智能電網(wǎng)面臨三大挑戰(zhàn)，國(guó)家電網(wǎng)多手段推動(dòng)5G技術(shù)落地

6月19日消息（林想）在日前召開(kāi)的“中國(guó)聯(lián)通邊緣云合作伙伴大會(huì)”上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司工學(xué)博士、高級(jí)工程師陸陽(yáng)表示，5G在智能電網(wǎng)的應(yīng)用剛剛起步，針對(duì)5G的大帶寬、低時(shí)延、高可靠和大連接的三大能力，國(guó)家電網(wǎng)在巡檢、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)采集、準(zhǔn)負(fù)荷控制、配電自動(dòng)化等應(yīng)用方面都在積極推動(dòng)5G技術(shù)的研究和落地。

國(guó)家層面上目前已經(jīng)提出了未來(lái)能源發(fā)展和變革的方向，國(guó)家提出未來(lái)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(gè)新的形勢(shì)下，電網(wǎng)面臨哪些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

陸陽(yáng)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(shì)下，電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向是清潔、堅(jiān)強(qiáng)和靈活，主要面臨四大挑戰(zhàn)。”

第一點(diǎn)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(lái)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(duì)電網(wǎng)的并網(wǎng)調(diào)控能力都提出了更高的要求。

第二點(diǎn)是大電網(wǎng)柔性互聯(lián)與安全運(yùn)行，國(guó)家電網(wǎng)公司目前重點(diǎn)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(lái)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)也是常態(tài)。

第三點(diǎn)是多元用戶供需互動(dòng)用電。陸陽(yáng)表示，目前國(guó)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(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，接入充電樁17萬(wàn)個(gè)以上，未來(lái)隨著用戶參與到電網(wǎng)的雙向互動(dòng)的環(huán)節(jié)越來(lái)越深入，包括分時(shí)電價(jià)以及需求側(cè)響應(yīng)以及電動(dòng)汽車(chē)充放電等。

第四點(diǎn)是信息空間與電力系統(tǒng)緊密耦合和交互。現(xiàn)在大云物移智包括這些先進(jìn)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用會(huì)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(xiàng)新挑戰(zhàn)。

從目前國(guó)網(wǎng)公司電力通信技術(shù)應(yīng)用的情況來(lái)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(lái)看也是覆蓋這六個(gè)環(huán)節(jié)。從縱向來(lái)看，國(guó)家電網(wǎng)也可以叫物聯(lián)網(wǎng)，也是一張實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)，包含了感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層面，或者按照目前比較流行的說(shuō)法，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)來(lái)分，可以認(rèn)為也包含了終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。

陸陽(yáng)表示，不管怎么劃分，目前國(guó)網(wǎng)公司實(shí)際上是兩張實(shí)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(lái)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(lái)越突出。

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

對(duì)此，陸陽(yáng)指出，電網(wǎng)的無(wú)線來(lái)承載技術(shù)分成三大類(lèi)，首先是電網(wǎng)控制類(lèi)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(dòng)化、主動(dòng)配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、分布式電源接入控制、精準(zhǔn)負(fù)荷控制等。第二類(lèi)是信息采集類(lèi)，具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，包括用電信息采集。目前的信息采集相對(duì)來(lái)而言是比較單一的，但是隨著以后的發(fā)展，智能電表會(huì)成為客戶側(cè)智能的終端。另外像電動(dòng)汽車(chē)充電站、電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控這種信息采集類(lèi)的需求。第三類(lèi)是關(guān)于移動(dòng)應(yīng)用類(lèi)，這塊主要是和電網(wǎng)這個(gè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)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(lèi)挑戰(zhàn)給無(wú)線泛在接入提出三點(diǎn)新的要求。”首先是實(shí)現(xiàn)面向客戶側(cè)各級(jí)負(fù)荷的精準(zhǔn)控制能力，適應(yīng)以特高壓為骨干、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的新型電網(wǎng)模式。第二點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)重要廊道的監(jiān)視、巡檢，引入可視化、實(shí)時(shí)化、精益化的新型作業(yè)方式。第三點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)用戶雙向互動(dòng)、用電精細(xì)化管理。

5G在電網(wǎng)中的應(yīng)用展望

展望5G，隨著對(duì)大帶寬、低時(shí)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(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，陸陽(yáng)測(cè)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(dá)2萬(wàn)個(gè)以上。

總體來(lái)看，未來(lái)電力業(yè)務(wù)的發(fā)展和5G的發(fā)展趨勢(shì)是相吻合的，在未來(lái)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(shí)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(shí)延、高可靠、高安全等要求很高的特征。

5G是新型的無(wú)線通信技術(shù)，最大的特點(diǎn)，和傳統(tǒng)2G/3G/4G相比，引入了包括邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，邊緣計(jì)算，企業(yè)部署邊緣云、邊緣計(jì)算的目的是為了降低業(yè)務(wù)端到核心網(wǎng)側(cè)的時(shí)延，提供本地的閉環(huán)的控制，能夠滿足低時(shí)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(shí)承載多種業(yè)務(wù)的需求，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)跟隨業(yè)務(wù)的需求而發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)隨云動(dòng)或者網(wǎng)隨業(yè)務(wù)需求而動(dòng)這樣一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這是未來(lái)5G在電網(wǎng)這個(gè)垂直行業(yè)中應(yīng)用的最大優(yōu)勢(shì)。

陸陽(yáng)表示，針對(duì)5G的大帶寬、低時(shí)延、高可靠和大連接的三大能力，國(guó)家電網(wǎng)在巡檢、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)采集、準(zhǔn)負(fù)荷控制、配電自動(dòng)化等應(yīng)用方面都在積極推動(dòng)5G應(yīng)用的研究和落地。

“在大帶寬的場(chǎng)景下，電網(wǎng)中可能應(yīng)用到的場(chǎng)景主要是應(yīng)用在巡檢過(guò)程中。”陸陽(yáng)表示，巡檢目前很多還是依靠人工來(lái)進(jìn)行作業(yè)，工作量非常大，運(yùn)維的難度也非常大，未來(lái)引入5G的技術(shù)以后，有可能支撐巡檢側(cè)實(shí)現(xiàn)自主化、精益化或者叫智能化的巡檢。通過(guò)引入AR/VR增強(qiáng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、高清圖像、視頻，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)會(huì)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(jī)房往往會(huì)有一定的距離。如何去部署這種邊緣的計(jì)算能力，通過(guò)這種先進(jìn)的運(yùn)維手段能夠獲得實(shí)時(shí)的交互，也是下一步需要進(jìn)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(gè)場(chǎng)景。一是面向配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，小數(shù)據(jù)量的特征，包括對(duì)配電一次設(shè)備的溫度、環(huán)境的溫濕度，以及開(kāi)關(guān)的狀態(tài)等來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，把信息傳回到主站進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。目前配網(wǎng)這塊真的是點(diǎn)多面廣，國(guó)網(wǎng)公司目前在用的配電變壓器達(dá)到440萬(wàn)臺(tái)以上，其他的設(shè)備包括一些配網(wǎng)的開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱等在800萬(wàn)臺(tái)以上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的大連接能力和低功耗能力確實(shí)提出了新的挑戰(zhàn)。陸陽(yáng)表示，“類(lèi)似于NB這種技術(shù)，它的功耗或者應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)應(yīng)用的需求，也需要進(jìn)一步研究。”

二是針對(duì)大數(shù)據(jù)量的采集，國(guó)網(wǎng)也考慮是否要進(jìn)行一些邊緣計(jì)算能力的部署。陸陽(yáng)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(méi)有必要，而是數(shù)據(jù)量非常大。在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(yuǎn)地區(qū)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋往往是非常薄弱的。針對(duì)輸電線路的監(jiān)測(cè)，如何把監(jiān)測(cè)信息實(shí)現(xiàn)回傳，也是需要研究的方面。”

關(guān)于低時(shí)延、高可靠，這也是電網(wǎng)中非常關(guān)注的一個(gè)場(chǎng)景，涉及到生產(chǎn)控制類(lèi)的業(yè)務(wù)流程。

“國(guó)網(wǎng)公司跟其他企業(yè)在探討5G時(shí)，都會(huì)把精準(zhǔn)負(fù)荷控制作為潛在的低時(shí)延、高可靠的應(yīng)用場(chǎng)景。”陸陽(yáng)指出，精準(zhǔn)負(fù)荷控制就是大電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)的一個(gè)部分，最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)發(fā)用電的平衡。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制通過(guò)切除用戶側(cè)可中斷的負(fù)荷，來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)輸電發(fā)生故障以后，負(fù)荷側(cè)不受到過(guò)大的沖擊。時(shí)延要求是50ms，但是這個(gè)50ms是從終端到整個(gè)主站整個(gè)的通信時(shí)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(gè)系統(tǒng)保護(hù)或者精準(zhǔn)負(fù)荷控制的網(wǎng)絡(luò)。5G已經(jīng)達(dá)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(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中不至于浪費(fèi)更多5G在空口上的努力。

陸陽(yáng)認(rèn)為，配電自動(dòng)化也是電網(wǎng)5G應(yīng)用的一個(gè)方向，“目前國(guó)際上一流的要求是要達(dá)到99.999%的可靠性要求，換算成年戶均停電時(shí)間不超過(guò)5分鐘，對(duì)這樣一個(gè)控制要求非常高的場(chǎng)景，可能5G在這樣的場(chǎng)景下也會(huì)有應(yīng)用。”

此外，陸陽(yáng)指出，“針對(duì)安全方面的考慮，如果用5G來(lái)承載多業(yè)務(wù)，就要很好的在業(yè)務(wù)之間實(shí)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(shí)現(xiàn)全方位隔離解決方案，未來(lái)在承載電網(wǎng)業(yè)務(wù)的時(shí)候也是一種非常有效的解決方案。”

展望未來(lái)，陸陽(yáng)指表示，5G在運(yùn)營(yíng)商層面已經(jīng)日趨成熟，開(kāi)展很多規(guī)模試點(diǎn)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(dòng)5G技術(shù)在智能電網(wǎng)或者說(shuō)在未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

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