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5G在电网控制业务应用

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：林汉填

[导读] 摘要：5G已成为全球新一轮科技革命和产业变革的代表核心技术之一，是实现数字化、“万物互联”、人机交互的战略性通信基础设施。

        广东电网有限责任公司潮州供电局广东潮州 521000
        摘要：5G已成为全球新一轮科技革命和产业变革的代表核心技术之一，是实现数字化、“万物互联”、人机交互的战略性通信基础设施。推动5G技术发展，加快5G网络等新型基础设施建设，支撑传统基础设施转型升级形成融合基础设施，推广5G行业应用等已成为当前及未来一段时间重要工作任务。基于此，文章就5G在电网控制业务应用展开论述。
        关键词：5G技术；电网控制；业务应用
        1、5G技术发展趋势
        5G应用主要包括增强移动带宽（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）、大规模机器类通信（mMTC）三大应用场景。与4G相比，从技术层面来看，5G整体性能提升10倍有余；从应用场景来看，5G应用场景范围更宽，已拓展到了高可靠低时延的工业互联网与车联网以及mMTC物联网场景；从产业链角度看，5G的发展重心和业务增长点将在产业互联网和物联网领域深度结合，真正实现万物智联。
        （1）5G国际标准制定
        R15（侧重于大带宽）2018年已冻结，定位为“能用”的标准，满足5G的基本应用需求；R16（侧重于低时延）2020年7月已冻结，实现了“能用”到“好用”的转变，围绕“新能力拓展”、“已有能力挖潜”、“运维降本增效”三方面，进一步增强了5G的应用能力；R17（侧重于大连接）预计2021年冻结，目前已围绕“网络智慧化”、“能力精细化”、“业务外延化”三大方向设立了23个标准立项，力求深化、细化5G应用。
        （2）5G设备研发
        5G网络侧设备方面，目前商用成熟度已经很高。5G终端芯片方面，R16的版本开发的芯片产品预计2021年底达到规模商用。5G通信模组方面，以华为、中兴为主的主流设备厂家在2019年底推出业界首款通用模组，支持车联网与大带宽通用场景。
        （3）5G网络覆盖进度
        目前中国移动已建成约3万个基站，中国电信、联通已建成约2万个基站，中国广电推进公司制改革和股份制改造，与中国移动合作共建700MHz网络，共享700MHz+2.6GHz频段。
        未来全国基站建设量达300万个以上，广东计划未来3年建设17万个基站，约占全国1/10。
        2、5G+智能电网典型应用场景分析
        智能电网业务需求目前正面临巨大的转变，新能源、新业务大规模接入，控制业务由局部向全域拓展，需求侧响应由骨干向末梢延伸，信息采集爆发式增长。5G的技术特点和优势能很好地匹配智能电网业务的变化需求。
        3、场景验证及示范关键影响因素
        5G属发展中的新技术，标准、产业链等均未成熟。开展5G+智能电网应用研究，推动场景验证及示范，需重点关注5G网络覆盖、5G设备研发、5G网络安全、5G资费等关键因素。
        （1）5G网络部署进度
        2019年6月工信部发放牌照后，三大运营商已加快5G网络建设进度，目前，投资规模、取电问题、选址问题均会对网络覆盖进度带来影响。
        根据中国信息通信技术研究院估算，同样覆盖范围内，5G中频基站的数量约为4G的1.5倍，由于5G设备的初始成本较高，预计5G网络投资规模将是4G的2到3倍。由于覆盖规模的加大，场所需求也是倍增，选址和配套建设都需要政策和社会支持。另外，单个5G基站的功耗在初始阶段是4G的3到4倍，用电问题也是影响投资规模的较大因素，需“转改直”等措施助力降低成本。
        综合考虑网络改造成本、产业成熟度，当前国际上大部分运营商采用基于NSA组网的技术路线。2020年中之前，5G服务主要满足“大带宽”场景需求，2020年新建5G核心网，实现SA组网后，逐步向SA网络全覆盖目标演进。
        （2）5G终端研发进度
        目前市面已有适配普通用户需求的通用5G通信终端。5G手机/CPE/MIFI业内发布最早，成熟度高。
        适配电力等行业用户需求的专用终端正在研发中。南方电网提前布局，积极开展5G专用终端研发，预计异构通信网关2020年10月完成样机测试，2021年5月量产；工业级普通/控制类CPE、模块等2020年10月完成样机测试，2021年3月量产。
        （3）5G网络安全现状
        目前，5G+智能电网应用整体遵循现网的网络安全体系，按照《国家能源局关于印发电力监控该系统安全防护总体方案通知》（国能安全〔2015〕36号）要求执行。5G作为电力公用通信网的位置及入网安全要求不变。使用公网通信网络时应当设立安全接入区，并采用安全隔离、访问控制、认证及加密等安全措施。
        现阶段正组织研究基于设备特征与指纹等的轻量化安全接入认证技术，开展5G电力终端本体与接入安全保障研究、配网加密芯片与5G电力通信模组/终端的集成等技术研究，开展5G承载不同分区电力业务的安全测评认证。探索加密-通信紧耦合及松耦合等多样化集成体系，推进5G电力切片安全支撑与防护体系建设。
        4、5G+智能电网典型场景应用方案
        5G+智能电网应用研究需根据运营商网络覆盖、设备研发、网络安全研究进度，不断深入开展。结合现状，广东电网梳理出2020年可实现的三大类8大典型业务场景，并对8个业务场景的当前业务通信方式及通道需求、5G技术适配度、场景验证现状及发展趋势开展了分析，通过分析现有可实现场景，可为未来场景规模应用夯实基础。
        电网控制类业务：适配5G低时延特性，重点响应业务的超低时延（毫秒级）和通信通道可靠性（必须是相对固定的路由，可以根据需要在备选路由中切换）需求，具体包含配网差动保护、配电自动化业务等典型业务。5G技术综合承载配网差动保护、配网自动化将对配网控制与管理产生重大变化、极大提升配网自动化管理水平、促进电力产业升级。
        （1）配网差动保护业务
        1）当前业务通信方式及通道需求
        通过采集电气量（电流、电压、功率、相角）、开关量数据，实现线路保护装置的快速可靠动作与智能联动控制。当前在开关房之间、开关房与变电站之间配置专用光纤通信通道来承载电流差动保护业务。通信需求见表1。
                                                                                  表1配网差动保护对通信需求

        2）5G技术业务适配度
        配网差动保护业务对时延、安全性要求高，5G的低时延、高可靠特性可满足此类业务需求。
        3）场景验证现状及未来发展趋势
        基于目前的5GSA网络建设进度及具有授时功能的5G通信终端研发进度，该业务只能在测试场景下验证。
        通过搭建临时测试网络，已完成基于5G的配网差动保护业务场景的功能测试，采用5G独立通信终端+SA网络架构组网方式，初步验证了5G低时延可满足差动保护的通信需求。由于业务测试点较少，仅仅测试了3个配网继电保护业务点，仅涉及4个基站覆盖点，通信终端也是临时采用测试终端（TUE），电网应用5G技术所面临的安全、标准等问题并没有全部解决。
        未来，随着5G的网络的覆盖，以及切片功能安全性进一步验证，配网差动保护业务有望采用5G方式实现快速部署。
        （2）配电自动化业务
        1）当前业务通信方式及通道需求
        采集配电网电气量（电流、电压）、开关量数据，接收配电自动化主站遥控命令，对配网开关进行遥控分合，实现配网故障定位-隔离-复电的闭环自愈，目前主要通过光纤、无线公网2G/3G/4G等通信方式进行数据通信。通信需求见表2。
                                                                                      表2配网自动化对通信需求

        2）5G技术业务适配度
        目前配电自动化业务主要采用4G通信模式，其基本功能可直接使用现有的5G网络进行承载验证。5G的高可靠、低时延、大连接特性可进一步丰富业务应用，提高业务安全性。
        3）场景验证现状及未来发展趋势
        目前通过搭建临时测试网络，已完成基于5G的配电自动化业务场景的功能测试，采用5G独立通信终端+SA网络架构组网方式，初步验证了5G可满足配电自动化的通信需求。未来待5G网络切片部署后，可就业务的安全性进行进一步测试验证，预计可实现大数据采集、快速可靠控制等性能提升。
        结语
        在今后的智能电网建设中，应当针对5G技术展开深度的研究，积极推动5G技术应用落地，加快建立智能电网业务的指标规范，同时充分利用5G带来的海量研究资源，助力电网企业向着智能化、平台化的方向转型发展。
        参考文献
        [1]王宏延,顾舒娴,完颜绍澎,于佳.5G技术在电力系统中的研究与应用[J].广东电力,2019,32(11):78-85.
        [2]刘殿锋.5G通信技术在智能电网的应用[J].电子技术与软件工程, 2019(22):25-26.