當前，全球電力網(wǎng)絡正加速向智能電網(wǎng)升級，信息通信也迅速向5G時代邁進，兩大高速演進中的超級基礎設施之間，正在產生一些奇妙的化學反應。
5G給智能電網(wǎng)注入新動能
ITU給5G定義了三大場景，即增強移動帶寬（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和大規(guī)模機器類通信（mMTC），它們在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電，以及應急通信各個環(huán)節(jié)均有不同程度的應用。
在發(fā)電端，5G應用的主要場景有新能源功率預測與狀態(tài)感知、分散式風電組網(wǎng)管理與控制等。這些場景對無線通信的連接數(shù)和時延有較高要求。其中，集中式新能源監(jiān)控需要百萬級的連接數(shù)，風電的葉片變槳控制需要不超過20毫秒的低時延。
在輸電段，5G應用的主要場景是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測和無人機巡檢。這類場景對連接數(shù)和帶寬要求較高。其中，對輸電線路進行在線監(jiān)測需要連接和管理千萬級的傳感器，無人機巡檢線路需要100Mbps級的大帶寬。
在變電端，5G應用的主要場景是變電站智能巡檢。借助智能機器人代替人工進入變電站內移動作業(yè)，可降低風險并提高效率。這類場景需要100Mbps級的大帶寬以支撐機器人回傳高清視頻。
在配電側，5G的應用比較廣泛，涵蓋故障監(jiān)測定位到精準負荷控制的全流程。這些應用對低時延的要求非常高，其中配網(wǎng)保護與控制、智能配電網(wǎng)微型同步相量測量都要求低于10毫秒的超低時延，基于用戶響應的負荷控制也要求不超過20毫秒的低時延。同時，這一環(huán)節(jié)需要管理的連接數(shù)也比較大，基本都在百萬級和千萬級。
在用電端，5G的應用也十分廣泛，涉及用電信息采集、分布式能源及儲能、電動汽車充電樁、智能家居等電能計量及用電管理的方方面面。這一層應用最突出的需求是廣連接，基本都在千萬級甚至上億。
此外在應急通信方面，5G也能更好地支持語音調度及視頻監(jiān)控等場景應用，提供更大的帶寬和更廣的連接，滿足臨時場景的爆發(fā)式需求。
5G＋智能電網(wǎng)四大典型應用
當前，圍繞電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電全流程，基于5G的大帶寬、低時延、廣連接特性以及獨特的“網(wǎng)絡切片”技術，電力行業(yè)公司、運營商和設備商在推進5G＋智能電網(wǎng)應用落地時主要集中在以下四大典型應用：
一是差動保護。憑借超低時延，5G可以替代光纖做配網(wǎng)差動保護，大幅降低成本。電力的配電網(wǎng)絡由配電站和輸電線組成，配電站里有輸電設備、變壓器、配電保護設備（DTU）等，假如全網(wǎng)按照有線連接的方式去部署差動保護，那么對光纖的需求量和部署難度會極大地推高成本。憑借小于10ms的超低時延，5G網(wǎng)絡可以代替光纖去做差動保護，實現(xiàn)降本增效。
二是無人巡檢。在變電站機器人巡檢等電力生產管理中的中低速率移動場景中，具備大帶寬特性的5G網(wǎng)絡一方面可以對巡檢機器人進行移動/飛行控制，在降低人工成本和安全風險的同時大幅提升巡檢效率，另一方面還能把高清視頻圖像及時回傳到指揮中心做分析處理，提升運維效率。
三是高級計量。隨著家庭和工商業(yè)用戶對用電信息、電價信息等的知情和管理訴求日益凸顯，電力計量需要從傳統(tǒng)計量向高級計量演進。具備廣連接特性的5G網(wǎng)絡可以連接海量的智能電表設備，并提升采集頻次，豐富采集內容，實現(xiàn)雙向互動，最終滿足客戶智能用電和個性化服務的需求。
四是安全隔離。5G獨特的可定制化的網(wǎng)絡切片技術，可端到端保障電網(wǎng)的高隔離性應用，更好地滿足電力網(wǎng)絡對“行業(yè)專網(wǎng)”的訴求，為智能電網(wǎng)不同業(yè)務提供差異化的網(wǎng)絡服務能力。比如上述三大類場景應用，就可以在5G網(wǎng)絡下并行不悖，滿足用戶對安全性、可靠性和靈活性的多重需求。
標準護航5G+智能電網(wǎng)發(fā)展
場景契合背后，是5G與智能電網(wǎng)在標準層面的“碰撞”。中國電力行業(yè)公司積極參與到3GPP 5G電力需求標準的制定中，和運營商以及華為一起致力于將智能電網(wǎng)需求納入5G國際標準，截止目前已向3GPP提交18篇電力需求提案，內容涉及5G網(wǎng)絡授時、5G承載配網(wǎng)差動保護、網(wǎng)絡能力開放、網(wǎng)絡切片管理、終端二次認證等，其中9篇已被采納，分別納入4篇3GPP國際標準中。電力需求提案融入5G標準，指引和保障了5G+智能電網(wǎng)的發(fā)展。
多方聯(lián)合推進5G+智能電網(wǎng)應用落地
自2018年以來，中國電力行業(yè)公司、運營商及華為積極聯(lián)合，在產、學、研、用各環(huán)節(jié)通力合作，在5G+智能電網(wǎng)領域取得一系列豐碩的成果，持續(xù)推進兩大超級基礎設施之間的“融會貫通”。
去年5月，南方電網(wǎng)與中國移動、華為簽署5G使能智能電網(wǎng)MOU。6月，三方聯(lián)合發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應用白皮書》并簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，明確5G可以更好地滿足電網(wǎng)業(yè)務的安全性、可靠性和靈活性需求，實現(xiàn)差異化服務保障。11月，三方完成實驗室配網(wǎng)差動保護測試，并做好了深圳外場測試網(wǎng)絡的端到端建設。
今年2月，三方聯(lián)合完成5G智慧電網(wǎng)的外場測試，驗證了5G低時延及端到端切片的安全隔離能力。在本次外場測試真實復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中，5G低時延端到端達到10ms以內，表現(xiàn)良好穩(wěn)定，可滿足電網(wǎng)的差動保護和配網(wǎng)自動化需求。
今年6月，三方聯(lián)合完成了基于SA架構的端到端切片驗證，第一個切片承載電力一二區(qū)業(yè)務，保障低時延，傳輸電力的配網(wǎng)自動化業(yè)務；第二個切片承載電力三四區(qū)業(yè)務，保障大帶寬，傳輸電力的視頻監(jiān)控業(yè)務；第三個切片承載公眾業(yè)務。核心網(wǎng)、傳輸、無線在內的網(wǎng)絡端到端經過驗證，在公眾業(yè)務超流量情況下，不影響電力業(yè)務的安全可靠運行。面向未來，三方表示將完成更多應用場景的驗證，攜手共同打造5G智能電網(wǎng)的示范區(qū)，推進智能電網(wǎng)的商用。
國家電網(wǎng)的5G應用也熱火朝天。去年6月，國家電網(wǎng)與中國電信、華為在2018世界移動大會·上海期間聯(lián)合演示了業(yè)界首個基于5G 網(wǎng)絡切片的智能電網(wǎng)業(yè)務，從端到端SLA保障、業(yè)務隔離性和運營獨立性等視角展示了5G網(wǎng)絡切片對智能電網(wǎng)帶來的全面提升。今年6月，國家電網(wǎng)與中國電信和華為聯(lián)合IHS Markit聯(lián)合發(fā)布了《5G網(wǎng)絡切片使能智能電網(wǎng)商業(yè)可行性分析》產業(yè)報告，第一次從定量的角度探索了5G電力切片的商業(yè)可行性。
……
從技術到商業(yè)，從暢想到實踐，5G給電力行業(yè)帶來的改變正在發(fā)生。相信在多方努力之下，5G+智能電網(wǎng)將交出一份1+1＞2的完美答卷。
