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摘要：随着智能电网逐步向智慧电网转型的发展过程中，第5代移动通信（5th generation mobile network，以下简称5G）技术因其“高带宽、高容量、高可靠性、低延时、低功耗”的特点，以及配电系统本身对通信的需求，使得基于5G技术的配电物联网能够在新形势下成为引领配电通信发展的关键。文章通过分析汕头配电通信网、配电物联网的现状和5G技术的关键技术，论述加快5G+配电物联网建设的迫切性，探讨分析基于5G技术的配电物联网应用前景，对未来智慧型配电通信网络进行了展望。
关键词：5G技术； 配电物联网； 电力通信；
1 电力系统物联网建设的迫切性及面临的问题
自从进入大数据时代，随着智能配电网的建设，各专业对配电网设备、数据应用等都提出了非常多的要求，譬如：设备在线监测系统的建设，视频监控的高清化改造、高级计量系统的应用等，简而言之，都是为了实现让数据“说话”，实现人与物、物与物之间的信息交互，建立真正意义上的配电物联网。在这种要求下，这些多元化数据的采集及应用都将呈现指数级增长，传统的配电通信网无法支撑如此海量的数据采集和传输，很多电力数据需要在站点先进行筛选或压缩，牺牲部分信息，仅保留基本信息再进行传送，而精细度不足的信息反过来又制约了大数据分析的实际应用。
同时，各专业对数据采集应用系统启动建设的时间不一致，支撑数据分散，对数据的采集应用等没有统一的规划，各自为政，各建各的系统，造成重复投资，且难以实现数据的规范化采集、传输、应用等。
2 5G技术简介
5G技术具有高带宽、高容量、高可靠性、低延时、低功耗等特性，之所以能够实现这些技术指标，主要得益于：
（1）5G在数据传输的过程中，采用天线阵列（Massive MIMO）与3D波束赋性、波束追踪技术结合，解决高频段（6GHz以及28-100GHz）的毫米波穿透性弱的缺点，同时，通过大规模的天线阵列在统一空间下提升通信基站的密度，使各种传感以及控制节点的信息转换全覆盖网络，有效地提高频谱的使用效率，频谱效率提升了6到8倍，改善了边缘覆盖的性能，因此具有超高的接入速率，吞吐量大于19G，接近了5G技术的理论极限。
（2）5G通信网络采用新型多址接入技术，能够同时实现高过载和免调度，接入终端的数量可提升3到6倍。5G技术还充分整合6GHz以下频段以及可获取的Wi-Fi资源，通过多连接技术提供高可靠性通信。
（3）5G通过优化传输数据帧的结构及控制方式，通过基于统一空口架构的设计，可以适应不同场景的时延与带宽需求，可灵活分配无线资源，同时，它又引入软件定义网络（Software Defined Network，SDN）和网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）关键技术，通过形成多个不同的网络切片，将一个物理的5G网络按照不同的场景需求切割成数个虚拟的端到端的逻辑网络，不同的网络切片支持不同的场景、业务需求。切片之间，相互不影响，相互绝缘，当某一张切片产生问题时，并不会影响其他切片的正常工作。
根据不同通信场景的需求，在云端和终端进行不同的策略控制，根据业务的优先级别，生成不同的数据流转、处理路由，提升数据传送的安全性；同时采用云计算和边缘计算结合的方式，下沉核心网络部分功能，有效降低了数据处理、数据传输的延时。
5G的切片网络中，设置了多级隔离，安全性高，独享部分的网络资源的准专网实施强隔离，每一块切片网络都有独立的生命周期管理，因此安全性、独立性极高。每一块切片网络都是面向服务、按需定制的，实施实时监控，动态调度。
3 5G技术在配电网应用的优势
相较其他系统而言，电力系统作为一张典型的“网”，需要实时把握各类测量监控数据，实时协调各类资源。
（1）电力系统中一次系统、二次系统、信息系统、计量系统等各类在线监测数据、各站点、办公场所等的视频监控数据等大数据的应用是智能电网存在的物质基础，而5G高速率为它们提供强有力支撑。
（2）智能电力设备、穿戴设备等海量设备将大规模应用在数字化电网，5G能够连接海量设备，每平方公里可以支撑100万个移动终端，为真正实现电力系统中的万物信息互联提供了巨大的想象空间。
（3）5G技术丢包率极低，具有很高的可靠性，可有效提升电力系统本身可靠性。
（4）在实际应用中，电力系统需要各系统协同控制、快速反应的场景，5G空口时延为lms，端到端时延小于10ms，可以快速灵活响应系统中的各种变化。
综上所述，5G技术和配电物联网相结合，可以广泛应用于电力设备在线监测系统、高级计量系统、调度控制系统、高清视频传输等领域。
4 基于5G技术的配电物联网应用分析
目前，配电网并没有在全网铺开建设测量装置，仅在有限的节点配置电压、电流测量装置，SCADA系统采样三向电压、电流有效值，采样周期为秒级，无法观测相角动态变化；少量节点部署PMU（相量测量装置）、micro-PMU的节点，采集的数据需现在本地节点进行压缩后再传输，无法达成全数据的无损传送，导致调度控制人员无法掌握全网的实时状态，进行全面的网络状态评估，给电力系统安全运行带来了不确定性。
基于5G技术的配电物联网因其拥有的高密度连接特性，可支持大量智能测量原件的部署，开展全网的多元数据采集，譬如，可大规模在配电网每个节点部署电压、功率和相角信息的测量，通过这些数据辨识配电网拓扑，识别分布式能源接入点，生成电网潮流模型，使系统状态完全可观，并可对用户使用的各类型能源负荷进行精准预测。基于5G技术的配电物联网因其拥有的高单位面积容量可支持PMU数据的无损传输，系统可通过分析PMU时序数据，进而全面掌握配电电力系统的安全稳定信息。通过5G技术对细粒度数据的采集，电力系统可以对用电大数据、电力用户行为进行建模分析，为用户提供能有效直观的服务。
现在馈线保护系统多采用分布式系统，变电站、配电房、开关站相互通信交换信息，来定位故障点和隔离故障相关区域，这就要求超低延时的通信网络支撑，从而实现精准快速隔离故障。目前主要是依靠光纤专网，而在无光纤敷设的地区或者是涉及重要用户区域，采用5G技术的配电物联网可以成为其有力的替代或者应急手段，通过采用云计算和边缘计算结合的方式，有效地将调度端计算功能下沉至配电房、开关站等下级节点，通过形成多个不同的网络切片，在调度端进行相应的策略控制，实现故障的精准定位及切除功能。与此同时，其物联网技术的应用可以在电力传输过程中进行用户用电功率需求的分析，基于对用户用电实际需求的掌握实现对电力传输的及时调整，进而达到电能资源合理配置、减少浪费的目的。保障电能的实际使用过程与存储不产生冲突。
配电网“天网”系统也在规划建设中，在配电房、开关站等配置高清视频与图像采集设备，对柱上开关、变压器等可采用无人机巡检拍摄线路或者设备的状态，通过基于5G技术的配电物联网实现视频和图像快速的远程高清传输，可使运行控制人员直观地对重点问题线路进行核查，及早发现缺陷，及时采取相应措施，防范于未然；若同时在主站端配合智能人工AI技术，可以以机器学习、分析替代人工分析，为控制人员提供更优质的体验。同时，也可根据收集到的数据资料，建设仿真3D培训系统，通过虚拟现实，有针对性地对员工进行巡检、检修、管理等各个方面培训，提升人员素质。
5 结语
基于5G技术的配电物联网的部署，其与大数据、云计算与AI技术的结合，将使一批配电系统新技术应用成为可能，为配电系统调度、控制、运维等环节带来变革性的改变与提升，为智能电网、数字化电网、乃至智慧电网打下坚实的物质基础。
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