电子通讯

5G通信技术在智能配电网上的应用将实现国家智能

2019-08-07 16:05

 

  7月9日,首个1.8G赫兹电力无线专网在江苏省会南京投入运行,为用电需求打造了一条“专属高速公”,实现了南京地区电力无线专网全覆盖。

  在大力发展智能电网和泛在电力物联网的背景下,通信多元化发展在不同的应用场景下可发挥各自的技术优势。电力无线专网作为以电力光纤为主通信的电力专网通信另一补充,将克服通信建设难度大和GPRS等公网通信安全隐患的弊端,为电网智能化向末端配网进一步延伸提供了可能。

  6月6日,随着工信部正式发放5G商用牌照,5G公网通信商用已经呼之欲出。5G公网通信,以其5G网络切片技术,将为公网通信包括电力行业在内的超低时延、安全性、可靠性要求高的关键任务型物联网用户提供新的通信解决方案。

  电力无线专网根据智能电网终端通信接入网需求,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、软件无线电等关键技术,深度定制开发的宽带无线接入系统。具有高带宽、容量大、频谱效率高、安全性高等优势,能够承载信息采集、实时图像、应急抢险等多项智能业务。

  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网络的传输速度快数百倍。与前几代移动通信技术相比,5G具有超大带宽超高速率、高可靠超低时延、超多连接等特点,有助于提高供电质量和电力系统的灵活性。而5G网络切片技术,本质上就是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活的应对不同的网络应用场景。

  智能电网是国家的发展战略,是未来电网的发展方向,而通信则是智能电网发展的基础。在配电自动化业务中,通信是最为薄弱的环节,严重制约了电力设备智能化程度,在时间进度上也影响了智能电网的发展。而无线通信技术的发展不仅是在网络部署、投资建设成本、用电侧覆盖、后期扩容等方面完胜通信技术,还弥补了无线公网话务拥塞、剩余容量小、安全性低的缺点,具有专网专用,容量大,接通率高、安全性高的特性。

  目前电力无线专网的系统设计采用的上下行4:2比例配置,大量带宽用于下行传输,可通过10kV终端通信接入,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级管理算法,可完全满足不同业务的优先级和时延要求,提高电力系统的供电质量。

  虽然5G公网通信技术同样可实现各终端间的对等通信,形成集变电所自动化、容器组调节控制、用户负荷控制和远方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控制类业务,如开关站、配电房、配电箱、综合接入配网自动化、计量自动化等方面会选择安全性、通道可靠性、灵活性较高的光纤通信和无线G通信将作为一种补充覆盖方式,在一些不具备控制功能的开关柜、配电房等节点使用。

  近年来,随着行业信息化的不断深入发展,电力系统对通信专网的要求更高了。而电力无线G网络的出现,借助自身优势,能充分满足电力通信网末端覆盖和通信接入的需求。

  电力无线专网通过高宽带、低时延的技术特性可实现多信息、数据的回传以及控制命令的下发,在配电自动化、应急抢修、检修及移动资产可视化管理等应用上已取得显著的成效。

  同样5G超低时延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长,当配网局部发生故障时,5G通信系统使得毫秒级自动定位并隔离故障成为可能,从而保障非故障区域的不间断供电,可大幅度提高应急效率。

  我国分布式电源发展迅速,按1%的占比逐年增加,预计到2020年,我国分布式电源装机容量可达1.87亿千瓦,占同期全国总装机的9.1%。而目前分布式发电面临的关键问题有两个:一是业务节点多、海量的数据如何接入?二是如何对大量分布式能源进行控制和管理,防止其并网或脱网时对电力大网造成电压波动?

  针对问题一,5G通信技术则凭借高速率、高安全、全覆盖、智能化的特点,可有效地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。

  问题二的难点通过采用电力无线宽带专网系统的双向无线高速通道,电网中央控制平台能够在毫秒级时间内实现与网关智能电表的数据双向交互和较强的实时性,也能得到解决。

  用电信息的采集能为电网进行负荷预测、电力营销等提供强有力的数据支撑,让电网企业更加精准地掌握区域用电的情况,从而提升电网的服务水平。

  电力无线专网通过高带宽、容量大、频谱效率高的特性,可实现用电数据采集的高效、稳定,达到了精准抄表的目标,同时在一些公网无法覆盖的地区,也可以考虑部署部分电力无线专网热点,将用电信息采集的范围进一步延伸,实现更精细化的供需平衡。

  5G网络的大规模运营使得其在低压电能计量服务上的应用具备得天独厚的优势,可将偏远地区、农电配网和城市密集的用电户都实时精准地接入用电信息采集系统,同时也减少了网络的建设规模。

  电力系统对于网络安全要求极高,电力无线专网是根据电力行业需求,进行深度定制化开发,实现专网专用的网络,与互联网隔离,杜绝了侵入的可能性,能够满足安全需求。而5G则是公网通信,可能存在传输通道阻塞,虽然有多重网络安全措施,但仍然存在安全风险等问题。

  事实上,我们发现,不论是电力无线G通信技术,两者在电力无线通信领域的应用都各有优势。相对来说,5G由于覆盖广、超低时延和高可靠性的信息传输,在用电信息收集、应急抢修等方面更具优势,但在安全性和主动权方面则处于劣势,更适合应用于一些对不具备控制功能,且要求覆盖范围广、低时延的配用电业务。

  电力无线专网则在安全性和通信质量方面相对更强,但在建设成本和全面覆盖上还存在一定压力,更多应该应用于电力物联网下的采集与控制业务。

  对于“未来到底是应该在5G网络技术加码,加大其对电力无线通信领域的深入探索和应用,还是继续电力无线专网的技术研发,让其发挥在电力无线通信领域的支撑作用”的问题,不是“鱼和熊掌不可兼得”的问题,发挥各自优势,在不同的应用场景下应用不同的技术,通信、无线公网、无线专网相互补充,以智能电网和泛在电力物联网共同支撑的能源互联时代将指日可待。

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