电力物联网中5G通信技术的应用

2021-10-27罗方简

通信电源技术 2021年10期

罗方简

（中通服建设有限公司，广东东莞 523000）

0 引言

随着互联网技术的不断成熟与完善，现代社会逐渐步入了互联网时代，构建完善的物联网平台是现代社会发展的重要工作之一[1]。通过应用物联网，有效将虚拟和现实结合到一起，构建出更加全面的信息网络，有利于现代社会的快速发展。此外，要想进一步完善物联网功能，使其在实际应用中发挥出更大的作用，必须不断增加其他方面的先进技术，5G通信是其中较为良好的一种[2]。

1 概念介绍

1.1 电力物联网

1.1.1 基本概念

现代电力领域快速发展的进程中，均开始对电力物联网进行建设，即在传统电力系统内安装相应的无线传感元件，以赋予电力系统更加良好的通信性能。电力物联网并非单一的技术手段，而是由多种通信技术共同构成，如智能化技术、大数据技术以及移动网络技术等，在诸多技术共同作用下拉近了电力系统、外界环境以及电力工作人员间的距离，提升了信息交互效率。加强对电力系统运行状况的分析，可以对电力系统的安全、稳定运行提供重要支持。对于电力物联网来说，主要由4层结构构成，具体如下。

第1层是感知层，作为整个系统的最低层，由诸多传感器构成。物联网系统运行时，通过该层获取电力相关信息，并根据实际需求对数据进行简单处理。第2层是网络层，用于数据的传递。网络层中融合了诸多通信技术，如5G通信技术和无线通信技术等，有效将数据与实际信息联系到一起。第3层是平台层，用于数据的深层处理。获取感知层的信息后，根据数据特点将其存储到特定的数据库内，并利用相应软件予以分析，以得到电力系统运行结果。第4层是应用层，根据最终的分析结果，通过数据表格和图像等方式将其展示给管理者[3]。

1.1.2 特点

对于电力物联网来说，主要具备下述几个方面的特点。（1）可长时间运行，能够与其他各方面连接到一起，为电力物联网最基础的特点。电力物联网系统运行时，可根据实际需求，将其连接到各种软硬件设备上，为电力系统运行状况的监督与管理提供有力支持[4]。（2）感知能力强。系统感知层内安装了大量传感器，可采集多方面的电力信息，能够准确展示出电力系统的运行状况。（3）连接广泛。用户操作时，可利用有线或无线的方式将物联网系统与其他各系统连接到一起，赋予整个电力系统更强的数据交互能力，有利于上下游数据的衔接[5]。（4）开放共享性。电力物联网是一个非常广泛的平台，电力相关企业均可进入到平台内部，并将所有信息集成处理后向所有用户进行共享，这不仅提升了信息的使用效率，而且保证了系统的安全性。（5）创新性。通过应用物联网可提升电力系统的管理效果，完善电力商业模式，为推动电力领域向着更加良好的方向发展提供支持[6]。

1.2 5G通信技术

1.2.1 基本概念

2013年首次提出了5G发展战略后，经过5年的研究，5G通信技术正式应用到现实当中。其中，我国于2015年1月开始研发5G通信技术，2019年6月开始发放5G商用牌照，正式应用5G通信技术。经过两年左右的发展后，我国5G通信技术已经覆盖到大部分地区，对我国现代社会的发展具有重要意义。之前的数十年当中，无线技术出现了巨大变化，由最开始的1G技术逐渐发展至4G技术，其中3G与4G技术的发展为5G通信技术的出现提供了大力支持，而5G通信技术的发展又推动了现代社会的发展。随着科学技术的不断进步，社会当中出现的数据信息容量在不断提升，从而对系统内部数据传输提出了更高的要求。理论上来说，传统4G技术的信息上传速率为100 Mb/s，已无法满足现代社会的需求。而对于5G通信技术来说，上传速率的理论值达到了10 Gb/s，是前者的100倍，具有更快的信息传输效率，有利于现代社会更好的发展[7]。

1.2.2 特点

5G通信技术存在下述几个方面的特点：（1）高速率。由上述介绍可知，4G技术上传速率最高为100 Mb/s，而5G通信技术最高可达10 Gb/s，是前者的100倍，由此表明5G通信技术具有更快的通信效率，能够在最短的时间内完成数据传输工作，有利于结果的分析与判定。（2）大容量。在5G通信技术当中，融入了大规模MIMO等先进技术，使得5G通信设备容量大幅度提升，是4G的几十倍，也就是说一个基站能够服务更多的移动设备，网络用户量较多时，用户也可获得较为良好的上网体验。（3）低延时。5G网络运行时，延迟可以达到1 ms以下，即产生相应数据后，5G网络可在最短的时间内完成数据的采集与传输工作，有利于数据的使用。由于5G通信具备上述诸多优势，因而可将其应用到电力物联网系统内，进一步提升电力物联网的通信性能[8]。

2 电力物联网的需求分析

2.1 配电自动化方面

配电系统是电力系统的重要组成部分，近年来逐渐向着自动化的方向发展。配电自动化系统运行时，应针对实际需求情况设定出合理运行参数，其中在主站对终端的总召频率方面，设定范围为1～60 min/次，主站与终端对时间隔设置成1 h，遥信与遥控方面，主站发布指令或是终端出现异常而无法传输数据时，频率应针对具体情况而定[9]。通过实践调查可以发现，配电自动化终端运行时，在实时性方面，配电自动化的要求如表1所示。

表1 配电自动化实时性要求

2.2 用电信息获取方面

用电信息模块是现代电力系统中的关键模块，用于采集用户的用电信息，通过分析这些信息后掌握用户的具体用电情况，为判断用户是否存在用电异常及收取电费提供支持。相对于传统人员抄表方式来说，用电信息系统效率更快，准确性更高，大大降低了电力部门的运营成本[10]。在可靠性方面，要求遥控准确率在99.99%以上，首次获取成功率在95%以上，周期获取成功率在99.5%以上。在实时性方面，主要参数如表2所示。

表2 用电信息实时性要求

2.3 分布式电源方面

在用户的四周，可能会安装一些分布式电源，以满足不同用户对电力能源的需求。分布式电源运行时，带宽方面的主要参数如表3所示，可靠性方面的具体参数如表4所示。

表3 分布式电源带宽设置情况

表4 分布式电源可靠性参数设置情况

2.4 移动巡检方面

电力物联网的移动巡检共由两部分构成，一个是移动巡视，另一个是移动检修。其中，对于前者来说，若无需完成监视工作，则能够在本地实现，无需远程通信。对于后者来说，由于存在远程协助和移动办公等较为烦琐的功能，因而在设计时应保证巡检设备与控制中心进行良好的通信，信息通信的主要内容有文字和影像等[11]。在各种典型业务当中，传输速度略有差异：语音信息传输时，速率控制在8～64 kb/s；影像信息传输时，速率控制在384～2 048 kb/s；数据信息传输时，速率控制在64～2 048 kb/s。

3 5G通信技术在电力物联网中的应用

现代电力物联网当中，均对5G通信技术进行了应用，具体如表5所示。

表5 5G通信技术在电力物联网中的应用

配电自动化的设计主要是强化系统供电稳定性。以往以过流保护为主，若出现停电故障将产生巨大影响，且排难难度较大，而应用5G通信技术后能够较为准确地获取故障点位置，为故障解决提供帮助。在用电信息采集方面，以计量为主，数据传输量少，频次较低，上行流量多，但下行流量少。此外，应用5G通信技术后，可提升用电数据采集效率，有利于获得更多用电信息。

配电网早期设计时未能安装分布式电源，而随着分布式电源的使用，系统结构出现显著改变，由单电源结构逐渐变成了多电源结构。用户不仅为用电方，而且还是发电方，是一种双向用电模式。这种情况下，通过应用5G通信技术能够显著提升配电网的稳定性[12]。而在电力巡检方面，通过应用5G通信技术能够在最短的时间内采集、传输与分析相关信息，有利于各种故障问题的检测与处理。