當(dāng)前，全球電力網(wǎng)絡(luò)正加速向智能電網(wǎng)升級，信息通信也迅速向5G時代邁進(jìn)，兩大高速演進(jìn)中的超級基礎(chǔ)設(shè)施之間，正在產(chǎn)生一些奇妙的化學(xué)反應(yīng)。
5G給智能電網(wǎng)注入新動能
ITU給5G定義了三大場景，即增強移動帶寬（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和大規(guī)模機(jī)器類通信（mMTC），它們在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電，以及應(yīng)急通信各個環(huán)節(jié)均有不同程度的應(yīng)用。
在發(fā)電端，5G應(yīng)用的主要場景有新能源功率預(yù)測與狀態(tài)感知、分散式風(fēng)電組網(wǎng)管理與控制等。這些場景對無線通信的連接數(shù)和時延有較高要求。其中，集中式新能源監(jiān)控需要百萬級的連接數(shù)，風(fēng)電的葉片變槳控制需要不超過20毫秒的低時延。
在輸電段，5G應(yīng)用的主要場景是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測和無人機(jī)巡檢。這類場景對連接數(shù)和帶寬要求較高。其中，對輸電線路進(jìn)行在線監(jiān)測需要連接和管理千萬級的傳感器，無人機(jī)巡檢線路需要100Mbps級的大帶寬。
在變電端，5G應(yīng)用的主要場景是變電站智能巡檢。借助智能機(jī)器人代替人工進(jìn)入變電站內(nèi)移動作業(yè)，可降低風(fēng)險并提高效率。這類場景需要100Mbps級的大帶寬以支撐機(jī)器人回傳高清視頻。
在配電側(cè)，5G的應(yīng)用比較廣泛，涵蓋故障監(jiān)測定位到精準(zhǔn)負(fù)荷控制的全流程。這些應(yīng)用對低時延的要求非常高，其中配網(wǎng)保護(hù)與控制、智能配電網(wǎng)微型同步相量測量都要求低于10毫秒的超低時延，基于用戶響應(yīng)的負(fù)荷控制也要求不超過20毫秒的低時延。同時，這一環(huán)節(jié)需要管理的連接數(shù)也比較大，基本都在百萬級和千萬級。
在用電端，5G的應(yīng)用也十分廣泛，涉及用電信息采集、分布式能源及儲能、電動汽車充電樁、智能家居等電能計量及用電管理的方方面面。這一層應(yīng)用最突出的需求是廣連接，基本都在千萬級甚至上億。
此外在應(yīng)急通信方面，5G也能更好地支持語音調(diào)度及視頻監(jiān)控等場景應(yīng)用，提供更大的帶寬和更廣的連接，滿足臨時場景的爆發(fā)式需求。
5G＋智能電網(wǎng)四大典型應(yīng)用
當(dāng)前，圍繞電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電全流程，基于5G的大帶寬、低時延、廣連接特性以及獨特的“網(wǎng)絡(luò)切片”技術(shù)，電力行業(yè)公司、運營商和設(shè)備商在推進(jìn)5G＋智能電網(wǎng)應(yīng)用落地時主要集中在以下四大典型應(yīng)用：
一是差動保護(hù)。憑借超低時延，5G可以替代光纖做配網(wǎng)差動保護(hù)，大幅降低成本。電力的配電網(wǎng)絡(luò)由配電站和輸電線組成，配電站里有輸電設(shè)備、變壓器、配電保護(hù)設(shè)備（DTU）等，假如全網(wǎng)按照有線連接的方式去部署差動保護(hù)，那么對光纖的需求量和部署難度會極大地推高成本。憑借小于10ms的超低時延，5G網(wǎng)絡(luò)可以代替光纖去做差動保護(hù)，實現(xiàn)降本增效。
二是無人巡檢。在變電站機(jī)器人巡檢等電力生產(chǎn)管理中的中低速率移動場景中，具備大帶寬特性的5G網(wǎng)絡(luò)一方面可以對巡檢機(jī)器人進(jìn)行移動/飛行控制，在降低人工成本和安全風(fēng)險的同時大幅提升巡檢效率，另一方面還能把高清視頻圖像及時回傳到指揮中心做分析處理，提升運維效率。
三是高級計量。隨著家庭和工商業(yè)用戶對用電信息、電價信息等的知情和管理訴求日益凸顯，電力計量需要從傳統(tǒng)計量向高級計量演進(jìn)。具備廣連接特性的5G網(wǎng)絡(luò)可以連接海量的智能電表設(shè)備，并提升采集頻次，豐富采集內(nèi)容，實現(xiàn)雙向互動，最終滿足客戶智能用電和個性化服務(wù)的需求。
四是安全隔離。5G獨特的可定制化的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可端到端保障電網(wǎng)的高隔離性應(yīng)用，更好地滿足電力網(wǎng)絡(luò)對“行業(yè)專網(wǎng)”的訴求，為智能電網(wǎng)不同業(yè)務(wù)提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。比如上述三大類場景應(yīng)用，就可以在5G網(wǎng)絡(luò)下并行不悖，滿足用戶對安全性、可靠性和靈活性的多重需求。
標(biāo)準(zhǔn)護(hù)航5G+智能電網(wǎng)發(fā)展
場景契合背后，是5G與智能電網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)層面的“碰撞”。中國電力行業(yè)公司積極參與到3GPP 5G電力需求標(biāo)準(zhǔn)的制定中，和運營商以及華為一起致力于將智能電網(wǎng)需求納入5G國際標(biāo)準(zhǔn)，截止目前已向3GPP提交18篇電力需求提案，內(nèi)容涉及5G網(wǎng)絡(luò)授時、5G承載配網(wǎng)差動保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)能力開放、網(wǎng)絡(luò)切片管理、終端二次認(rèn)證等，其中9篇已被采納，分別納入4篇3GPP國際標(biāo)準(zhǔn)中。電力需求提案融入5G標(biāo)準(zhǔn)，指引和保障了5G+智能電網(wǎng)的發(fā)展。
多方聯(lián)合推進(jìn)5G+智能電網(wǎng)應(yīng)用落地
自2018年以來，中國電力行業(yè)公司、運營商及華為積極聯(lián)合，在產(chǎn)、學(xué)、研、用各環(huán)節(jié)通力合作，在5G+智能電網(wǎng)領(lǐng)域取得一系列豐碩的成果，持續(xù)推進(jìn)兩大超級基礎(chǔ)設(shè)施之間的“融會貫通”。
去年5月，南方電網(wǎng)與中國移動、華為簽署5G使能智能電網(wǎng)MOU。6月，三方聯(lián)合發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應(yīng)用白皮書》并簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，明確5G可以更好地滿足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性、可靠性和靈活性需求，實現(xiàn)差異化服務(wù)保障。11月，三方完成實驗室配網(wǎng)差動保護(hù)測試，并做好了深圳外場測試網(wǎng)絡(luò)的端到端建設(shè)。
今年2月，三方聯(lián)合完成5G智慧電網(wǎng)的外場測試，驗證了5G低時延及端到端切片的安全隔離能力。在本次外場測試真實復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，5G低時延端到端達(dá)到10ms以內(nèi)，表現(xiàn)良好穩(wěn)定，可滿足電網(wǎng)的差動保護(hù)和配網(wǎng)自動化需求。
今年6月，三方聯(lián)合完成了基于SA架構(gòu)的端到端切片驗證，第一個切片承載電力一二區(qū)業(yè)務(wù)，保障低時延，傳輸電力的配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)；第二個切片承載電力三四區(qū)業(yè)務(wù)，保障大帶寬，傳輸電力的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)；第三個切片承載公眾業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)、傳輸、無線在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)端到端經(jīng)過驗證，在公眾業(yè)務(wù)超流量情況下，不影響電力業(yè)務(wù)的安全可靠運行。面向未來，三方表示將完成更多應(yīng)用場景的驗證，攜手共同打造5G智能電網(wǎng)的示范區(qū)，推進(jìn)智能電網(wǎng)的商用。
國家電網(wǎng)的5G應(yīng)用也熱火朝天。去年6月，國家電網(wǎng)與中國電信、華為在2018世界移動大會·上海期間聯(lián)合演示了業(yè)界首個基于5G 網(wǎng)絡(luò)切片的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)，從端到端SLA保障、業(yè)務(wù)隔離性和運營獨立性等視角展示了5G網(wǎng)絡(luò)切片對智能電網(wǎng)帶來的全面提升。今年6月，國家電網(wǎng)與中國電信和華為聯(lián)合IHS Markit聯(lián)合發(fā)布了《5G網(wǎng)絡(luò)切片使能智能電網(wǎng)商業(yè)可行性分析》產(chǎn)業(yè)報告，第一次從定量的角度探索了5G電力切片的商業(yè)可行性。
……
從技術(shù)到商業(yè)，從暢想到實踐，5G給電力行業(yè)帶來的改變正在發(fā)生。相信在多方努力之下，5G+智能電網(wǎng)將交出一份1+1＞2的完美答卷。
