利用5G無線通信技術解決智能電網(wǎng)業(yè)務的具體需求主要有如下幾種：

（1）準確的負荷控制

電力負荷控制的含義是對用戶用電負荷進行實時監(jiān)測，當負荷超過設定的閾值時，系統(tǒng)會進行報警，并切斷電閘。負荷控制是一種重要的管理方式。在傳統(tǒng)的負荷控制中，由于缺少通信網(wǎng)絡的支持，一般只能對配電線整體進行切斷，這樣對一刀切的機制對用戶的影響很大。通過5G通信技術的低時延、高速率特性可以負荷控制的準確程度，對故障點的用戶的負荷進行精確控制，減少對配電線上其他用戶的影響，降低不必要的經(jīng)濟損失。

（2）智能分布式自動化配電

自動化配電是智能電網(wǎng)的標志性革新之一，其融合了多種技術，例如控制技術，數(shù)據(jù)傳輸技術等，通過對配電過程的實時監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生點，即時通知調度人員對故障進行處理。當前的電力系統(tǒng)對可靠性的要求越來越高，而利用5G技術100ms的時延便可以達到毫秒級的故障處理，在故障發(fā)生的時候迅速發(fā)現(xiàn)故障位置，進行有效的故障恢復，從而可以減少運維成本，改進電能質量，減少故障造成的經(jīng)濟損失。

（3）分布式電源的控制

近年來在智能城市的建設中，分布式電源的數(shù)量增長十分迅速，分布式電源主要包括太陽能、風能發(fā)電設施以及電動車充電站等。但想實現(xiàn)分布式問題必須解決的問題就是原有的電網(wǎng)結構為單電源輻射狀的單向網(wǎng)絡，在分布式電源加入后電網(wǎng)結構變?yōu)榱穗p向傳輸，利用5G的大帶寬，讓海量的數(shù)據(jù)無阻塞的在信道中傳輸，對分布式電源進行有效監(jiān)控。

（4）低電壓用電信息采集

在大數(shù)據(jù)的背景下，電網(wǎng)系統(tǒng)需要采集低電壓用電信息，以實現(xiàn)用戶用電智能管理，電力經(jīng)濟分析等智能電網(wǎng)用戶服務。通過無線網(wǎng)絡可以連接到用戶家中，對用戶的用電信息進行自動采集、分析、管理，并對用戶用電異常信息進行實時監(jiān)控。

（5）實現(xiàn)智能電網(wǎng)的垂直行業(yè)個性化

5G 通信技術中的網(wǎng)絡切片技術是讓使用者在同一套硬件基礎設施中劃分多個虛擬的端到端網(wǎng)絡，并且每個切片之間從接入網(wǎng)到核心網(wǎng)都存在邏輯上的隔離，依據(jù)此技術我們可以滿足在不同場景下應用網(wǎng)絡所需要的不同的帶寬和時延，利用網(wǎng)絡切片進行靈活的調整

可以提高管理效率、節(jié)省運營成本和不必要的帶寬浪費。智能電網(wǎng)業(yè)務的應用主要可以分為兩類切片的需求一種是以自動化配電，和準確負荷控制為代表的工業(yè)控制類服務，另一種是一用戶用電信息采集和分布式電源控制為代表的信息采集類業(yè)務。

4結束語

智能電網(wǎng)的建設對于電力系統(tǒng)供電可靠性的增強以及電網(wǎng)運行效率的提升有著重要的意義。而在未來智能電網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展需求與5G通信技術得天獨厚的優(yōu)勢是相符合的，目前5G通信技術作為新興的熱點技術，其建設與應用的進度正在迅速加快，信息技術的飛速發(fā)展正在引領著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)加快信息融合的腳步，這對我國電力系統(tǒng)而言是一次巨大的機遇，在今后的智能電網(wǎng)建設中，應當針對5G技術展開深度的研究，積極推動5G技術應用落地，加快建立智能電網(wǎng)業(yè)務的指標規(guī)范，同時充分利用5G帶來的海量研究資源，助力電網(wǎng)企業(yè)向著智能化、平臺化的方向轉型發(fā)展。

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作者簡介：曲睿（1999.3.2-）男，漢族，黑龍江省哈爾濱市人，本科，就讀于華北電力大學。