贾娜
国网新疆电力有限公司检修公司 新疆 乌鲁木齐 830000
摘要：5G技术与智能电网融合，将会使发电、输变电与用电环节产生变革。基于5G无线网络，智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制等功能得以实现，促使电网更加智能化。若想实现5G无线网络在电网的价值，要做好网络规划部署。现基于5G智能电网典型业务场景，对5G无线网络规划问题，做简单的论述，总结技术应用的策略，共享给相关人员参考借鉴。
关键词：智能电网；5G无线网络；应用场景
与上几代移动通信技术相比，5G通信技术的优势更为突出，可有效满足电网业务的安全性、可靠性、灵活性需求，为差异化服务提供保障，增强电网企业对自身业务的自主可控性。3GPPSA#88e全会上5G智能电网研究项目正式立项，第一次定义5G+智能电网端对端标准体系架构，推进5G+智能电网的高效发展。基于此背景，电力企业积极开展5G无线网络的规划研究与探索。
1 5G在智能电网的应用优势
ITU给5G定义的三大场景具体如下：1）eMBB即增强移动宽带；2）uRLLC即超高可靠性低时延通信；3）mMTU即大规模机械类通信，在电力领域多应用于发电与输变电等环节，同时在应急通信方面也有所应用。基于5G技术在电力系统的应用进行分析：1）发电段。基于5G的新应用场景，例如新能源功率预测与状态感知等，对构建的无线通信网络，在连接数与时延方面有着较高的要求。例如，集中式新能源监控系统连接数的需求达到百万级别；风电的叶片变浆控制则需要达到低于20毫秒的要求。2）输电线。5G无线网络的应用场景主要为输电线路状态监测、无人机巡视检查，对连接数与宽带有着很高的要求。实现输电线路的在线高效监测，需连接以及管理千万级的传感器；若想要实现无人机巡检线路，那么需建立100Mbps级的大带宽。3）变电端。5G技术的应用，主要为变电站智能化巡检系统提供支持。利用智能化机器人开展变电站作业，将人员从危险岗位替换降低风险，同时提高作业效率。这需要构建100Mbps级的大带宽，为机器人作业提供支持，使其能够回传高清视频。4）配电侧。5G技术在配电侧的应用，助力故障监测定位与精准负荷控制的实现。构建的网络系统要达到低时延的要求，例如智能配电网微型同步相量测量要小于10毫秒。5）用电端。采用5G无线网络技术，助力用电信息采集与分布式能源计量等的实现，对网络的需求以广泛连接为主，可达到千万级甚至上亿。基于电力系统全过程，采用5G大带宽、低时延与网络切片技术等，推进5G+智能电网应用落实，具体为差动保护、无人巡检、高级计量与安全隔离。
2 5G+智能电网的应用典型
5G技术在智能电网应用落地方面，典型应用如下：1）差动保护。发挥网络的超低时延优势，替代光纤网络做配网差动保护，实现对成本的控制。
分析配电网络的组成主要包括配电站与输电线，其中配电站包括输电设备以及DTU等，若采取有线连接的方式，落实差动保护部署，不仅需要大量的光纤，同时部署难度增加。利用5G无线网络做差动保护，能够降低成本获得更多的效益。2）无人巡检。电力生产管理实践中采用变电站机器人巡检，处于中低速率移动场景，发挥5G网络的大带宽优势，能实现对巡检机器人的有效控制，比如移动与飞行，促使巡检效率得到提高，实现对成本与安全风险的有效控制。除此之外，能够快速回传高清视频图像给指挥中心处理，切实提高运行维护的效率。3）高级计量。通过连接海量智能化电表装置，增加采集频率，丰富采集内容，实现用户与供电企业的双向互动，提供个性化服务[1]。4）安全隔离。基于网络切片技术，能够实现端对端的隔离应用，切实满足电力网络对行业专用网的诉求。基于传输硬管道与主备保护链路、接入侧双频组网、故障检测与快速处理，确保网络切片达到可靠性水平。
3 5G+智能电网的规划策略
3.1 做好频率规划
5G网络可使用频率全部是FRI频段，例如700MHz与2.6GHz等，具体应用部署方面，通信运用商可以对1.8GHz与2.1GHz重耕，完成5G网络的部署。未来，5G网络可应用的频段将会增多，例如FR2毫米波频段。现有的频段以700MHz优势最为突出，具备较强的传播特性，能够提供广域覆盖以及中低速的mMTC。在进行规划时，要根据智能电网的需求与未来发展，做好频率规划与频段选择。
3.2 容量规划
组织开展5G网络应用规划，进行容量的规划时，要做好业务预测与分析。运用定性预测与定量预测方法，充分利用采集的数据信息与数学模型等进行分析，结合业务发展趋势以及业务终端密度等，获得最终的预测结果[2]。完成预测后，结合应用场景，例如变电站的电网智能控制等，进行速率需求与相关数据的计算，搭建场景业务模型开展分析。利用业务模型，结合用电用户数量的分布特点，以及5G小区理论峰值速率与网络覆盖能力，估算需要规划5G的数量。若用户密集且业务容量需求很大，那么5G站点的布置也要密集，最大程度上满足业务承载需求。
3.3 覆盖规划
规划时要做好链路预算，对做好发射机与接收机之间无线信号传播环节的增益与损耗等的分析，获得满足网络覆盖要求下允许的最大路径传播损耗，选择适宜的无线传播模型，确定计算方法，运算获得小区最大覆盖距离。根据计算的链路预算，开展不同工作频段下的网络覆盖距离，选择适宜的方案。除此之外，要做好网络规模的估算，保障覆盖规划的全面性与合理性。考虑到5G网络覆盖于容量大小存在紧密关系。开展无线网络规划，必须要做好网络覆盖与承载容量大小的平衡，最大程度上满足更多的网络覆盖需求[3]。
4 结语：
综上所述，5G无线网络技术在智能电网的应用将会更加广泛，很多地区都在积极推进5G+智能电网工程。文中结合5G的应用场景分析，提出覆盖规划与容量规划等的方法，共享给相关人员参考。开展规划要做好全面的把控，最大程度上满足智能电网的应用需求。
参考文献：
[1]王智慧,汪洋,孟萨出拉,滕玲,张庚,吴赛.5G技术架构及电力应用关键技术概述[J].电力信息与通信技术,2020,18(08):8-19.
[2]刘明月,涂崎,汪洋,孟萨出拉,赵雄文.智能电网中网络切片的资源分配算法研究[J].电力信息与通信技术,2020,18(08):20-29.
[3]李明锋,宋伟,张振,吴赛,马宝娟.基于智能电网应用的5G无线网络规划研究[J].电力信息与通信技术,2020,18(08):86-92.