徐延辉 马翔 宋强

(中国联通山东省分公司,山东济南 250101)

0 引言

随着5G技术和MEC技术的应用与发展,基于这两项技术组合形式的泛在电力物联网的建设与应用也开始备受关注。在对这种形式的泛在电力物联网进行构建的过程中,首先应该对5G技术以及MEC技术做到全面了解,然后以此两项技术为基础,根据实际情况和实际需求来进行泛在电力物联网的试点方案设计。通过这样的形式,才可以让以5G+MEC技术为基础的泛在电力物联网得以科学建设,以此来促进当今电力行业的良好发展。

1 5G技术和MEC技术概述

1.1 5G技术概述

5G技术是第五代移动通信技术的简称,该技术属于一种数字化的蜂窝网络技术。5G技术的主要优势在于数据传输效率高、延迟低、能源节约效果好、系统容量大且成本低。其最高网速可达10GBit/s,网络延迟时间在1毫秒以内。该技术不仅在手机无线网络传输中发挥着关键性的优势,也在其他各个领域的网络信息传输中发挥着显著作用。

1.2 MEC技术概述

MEC技术是多接入边缘计算技术的简称,这一技术可以为应用程序的开发者以及相关内容的提供商建立起一种云计算功能,同时也可以在网络边缘建立起一个IT服务环境。这种网络边缘IT服务环境的主要特征是带宽高、延迟超低,同时,应用程序可借助于无线网络的形式来进行实时访问。这一技术可以为电信运营商绘制出一个完整的线路图,借助于IaaS/PaaS模型来实现边缘云计算功能的提供[1]。

2 以5G+MEC技术为基础的泛在电力物联网试点方案设计分析

2.1 主要设计目标

在以5G+MEC技术为基础的泛在电力物联网建设过程中,其主要的目标有三个,第一是对变电站进行移动巡检和集中监控,有效解决传统变电站监控中高清视频传输中的带宽问题,让各个变电站区域得到实时的高清监控,并实现无人机巡线和巡站等的各项业务,以此来提高变电站的检修效率,降低运维难度和成本。第二是对配电站的实际配电状态做到实时感知,实现海量高精度录波数据的实时上传,为电网业务的灵活性、可靠性和安全性等的需求满足提供有效保障。第三是对开关站线路实现纵差保护,为线路纵差保护提供有效的承载作用,全面满足其保护信号传输过程中的时延需求,并对新的纵差保护传输方式进行探索,促进电网的安全稳定运行。

2.2 变电站试点方案设计

在业务需求的设计中,借助于5G技术,可以让变电站实现移动巡检以及集中监控,其中主要有220KV形式变电站端的辅助监控系统、状态监测数据、高清视频以及通过机器人巡检方式实时进行的远程监控。同时也让220KV变电站中的AR巡检以及移动变电作业得以实现。另外,借助于5G网络,也可以将现场的巡检数据以及远程会商等的数据实时传递给系统。根据实际的应用需求,其总带宽应该达到50M,时延应该达到100ms以内。

在覆盖区域的设计中,应该保障5G信号在220KV变电站实现全面覆盖,包括110KV和220KV生产综合楼、站内院区以及实验室内外等的这些区域。

图1 分系统连接图Fig.1 Sub-system connection diagram

图2 分设备连接图Fig.2 Connection diagram of sub-equipment

表1 本次试点过程中的业务需求设计情况Tab.1 The design of business requirements during the pilot process

在MEC的建设过程中,需要将MEC建设在下沉园区中的机房内,包括防火墙2套、交换机3套、服务器3套,可以为15G流量的数据并发提供支持,且不限制用户数量。其中,GW-U核心网功能需要下沉到边缘机房内,以此来达到本地分流效果,让泛在电力物联网中的低延时、大宽带业务需求得以充分满足,并通过防火墙的设置来确保业务安全[2]。GW-U核心网络应设置在核心机房内,并链接到控制面上,以此来实现用户计费、鉴权以及策略等的控制。

在基站的建设过程中,首先是室外基站设计,本次试点设计中,基站南北长度为74m,东西长度为70m,将一座NSA 5G形式的基站建设在建筑室外的楼顶,以此来实现整个变电站室外区域的全面覆盖。其次是室内基站设计,具体设计中,主要借助于3G/4G/5G的共模形式来实现新型室分,其中,共设置BBU1台,RHUB2台,PRRU5台。其分系统连接,如图1所示。

在基站回传方案的设计过程中,主要通过DRAN的方式进行部署,通过光纤实现5GRRU到BBU之间的连接,BBU在综合连通业务的接入点机房内集中设置,借助于该机房,可以将基站信息直接回传给MEC系统中的边缘计算中心,再借助于IPRAN连通设备实现上联。5GBBU和IPRAN设备之间的连接主要借助于10GE光口来实现,并借助于IPRAN网络进行5G基站数据以及信令的传输。

2.3 配电站试点方案设计

在业务需求的设计过程中,主要借助于5G来实现配电状态感知。在配电终端,共设置了2部TTU设备、1套视频监控系统和2台室内形式的互联网显示器。借助于5G网络,可以将配电终端的视频监控以及TTUI业务向主监控平台实时传递。根据其实际的网络应用需求,共设计了几十个信息采集设备,总带宽应该达到50M,时延应该控制在50ms以内[3]。

在对覆盖区域进行设计的过程中,应保障5G信号对整个配电室内部的全面覆盖。

在对基站建设方案的设计过程中,主要借助于3G/4G/5G的共模形式来实现新型室分,其中,共设置BBU1台,RHUB1台,PRRU1台。其分设备连接,如图2所示。

2.4 开关站试点方案设计

在对业务需求进行设计的过程中,借助于5G对开关线路进行纵差保护,也就是实现自动化的配电服务。为有效满足开关站线路的实际需求,需要将其带宽设计为1M,延时设计为50ms以内。本次试点过程中的业务需求设计情况,如表1所示。

在对覆盖区域进行设计的过程中,将一座开关站设置在户外的地上,六座开关站设置在地下,以此来实现5G信号的全面覆盖。

在对UI基站建设方案进行设计的过程中,首先借助于既有的角钢塔在户外地上开关站中加设一套NSA5G形式的宏站。然后通过3G/4G/5G的共模形式来实现其他6个开关站的新型室分,并分别设置BBU1台,RHUB1台,PRRU1台。

表2 具体的时延情况Tab.2 Specific time delay

在对基站回传方案进行设计的过程中,通过DRAN的方式来部署新增设的5G基站,借助于光纤直联法来实现5G RHUB和BBU之间的连接,借助于IPRAN传输设备对环网内部各个开关站之间的保护信息从上联基站回传到MEC设备中,再借助于IPRAN设备将其传送到各个目标开关站点,这样就可以让保护信息在环网内部实现独立成网的目标[4]。在配网的自动化区域中,借助于IPRAN设备将相应的业务从5G上联基站传输给配网中的自动化主站。

3 应用实例分析

在某电力公司的变电站、配电站以及开关站5G试点及其业务验证过程中,主要采用上述方法进行试点,并获得了以下的验证结论:

(1)通过无人机的形式携带4K摄像头,让变电站以及各个线路中的实施巡检目标得以有效实现,图像回传效果十分清晰流畅,仅仅CPE上行宽带便可超过80M,且十分稳定。相比较以往的先储存后调取形式的图像而言,本次改进显著提升了故障的发现及其处理效率,让人工智能形式的图像自动巡检与图像识别成为可能。

(2)线路的保护时延可有效满足配电网运行中的实际电路保护需求,室内外端与端之间的平均时延波动很小,可有效满足配电网实际需求。具体的时延情况,如表2所示:

在对10kV开关进行三遥测试过程中发现,其线率以及成功率均可以达到100%,与实际的应用需求相符。

由此可见,将5G+MEC技术为基础进行泛在电力物联网的建设,可充分发挥出其超低时延、超高带宽、超大规模和超高可靠性等的这些优势,与电力行业中的实际变电站、配电站以及开关站智能化、多样化的运行需求十分相符,从而有效提升电网运行的便捷性、安全性和可靠性,并进一步节约智能化电网的运行成本。另外,通过这样的泛在电力物联网建设形式,也可以进一步实现电力企业业务的自主性与可控能力,使其服务质量得以进一步提升,在有效满足社会实际用电需求的基础上促进电力企业的良好发展。

4 结语

综上所述,在当今的电力行业发展中,自动化以及智能化的电网运行形式越来越受到电力企业和社会各界的关注。在这一电网运行形式的发展中,良好的通信传输效果是保障电网自动化与智能化运行管理的关键。以5G+MEC技术为基础的泛在电力物联网建设可以有效满足电网运行过程中的数据实时传输需求,为电网的自动化与智能化运行提供良好的技术支撑。因此,要想实现电力系统的自动化与智能化运行管理,电力企业就应该加大力度对此技术进行研究与应用。通过这样的方式,才可以有效促进电网的智能化发展,并为电力企业乃至于整个电力行业的发展提供足够动力。