任磊
国网山西省电力公司检修分公司 山西太原 030000
摘要：换流站作为高压直流输电系统中的站点，实现了交流电也直流电之间的相互转换，其运行是否安全稳定直接影响了电力系统安全和电能质量。5G技术在换流站中的应用，不仅为换流站通信能力的提升提供了重要的支撑，也为换流站智能化发展提供了技术支持。
关键词：5G技术；换流站；智能
采用5G技术与物联网技术混合组网，最终实现全站的5G无线终端接入方式的室内室外全覆盖，为换流站在线监测系统、智能管控系统以及其他智能化监测监控系统提供终端无线接入通道，解决高带宽和大连接业务安全可靠接入和各类智能感知业务最后1公里通信的需求。本文首先介绍5G通信技术，从与4G技术进行比较和5G技术的特征展开，展示5G技术在换流站应用的优势。在5G技术的应用场景基础上，进一步探讨5G技术在换流站的智能监测、混合现实和电力巡检中的智能应用，展示了5G技术在换流站中的智能应用。
1 5G通信技术
1.1 5G指标
第五代移动通信技术(5th generation mobile networks， 5G)发展迅速，在传输速率和时延等指标性能上都远远高于4G。随着4G 逐渐被5G取代，电力行业将会发生巨大的变化。
5G与4G的关键技术和关键能力对比如表1和表2所示，5G从各个方面比4G都更具有优势。
在应用场景方面，与主要应用于移动宽带应用场景的4G相比，5G采用增强移动宽带切片(eMBB)、高可靠低时延连接切片(uRLLC)和海量物联切片(mMTC)技术，使得其应用场景更加多样化。5G核心切片特点如表3所示。5G的各个应用场景相互交融，能够更好地提升服务质量，使人们的生活更加便捷。将5G应用到换流站实际场景中，必将使换流站监测、调控和服务业务等更加智能化和透明化，在实际检测、调度和运维等各个方面更加快速和便捷。
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1.2 5G技术特征
5G技术具有“三高两低”的特点，即高速率、高容量、高可靠性、低时延和低能耗，各个特点都非常契合换流站通信业务能力提升的要求。
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1.2.1 高速率
高速率是5G最显著的特点。5G传输速率要做到的目标是最大10 Gbps，比4G通信提升了很多。5G能够提升整个换流站各方面的通信数据传输速率，比如提高在线监测速率和命令下达速率，使运维人员能更快得到换流站各个系统运行情况，及早排查系统运行故障点，避免二次故障和更大故障的出现，对保证换流站安全稳定运行很重要的意义。
1.2.2 高容量
5G能够支持高密度的设备连接和高容量的数据传输，其性能指标为每平方公里支持1 000 000个设备连接，每平方米支持10 Mbps的数据传输容量。因此，5G能支持更高容量的设备连接。换流站在运行过程中会生成大量的系统实时数据文件，在各系统之间进行传输和保存，为运维人员分析换流站运行情况提供数据支持。如果因为网络堵塞或者网络容量不足造成数据丢失，会很容易造成运维人员对站内情况产生误判。因此， 采用5G能将网络拥塞和误判风险降低。
1.2.3 高可靠性
5G的丢包率和光纤通信相当，能在通信方式受到干扰的情况下，保证数据稳定传输。5G技术的高可靠性保证了换流站运行维护系统的高可靠性。
1.2.4 低时延
5G拥有极低的延时，其端对端时延的期望性能指标为1 ms。相比较4G通信，低了10倍。正是由于5G的低延时特性，使得换流站数据的传输过程更加顺畅，保证了智能一体化平台能实施反映站内运行情况。
1.2.5 低能耗
5G能以低功耗方式运行，使得物联网有极大的应用情景。将5G技术与物联网技术相结合，实现全站无线终端全覆盖。加强各设备之间的连接，搭建全站智能集成管理平台。
2 换流站智能应用
5G可以实现智能电网端到端切片、电力边缘计算、无人机和机器人智能巡检等应用。利用智能电网5G网络切片技术为不同业务提供差异化服务，对控制业务提供更强安全隔离服务，保证业务接入的灵活、高效和安全。
2.1 基于5G技术的换流站智能监测应用场景
基于5G的换流站智能监测应用场景如图1所示。运用智能仪器仪表感测和智能巡检设备等，对换流站整个运行状况进行实时监测。实时数据通过5G上传到云服务器，再由云服务器进行处理。最后，通过监控大屏和移动设备实时观察站内运行情况。除此之外，还可以利用移动设备对换流站进行站远程控制。利用5G高速率、低时延和大连接的特性，将多智能监测设备数据同时上传和下载，提高了整个换流站的监测水平和运维效率。
2.2 基于5G技术的混合现实应用场景
VR (augmented reality)/AR (virtual reality)是新一代信息技术相互融合的产物。新形势下高质量VR/AR业务的带宽、时延要求逐步提高，速率从25 Mbps逐步提高到3.5 Gbps，时延从30 ms降低到小于5 ms。
5G的性能完全能到混合现实技术的要求。基于5G的混合现实应用场景如图2所示，数据处理服务器和内容服务器对采集到的信息进行实时和非实时数据的分析处理，建立可视化模型，提供一种交互式、动态和三维的实景呈现方式。通过5G+VR/AR技术可以更完整地展示整个换流站，这比通过屏幕观察换流站运行更加直观。5G+AR/VR交互技术可以帮助设计者改善设计体验，不一定亲临现场，而是通过数据比较和虚拟视觉构建来体验真实的情况，提供更好的设计帮助。除此之外，5G+AR/VR交互技术可与3D辅助选线设计相结合。将输电典型设备组件现场勘测结果和三维模型呈现在设计者眼前，为设计人员进行输电线路设计提供身临其境的场景环境。
2.3 基于5G技术的电力巡检应用场景
利用无人机和巡检机器人等智能设备进行电力巡检。通过5G实时收回巡检数据信息，将数据信息上传至服务器，通过AR/VR的混合现实应用，直观感受站内巡检过程，更好地全方位控制巡检设备。通过5G将站内监控大屏和总监控中心共同监控换流站，相互协同运维和调度电能传输。
基于AR技术，以实景视频为交互界面，形成对电力配电设施的可视化运维系统。同时，各种宏观指标、资源统计等数据可以通过一个定制的大屏幕显示。可以调取AR摄像机视频画面，通过增强现实标签信息，详细了解现场具体情况，以及追溯过往视频画面，实现对全站的实时和过往数据的掌控。
3 结束语
随着5G时代的来临，换流站的方方面面都得到巨大的提升。本文在5G的基础上，叙述了在换流站中的几种应用场景，体现了5G给换流站带来的改变和提升。目前5G已在多个换流站中得到应用，并取得了较好的评价。由此可见，5G在换流站中的应用前景非常好。同时，随着5G的发展和应用，换流站的运行将会更加智能化，更加安全稳定。
参考文献
[ 1 ] 吕继伟.基于泛在电力物联网的换流站在线监测系统优化综述[J].电力工程技术，2019，38(6):9-15.
[ 2 ] 傅强.5G移动通信技术发展与应用趋势[J].通信电源技术，2019，36(12):190-191.