智能电网面临三大挑战 国家电网多手段推动5G技术落地

在日前召开的“中国联通边缘云合作伙伴大会”上，全球能源互联网研究院有限公司工学博士、高级工程师陆阳表示，5G在智能电网的应用刚刚起步，针对5G的大带宽、低时延、高可靠和大连接的三大能力，国家电网在巡检、配电网状态监测、大数据采集、准负荷控制、配电自动化等应用方面都在积极推动5G技术的研究和落地。

国家层面上目前已经提出了未来能源发展和变革的方向，国家提出未来的能源体系应该是构建清洁、低碳、便捷、高效的能源体系，在这样一个新的形势下，电网面临哪些严峻的挑战。

陆阳指出，“能源变革的核心就是电网的变革，在能源变革的新形势下，电网未来的发展方向是清洁、坚强和灵活，主要面临四大挑战。”

第一点是面临着高比例新能源并网调控的挑战，现在电网接纳可再生能源的压力越来越大，包括风电、光伏以及客户侧的分布式电源的接入，对电网的并网调控能力都提出了更高的要求。

第二点是大电网柔性互联与安全运行，国家电网公司目前重点在特高压交直流电网的建设上下了很大的工夫，大电网的柔性互联未来在相当长的时间内也是常态。

第三点是多元用户供需互动用电。陆阳表示，目前国网公司已经建成了覆盖4亿户以上的智能电表用电信息的采集系统，另外也建成了目前全球最大的智慧车联网平台，接入充电桩17万个以上，未来随着用户参与到电网的双向互动的环节越来越深入，包括分时电价以及需求侧响应以及电动汽车充放电等。

第四点是信息空间与电力系统紧密耦合和交互。现在大云物移智包括这些先进的信息通信技术，或多或少在电网中都得到了应用，未来的发展趋势，应用会更深入，和电网的一次系统深度柔和在一起。根据业务、应用的需求去部署信息通信新技术也是一项新挑战。

从目前国网公司电力通信技术应用的情况来看，横向按照传统理解，电网包括发、输、变、配、用和调度这六大环节，信息通信网从横向来看也是覆盖这六个环节。从纵向来看，国家电网也可以叫物联网，也是一张实体的网络，包含了感知层、网络层和应用层三个层面，或者按照目前比较流行的说法，工业互联网的架构来分，可以认为也包含了终端层、网络层、平台层和应用层。

陆阳表示，不管怎么划分，目前国网公司实际上是两张实体网络，一张是电网，一张是信息通信网，而且随着未来业务的不断发展，信息通信网的地位和重要性也是越来越突出。

那么，5G在电网这样一个垂直行业中，用无线技术究竟能够承载哪些业务？

对此，陆阳指出，电网的无线来承载技术分成三大类，首先是电网控制类业务，它涉及到核心的生产控制的业务流程，包括配电自动化、主动配电网差动保护、分布式电源接入控制、精准负荷控制等。第二类是信息采集类，具有点多面广的特点，包括用电信息采集。目前的信息采集相对来而言是比较单一的，但是随着以后的发展，智能电表会成为客户侧智能的终端。另外像电动汽车充电站、电网状态监测、视频监控这种信息采集类的需求。第三类是关于移动应用类，这块主要是和电网这个企业的经营管理相关的一些业务等一些需求。

“随着智能电网的不断建设和发展，这三大类挑战给无线泛在接入提出三点新的要求。”首先是实现面向客户侧各级负荷的精准控制能力，适应以特高压为骨干、各级电网协调发展的新型电网模式。第二点是实现各级电网重要廊道的监视、巡检，引入可视化、实时化、精益化的新型作业方式。第三点是实现用户双向互动、用电精细化管理。

5G在电网中的应用展望

展望5G，随着对大带宽、低时延、高可靠、大连接等业务的不断上线，业务需求也是不断增长的态势，陆阳测算，以密集城区单基站覆盖半径1km为例，单扇区平均承载终端数量可达2万个以上。

总体来看，未来电力业务的发展和5G的发展趋势是相吻合的，在未来电网中，小流量的大连接的物联网业务，以及宽带业务和低时延、高可靠的业务是并存的，呈现出广覆盖、大连接、低时延、高可靠、高安全等要求很高的特征。

5G是新型的无线通信技术，最大的特点，和传统2G/3G/4G相比，引入了包括边缘计算和网络切片新型的网络架构，边缘计算，企业部署边缘云、边缘计算的目的是为了降低业务端到核心网侧的时延，提供本地的闭环的控制，能够满足低时延应用的要求。网络切片能够实现一网多能，一张网络同时承载多种业务的需求，真正实现网络跟随业务的需求而发生变化，实现了网随云动或者网随业务需求而动这样一种新型的网络架构，这是未来5G在电网这个垂直行业中应用的最大优势。

陆阳表示，针对5G的大带宽、低时延、高可靠和大连接的三大能力，国家电网在巡检、配电网状态监测、大数据采集、准负荷控制、配电自动化等应用方面都在积极推动5G应用的研究和落地。

“在大带宽的场景下，电网中可能应用到的场景主要是应用在巡检过程中。”陆阳表示，巡检目前很多还是依靠人工来进行作业，工作量非常大，运维的难度也非常大，未来引入5G的技术以后，有可能支撑巡检侧实现自主化、精益化或者叫智能化的巡检。通过引入AR/VR增强技术，可以实现现场数据、高清图像、视频，实现远程和现场的实时会商，提高巡检的能力。“目前巡检更多是发生在变电站或者输电线路上，离业务的机房往往会有一定的距离。如何去部署这种边缘的计算能力，通过这种先进的运维手段能够获得实时的交互，也是下一步需要进一步研究的方向。”

在大连接方面，电网的主要应用包括两个场景。一是面向配电网状态监测，小数据量的特征，包括对配电一次设备的温度、环境的温湿度，以及开关的状态等来进行实时监测，把信息传回到主站进行实时分析。目前配网这块真的是点多面广，国网公司目前在用的配电变压器达到440万台以上，其他的设备包括一些配网的开关柜、环网柜、分支箱等在800万台以上，对网络的大连接能力和低功耗能力确实提出了新的挑战。陆阳表示，“类似于NB这种技术，它的功耗或者应对现场复杂环境的深度覆盖的能力，是否能够满足配网状态监测应用的需求，也需要进一步研究。”

二是针对大数据量的采集，国网也考虑是否要进行一些边缘计算能力的部署。陆阳指出，“如果把所有的数据量都上送到云上去处理，一是没有必要，而是数据量非常大。在输电线路状态监测中的应用，输电线路和配网不同的是，输电线路一般分布在偏远地区，无线网络的覆盖往往是非常薄弱的。针对输电线路的监测，如何把监测信息实现回传，也是需要研究的方面。”

关于低时延、高可靠，这也是电网中非常关注的一个场景，涉及到生产控制类的业务流程。

“国网公司跟其他企业在探讨5G时，都会把精准负荷控制作为潜在的低时延、高可靠的应用场景。”陆阳指出，精准负荷控制就是大电网系统保护的一个部分，最终目标是要实现发用电的平衡。

精准负荷控制通过切除用户侧可中断的负荷，来实现当电网输电发生故障以后，负荷侧不受到过大的冲击。时延要求是50ms，但是这个50ms是从终端到整个主站整个的通信时延，5G在空口上有1ms以内的能力，我们也在思考如何构建这样一个系统保护或者精准负荷控制的网络。5G已经达到了1ms以内，网络和业务主站应该怎样部署，能够实现在控制信号在传输的过程中不至于浪费更多5G在空口上的努力。

陆阳认为，配电自动化也是电网5G应用的一个方向，“目前国际上一流的要求是要达到99.999%的可靠性要求，换算成年户均停电时间不超过5分钟，对这样一个控制要求非常高的场景，可能5G在这样的场景下也会有应用。”

此外，陆阳指出，“针对安全方面的考虑，如果用5G来承载多业务，就要很好的在业务之间实现隔离，目前5G中提到网络切片技术，能够从物理层到逻辑层实现全方位隔离解决方案，未来在承载电网业务的时候也是一种非常有效的解决方案。”

展望未来，陆阳指表示，5G在运营商层面已经日趋成熟，开展很多规模试点和应用，在电力行业目前刚刚起步，我们也希望借这携手合作伙伴，共同推动5G技术在智能电网或者说在未来能源互联网中的应用。