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5G通信技术在智能配电网上的应用将实现国家智能电网的发展战略

2023-05-08

7月9日,首个1.8G赫兹电力无线网络在江苏省会南京投入运营,为公共电力需求建设了“独家高速公路”,实现了南京电力无线网络的全面覆盖。

       在大力发展智能电网和泛在电力物联网的背景下,通信多元化的发展可以在不同的应用场景中发挥各自的技术优势。电力无线网络作为电力光纤电力网络通信的另一个补充,将克服有线通信建设困难和GPRS等公共网络通信安全风险的缺点,为电网智能进一步延伸到终端网络提供可能。

       6月6日,随着工业和信息化部正式颁发5g商业许可证,5g公网通信商业化即将出现。5g公网通信,以其5g网络切片技术,将为超低延迟、安全性、可靠性要求高的关键任务物联网用户提供新的通信解决方案,包括电力行业。

1.基本概念

       根据智能电网终端通信接入网络的需求,电力无线网络与电力专用230mHz频谱有机结合,基于离散窄带多频点聚合、动态频谱感知、软件无线电等关键技术,深度定制开发宽带无线接入系统。具有带宽高、容量大、频谱效率高、安全性高等优点,可承载信息采集、实时图像监控、应急救援等智能业务。

       5G网络是第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每8秒1GB,比4G网络传输速度快几百倍。与前几代移动通信技术相比,5G具有超大带宽、超高速、高可靠、超低延迟、超连接等特点,有助于提高供电质量和电力系统的灵活性。5G网络切片技术本质上是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络。每个虚拟网络根据延迟、带宽、安全性和可靠性等不同的服务需求进行划分,以灵活应对不同的网络应用场景。

2.在智能配电网上的应用

       智能电网是国家发展战略,是未来电网的发展方向,通信是智能电网发展的基础。在配电自动化业务中,通信是最薄弱的环节,严重制约了电力设备的智能化程度,也影响了智能电网在时间进度上的发展。无线技术的发展不仅在网络部署、投资建设成本、用电侧覆盖、后期扩展维护等方面优于有线通信技术,而且弥补了无线公网交通拥堵、剩余容量小、安全性低的缺点,具有专用网络、容量大、连接率高、安全性高的特点。

       目前,电力无线专网系统设计采用上下行4:2比例配置,大量带宽用于下行传输,可通过10kV终端通信访问,实现开关站、箱式变电站等设备的信息采集和控制。同时,系统还为智能配电网设计了专门的优先管理算法,可以完全满足不同业务的优先级和延迟要求,提高电力系统的供电质量。

虽然5g公网通信技术也可以实现各终端之间的平等通信,形成集变电站自动化、容器组调节控制、用户负荷控制、远程抄表等系统于       一体的配电网管理系统,但配电网的重要性决定了其在开关站、配电室、配电箱、综合接入配电网自动化、计量自动化等控制业务中的安全性、通道可靠性、灵活性高的光纤通信和无线网络,5g通信将作为一种补充覆盖方式,用于一些没有控制功能的开关柜、配电室等节点。

3.在电网配用电侧的应用

       近年来,随着行业信息化的不断发展,电力系统对通信网络的要求越来越高。电力无线网络和5G网络的出现可以充分满足电力通信网络末端覆盖和通信接入的需求。

       通过高宽带、低延迟的技术特点,电力无线网络可以实现多媒体信息、数据的传输和控制命令的发布,在配电自动化、应急维护、维护和移动资产可视化管理方面取得了显著成效。

       同样,5g超低延迟和高可靠性的信息传输特性也有助于降低电力系统潜在停电影响的范围和时间。当配网局部发生故障时,5g通信系统可以自动定位和隔离毫秒级故障,从而保证非故障区域的不间断供电,大大提高应急效率。

应用于分布式电源数据接入

       我国分布式电源发展迅速,占1%的比例逐年增加。预计到2020年,我国分布式电源装机容量将达到1.87亿千瓦,占同期全国总装机容量的9.1%。目前,分布式发电面临两个关键问题:一是如何接入业务节点多、数据量大的数据?二是如何控制和管理大量分布式能源,防止并网或脱网时电网电压波动?

       针对问题1,5g通信技术具有高速、高安全、全覆盖、智能化的特点,能有效解决分布式电源分散、点多、量大等问题,为分布式电源的海量数据接入提供保障。

       通过采用电力无线宽带专用网络系统的双向无线高速通道,电网中央控制平台可以在毫秒内实现与网关智能电表的数据双向交互和强大的实时性,也可以解决。

4.应用于低压电能计量服务

       电力信息的收集可以为电网的负荷预测和电力营销提供强有力的数据支持,使电网企业能够更准确地掌握区域用电情况,从而提高电网的服务水平。

       通过带宽高、容量大、频谱效率高的特点,电力无线网络可以实现高效稳定的电力数据采集,实现准确抄表的目标。同时,在一些公网无法覆盖的地区,也可以考虑部署一些电力无线网络热点,进一步扩大电力信息采集范围,实现更精细的供需平衡。

       5g网络的大规模运行使其在低压电能计量服务中的应用具有得天独厚的优势。它可以实时准确地连接偏远地区、农业电力配电网和城市密集用户的电力信息采集系统,降低有线网络的建设规模。

5.应用于网络安全

       电力系统对网络安全有很高的要求。电力无线专用网络是根据电力行业的需要进行深度定制开发,实现专用网络,与互联网隔离,消除外部入侵的可能性,满足安全需求。5G是公共网络通信,可能存在传输通道堵塞。虽然有多种网络安全措施,但仍存在安全风险等问题。

       事实上,我们发现无论是电力无线网络还是5G通信技术,它们在电力无线通信领域的应用都有自己的优势。相对而言,5G由于覆盖范围广、延迟超低、信息传输可靠性高,在电力信息收集、应急维修等方面具有优势,但在安全和主动性方面处于劣势,更适合一些无控制功能、覆盖范围广、延迟低的配电业务。

       电力无线网络在安全性和通信质量方面相对较强,但在建设成本和综合覆盖方面仍存在一定压力,更应用于电力物联网下的收集和控制业务。

结语

       对于“未来应增加5G网络技术,增加电力无线通信领域的深入探索和应用,或继续坚持电力无线网络技术研发,让其在电力无线通信领域发挥支持作用”问题,不是“鱼熊掌”,发挥各自的优势,在不同的应用场景中应用不同的技术、有线通信、无线网络、无线网络互补,智能电网和泛在电力物联网支持能源互联时代即将到来。