如何推動5G在智能電網(wǎng)進程 三大大山難推倒

在日前召開的“中國聯(lián)通邊緣云合作伙伴大會”上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司工學(xué)博士、高級工程師陸陽表示，5G在智能電網(wǎng)的應(yīng)用剛剛起步，針對5G的大帶寬、低時延、高可靠和大連接的三大能力，國家電網(wǎng)在巡檢、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)采集、準負荷控制、配電自動化等應(yīng)用方面都在積極推動5G技術(shù)的研究和落地。

國家層面上目前已經(jīng)提出了未來能源發(fā)展和變革的方向，國家提出未來的能源體系應(yīng)該是構(gòu)建清潔、低碳、便捷、高效的能源體系，在這樣一個新的形勢下，電網(wǎng)面臨哪些嚴峻的挑戰(zhàn)。

陸陽指出，“能源變革的核心就是電網(wǎng)的變革，在能源變革的新形勢下，電網(wǎng)未來的發(fā)展方向是清潔、堅強和靈活，主要面臨四大挑戰(zhàn)。”

第一點是面臨著高比例新能源并網(wǎng)調(diào)控的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在電網(wǎng)接納可再生能源的壓力越來越大，包括風(fēng)電、光伏以及客戶側(cè)的分布式電源的接入，對電網(wǎng)的并網(wǎng)調(diào)控能力都提出了更高的要求。

第二點是大電網(wǎng)柔性互聯(lián)與安全運行，國家電網(wǎng)公司目前重點在特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)上下了很大的工夫，大電網(wǎng)的柔性互聯(lián)未來在相當(dāng)長的時間內(nèi)也是常態(tài)。

第三點是多元用戶供需互動用電。陸陽表示，目前國網(wǎng)公司已經(jīng)建成了覆蓋4億戶以上的智能電表用電信息的采集系統(tǒng)，另外也建成了目前全球最大的智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺，接入充電樁17萬個以上，未來隨著用戶參與到電網(wǎng)的雙向互動的環(huán)節(jié)越來越深入，包括分時電價以及需求側(cè)響應(yīng)以及電動汽車充放電等。

第四點是信息空間與電力系統(tǒng)緊密耦合和交互?，F(xiàn)在大云物移智包括這些先進的信息通信技術(shù)，或多或少在電網(wǎng)中都得到了應(yīng)用，未來的發(fā)展趨勢，應(yīng)用會更深入，和電網(wǎng)的一次系統(tǒng)深度柔和在一起。根據(jù)業(yè)務(wù)、應(yīng)用的需求去部署信息通信新技術(shù)也是一項新挑戰(zhàn)。

從目前國網(wǎng)公司電力通信技術(shù)應(yīng)用的情況來看，橫向按照傳統(tǒng)理解，電網(wǎng)包括發(fā)、輸、變、配、用和調(diào)度這六大環(huán)節(jié)，信息通信網(wǎng)從橫向來看也是覆蓋這六個環(huán)節(jié)。從縱向來看，國家電網(wǎng)也可以叫物聯(lián)網(wǎng)，也是一張實體的網(wǎng)絡(luò)，包含了感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個層面，或者按照目前比較流行的說法，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)來分，可以認為也包含了終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。

陸陽表示，不管怎么劃分，目前國網(wǎng)公司實際上是兩張實體網(wǎng)絡(luò)，一張是電網(wǎng)，一張是信息通信網(wǎng)，而且隨著未來業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，信息通信網(wǎng)的地位和重要性也是越來越突出。

那么，5G在電網(wǎng)這樣一個垂直行業(yè)中，用無線技術(shù)究竟能夠承載哪些業(yè)務(wù)？

對此，陸陽指出，電網(wǎng)的無線來承載技術(shù)分成三大類，首先是電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)，它涉及到核心的生產(chǎn)控制的業(yè)務(wù)流程，包括配電自動化、主動配電網(wǎng)差動保護、分布式電源接入控制、精準負荷控制等。第二類是信息采集類，具有點多面廣的特點，包括用電信息采集。目前的信息采集相對來而言是比較單一的，但是隨著以后的發(fā)展，智能電表會成為客戶側(cè)智能的終端。另外像電動汽車充電站、電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、視頻監(jiān)控這種信息采集類的需求。第三類是關(guān)于移動應(yīng)用類，這塊主要是和電網(wǎng)這個企業(yè)的經(jīng)營管理相關(guān)的一些業(yè)務(wù)等一些需求。

“隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)和發(fā)展，這三大類挑戰(zhàn)給無線泛在接入提出三點新的要求。”首先是實現(xiàn)面向客戶側(cè)各級負荷的精準控制能力，適應(yīng)以特高壓為骨干、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的新型電網(wǎng)模式。第二點是實現(xiàn)各級電網(wǎng)重要廊道的監(jiān)視、巡檢，引入可視化、實時化、精益化的新型作業(yè)方式。第三點是實現(xiàn)用戶雙向互動、用電精細化管理。

5G在電網(wǎng)中的應(yīng)用展望

展望5G，隨著對大帶寬、低時延、高可靠、大連接等業(yè)務(wù)的不斷上線，業(yè)務(wù)需求也是不斷增長的態(tài)勢，陸陽測算，以密集城區(qū)單基站覆蓋半徑1km為例，單扇區(qū)平均承載終端數(shù)量可達2萬個以上。

總體來看，未來電力業(yè)務(wù)的發(fā)展和5G的發(fā)展趨勢是相吻合的，在未來電網(wǎng)中，小流量的大連接的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，以及寬帶業(yè)務(wù)和低時延、高可靠的業(yè)務(wù)是并存的，呈現(xiàn)出廣覆蓋、大連接、低時延、高可靠、高安全等要求很高的特征。

5G是新型的無線通信技術(shù)，最大的特點，和傳統(tǒng)2G/3G/4G相比，引入了包括邊緣計算和網(wǎng)絡(luò)切片新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，邊緣計算，企業(yè)部署邊緣云、邊緣計算的目的是為了降低業(yè)務(wù)端到核心網(wǎng)側(cè)的時延，提供本地的閉環(huán)的控制，能夠滿足低時延應(yīng)用的要求。網(wǎng)絡(luò)切片能夠?qū)崿F(xiàn)一網(wǎng)多能，一張網(wǎng)絡(luò)同時承載多種業(yè)務(wù)的需求，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)跟隨業(yè)務(wù)的需求而發(fā)生變化，實現(xiàn)了網(wǎng)隨云動或者網(wǎng)隨業(yè)務(wù)需求而動這樣一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這是未來5G在電網(wǎng)這個垂直行業(yè)中應(yīng)用的最大優(yōu)勢。

陸陽表示，針對5G的大帶寬、低時延、高可靠和大連接的三大能力，國家電網(wǎng)在巡檢、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)采集、準負荷控制、配電自動化等應(yīng)用方面都在積極推動5G應(yīng)用的研究和落地。

“在大帶寬的場景下，電網(wǎng)中可能應(yīng)用到的場景主要是應(yīng)用在巡檢過程中?！标戧柋硎?，巡檢目前很多還是依靠人工來進行作業(yè)，工作量非常大，運維的難度也非常大，未來引入5G的技術(shù)以后，有可能支撐巡檢側(cè)實現(xiàn)自主化、精益化或者叫智能化的巡檢。通過引入AR/VR增強技術(shù)，可以實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、高清圖像、視頻，實現(xiàn)遠程和現(xiàn)場的實時會商，提高巡檢的能力。“目前巡檢更多是發(fā)生在變電站或者輸電線路上，離業(yè)務(wù)的機房往往會有一定的距離。如何去部署這種邊緣的計算能力，通過這種先進的運維手段能夠獲得實時的交互，也是下一步需要進一步研究的方向。”

在大連接方面，電網(wǎng)的主要應(yīng)用包括兩個場景。一是面向配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測，小數(shù)據(jù)量的特征，包括對配電一次設(shè)備的溫度、環(huán)境的溫濕度，以及開關(guān)的狀態(tài)等來進行實時監(jiān)測，把信息傳回到主站進行實時分析。目前配網(wǎng)這塊真的是點多面廣，國網(wǎng)公司目前在用的配電變壓器達到440萬臺以上，其他的設(shè)備包括一些配網(wǎng)的開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱等在800萬臺以上，對網(wǎng)絡(luò)的大連接能力和低功耗能力確實提出了新的挑戰(zhàn)。陸陽表示，“類似于NB這種技術(shù)，它的功耗或者應(yīng)對現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境的深度覆蓋的能力，是否能夠滿足配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的需求，也需要進一步研究。”

二是針對大數(shù)據(jù)量的采集，國網(wǎng)也考慮是否要進行一些邊緣計算能力的部署。陸陽指出，“如果把所有的數(shù)據(jù)量都上送到云上去處理，一是沒有必要，而是數(shù)據(jù)量非常大。在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，輸電線路和配網(wǎng)不同的是，輸電線路一般分布在偏遠地區(qū)，無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋往往是非常薄弱的。針對輸電線路的監(jiān)測，如何把監(jiān)測信息實現(xiàn)回傳，也是需要研究的方面?！?/p>

關(guān)于低時延、高可靠，這也是電網(wǎng)中非常關(guān)注的一個場景，涉及到生產(chǎn)控制類的業(yè)務(wù)流程。

“國網(wǎng)公司跟其他企業(yè)在探討5G時，都會把精準負荷控制作為潛在的低時延、高可靠的應(yīng)用場景?！标戧栔赋?，精準負荷控制就是大電網(wǎng)系統(tǒng)保護的一個部分，最終目標是要實現(xiàn)發(fā)用電的平衡。

精準負荷控制通過切除用戶側(cè)可中斷的負荷，來實現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)輸電發(fā)生故障以后，負荷側(cè)不受到過大的沖擊。時延要求是50ms，但是這個50ms是從終端到整個主站整個的通信時延，5G在空口上有1ms以內(nèi)的能力，我們也在思考如何構(gòu)建這樣一個系統(tǒng)保護或者精準負荷控制的網(wǎng)絡(luò)。5G已經(jīng)達到了1ms以內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)主站應(yīng)該怎樣部署，能夠?qū)崿F(xiàn)在控制信號在傳輸?shù)倪^程中不至于浪費更多5G在空口上的努力。

陸陽認為，配電自動化也是電網(wǎng)5G應(yīng)用的一個方向，“目前國際上一流的要求是要達到99.999%的可靠性要求，換算成年戶均停電時間不超過5分鐘，對這樣一個控制要求非常高的場景，可能5G在這樣的場景下也會有應(yīng)用?！?/p>

此外，陸陽指出，“針對安全方面的考慮，如果用5G來承載多業(yè)務(wù)，就要很好的在業(yè)務(wù)之間實現(xiàn)隔離，目前5G中提到網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，能夠從物理層到邏輯層實現(xiàn)全方位隔離解決方案，未來在承載電網(wǎng)業(yè)務(wù)的時候也是一種非常有效的解決方案?！?/p>

展望未來，陸陽指表示，5G在運營商層面已經(jīng)日趨成熟，開展很多規(guī)模試點和應(yīng)用，在電力行業(yè)目前剛剛起步，我們也希望借這攜手合作伙伴，共同推動5G技術(shù)在智能電網(wǎng)或者說在未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。