未來5G技術(shù)在智能電網(wǎng)中的四大應(yīng)用場景

從電流走向視角來看，電網(wǎng)主要包括五大環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電及用電。通過對(duì)電力行業(yè)充分的需求調(diào)研、討論和分析，我們從中識(shí)別并篩選出了對(duì)于無線通信具有潛在需求，未來5G技術(shù)在智能電網(wǎng)中最具代表性的四大場景：智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制、低壓用電信息采集、分布式電源。

場景1：智能分布式配電自動(dòng)化

配電自動(dòng)化（DistributedAutomation）是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，其目的是提高供電可靠性，改進(jìn)電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。配電自動(dòng)化的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段。

第一階段是基于自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動(dòng)化階段，主要設(shè)備為重合器和分段器等，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其主要功能是在故障時(shí)通過自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。這一階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)局限在自動(dòng)重合器和備用電源自動(dòng)投入裝置。自動(dòng)化程度較低，這些系統(tǒng)目前仍大量應(yīng)用。

第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用，故障時(shí)能及時(shí)察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第三階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。它在第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理(DSM)、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，形成了集變電所自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，功能多達(dá)140余種?，F(xiàn)階段的配電自動(dòng)化以此為目標(biāo)建設(shè)和完善。

當(dāng)前主流方案采用集中式配電自動(dòng)化方案，其通信系統(tǒng)主要傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括終端上傳主站(上行方向)的遙測、遙信信息采集業(yè)務(wù)以及主站下發(fā)終端（下行方向）的常規(guī)總召、線路故障定位（定線、定段）隔離、恢復(fù)時(shí)的遙控命令，上行流量大、下行流量小，主站為地市集中部署。

隨著電力可靠供電要求的逐步提升，要求高可靠性供電區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)電力不間斷持續(xù)供電，將事故隔離時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域不停電服務(wù)，則對(duì)集中式配電自動(dòng)化中的主站集中處理能力和時(shí)延等提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此智能分布式配電自動(dòng)化成為未來配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的方向和趨勢(shì)之一。其特點(diǎn)在于將原來主站的處理邏輯分布式下沉到智能配電化終端，通過各終端間的對(duì)等通信，實(shí)現(xiàn)智能判斷、分析、故障定位、故障隔離以及非故障區(qū)域供電恢復(fù)等操作，從而實(shí)現(xiàn)故障處理過程的全自動(dòng)進(jìn)行，最大可能地減少故障停電時(shí)間和范圍，使配網(wǎng)故障處理時(shí)間從分鐘級(jí)提高到毫秒級(jí)。

場景2：毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制

電網(wǎng)負(fù)荷控制主要包括調(diào)度批量負(fù)荷控制和營銷負(fù)荷控制系統(tǒng)兩種控制模式。電網(wǎng)故障情況下，負(fù)荷控制主要通過第二道防線的穩(wěn)控系統(tǒng)緊急切除負(fù)荷，防止電網(wǎng)穩(wěn)定破壞；通過第三道防線的低頻低壓減載裝置負(fù)荷減載，避免電網(wǎng)崩潰；這種穩(wěn)控裝置集中切負(fù)荷社會(huì)影響較大，電網(wǎng)第三道防線措施意味著用電負(fù)荷更大面積損失。在目前特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)過渡階段，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)依然是緊急情況下保障電網(wǎng)安全的重要手段。若某饋入特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖，受端電網(wǎng)損失功率超過一定限額，電網(wǎng)頻率將產(chǎn)生嚴(yán)重跌落，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰。為確保直流故障后電網(wǎng)穩(wěn)定安全穩(wěn)定運(yùn)行，通常綜合采用多直流提升、抽蓄電站切泵等措施來平衡電網(wǎng)功率的缺額，但上述措施在直流嚴(yán)重故障下仍不足以阻止電網(wǎng)的頻率跌落，緊急切負(fù)荷措施依然是必要手段。針對(duì)類似直流雙極閉鎖等嚴(yán)重故障，若采用過傳統(tǒng)方式以110KV負(fù)荷線路為對(duì)象，集中切除負(fù)荷的方式，將會(huì)觸發(fā)國務(wù)院599號(hào)令所規(guī)定的電力事故等級(jí)，造成較大的社會(huì)影響。而采用基于穩(wěn)控技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)，控制對(duì)象精準(zhǔn)到生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的可中斷負(fù)荷，既滿足電網(wǎng)緊急情況下的應(yīng)急處置，同時(shí)僅涉及經(jīng)濟(jì)生活中的企業(yè)用戶，且為用戶的可中斷負(fù)荷，將經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響降至了最低，是目前負(fù)荷控制系統(tǒng)的一大技術(shù)創(chuàng)新。

傳統(tǒng)配網(wǎng)由于缺少通信網(wǎng)絡(luò)支持，切除負(fù)荷手段相對(duì)簡單粗暴，通常只能切除整條配電線路。從業(yè)務(wù)影響、用戶體驗(yàn)等角度出發(fā)，希望盡可能做到減少對(duì)重要用戶的影響，通過精準(zhǔn)控制，優(yōu)先切除可中斷非重要負(fù)荷，例如電動(dòng)汽車充電樁、工廠內(nèi)部非連續(xù)生產(chǎn)的電源等。

場景3：低壓用電信息采集

低壓用電信息采集業(yè)務(wù)是對(duì)電力用戶的用電信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的自動(dòng)采集、計(jì)量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能。

電力用戶用電信息采集業(yè)務(wù)當(dāng)前主要用于計(jì)量，主要傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括終端上傳主站的狀態(tài)量采集類業(yè)務(wù)以及主站下發(fā)終端（下行方向）的常規(guī)總召命令，呈現(xiàn)出上行流量大、下行流量小的特點(diǎn)，現(xiàn)有的通訊方式主要包括230M、無線公網(wǎng)和光纖傳輸方式，各類用戶終端采用集中器方式目前主站為省公司集中部署。早期采集的方式是一天24個(gè)計(jì)量點(diǎn)，目前是分為5min和15min采集方式，其中0點(diǎn)為統(tǒng)一采集。

未來新業(yè)務(wù)帶來用電信息數(shù)據(jù)（準(zhǔn)）實(shí)時(shí)上報(bào)的新需求。同時(shí)，終端數(shù)量級(jí)進(jìn)一步提升。未來的用電信息采集將進(jìn)一步延伸到家庭，能夠獲取所有用電終端的負(fù)荷信息，以更精細(xì)化的實(shí)現(xiàn)供需平衡，牽引合理錯(cuò)峰用電。例如當(dāng)前歐美等國已經(jīng)在實(shí)行的電價(jià)階梯報(bào)價(jià)機(jī)制，需要實(shí)時(shí)公示通知電價(jià)，以便用戶能夠按需預(yù)約采購。

場景4：分布式電源

風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電動(dòng)汽車充換電站、儲(chǔ)能設(shè)備及微網(wǎng)等新型分布式電源是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行。隨著我國能源變革發(fā)展的深入推進(jìn)，對(duì)于清潔能源的快速并網(wǎng)與全消納也成為電網(wǎng)企業(yè)迫切需要解決的難題。

我國分布式電源發(fā)展迅速，占比逐年增加,年均增加近1個(gè)百分點(diǎn)。到2020年分布式電源裝機(jī)容量可達(dá)1.87億千瓦,占同期全國總裝機(jī)的9.1%。分布式電源接入是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。分布式電源集成到電網(wǎng)中可帶來巨大的效益。除了節(jié)省對(duì)輸電網(wǎng)的投資外，它可提高全系統(tǒng)的可靠性和效率，提供對(duì)電網(wǎng)的緊急功率和峰荷電力支持。同時(shí)，它也為系統(tǒng)運(yùn)行提供了巨大的靈活性。如在風(fēng)暴和冰雪天氣下，當(dāng)大電網(wǎng)遭到嚴(yán)重破壞時(shí)，這些分布式電源可自行形成孤島或微網(wǎng)向醫(yī)院、交通樞紐和廣播電視等重要用戶提供應(yīng)急供電。

但是，分布式電源并網(wǎng)給配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的技術(shù)問題和挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)并未考慮分布式電源的接入。在并入分布式電源后，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化，將從原來的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源甚至多電源網(wǎng)絡(luò)，配網(wǎng)側(cè)的潮流方式更加復(fù)雜。用戶既是用電方，又是發(fā)電方，電流呈現(xiàn)出雙向流動(dòng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化。

因此，配電網(wǎng)急需發(fā)展新的技術(shù)和工具，增加配電網(wǎng)的可靠性、靈活性及效率。分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分布式電源運(yùn)行監(jiān)視和控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)采集和處理、有功功率調(diào)節(jié)、電壓無功功率控制、孤島檢測、調(diào)度與協(xié)調(diào)控制及與相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)等功能，主要由分布式電源監(jiān)控主站、分布式電源監(jiān)控子站、分布式電源監(jiān)控終端和通信系統(tǒng)等部分組成。

綜上所述，基于智能電網(wǎng)的應(yīng)用場景分析可見，不同場景下的業(yè)務(wù)的要求差異較大，體現(xiàn)在不同的技術(shù)指標(biāo)要求上。運(yùn)營企業(yè)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商應(yīng)針對(duì)這些行業(yè)的技術(shù)指標(biāo)要求，進(jìn)一步量化網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)和架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括進(jìn)一步量化5G網(wǎng)絡(luò)切片安全性要求、業(yè)務(wù)隔離要求、端到端業(yè)務(wù)時(shí)延要求，協(xié)商網(wǎng)絡(luò)能力開放要求、網(wǎng)絡(luò)管理界面等，以及探討商業(yè)合作模式、未來生態(tài)環(huán)境等，提供滿足電力行業(yè)多場景差異化的完整解決方案，并進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和示范。