文/劉殿鋒

5G 通信技術(shù)的出現(xiàn)受到了廣泛關(guān)注，相比于上幾代通信技術(shù)，5G 通信技術(shù)在帶寬和速率等方面都得到了十分顯著的提升，因此能夠更好滿足不同行業(yè)對于通信的需求。在智能電網(wǎng)的應(yīng)用方面，5G 通信技術(shù)具有低時延的優(yōu)勢，更有利于實現(xiàn)智能電網(wǎng)的配網(wǎng)自動化以及差動保護(hù)等方面的功能。

1 智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點

智能電網(wǎng)是指在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用了各類新能源、新材料、新設(shè)備，以及先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、儲能技術(shù)等新技術(shù)，形成新一代的電力系統(tǒng)。也稱為“電網(wǎng)2.0”。智能電網(wǎng)的概念產(chǎn)生于上個世紀(jì)末，目前已得到了普遍認(rèn)同，也成為了電網(wǎng)今后發(fā)展的主要趨勢。相對于傳統(tǒng)的電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的信息化與自動化程度更高，在發(fā)電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化控制，能夠有效促進(jìn)電網(wǎng)運行效率的提升，增強(qiáng)電網(wǎng)運行可靠性。在智能電網(wǎng)的運行過程中，通信技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。利用通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)狀態(tài)的有效監(jiān)控，以及數(shù)據(jù)信息的收集。

智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點目前可以概括為以下幾方面。

（1）智能電網(wǎng)具有可靠性強(qiáng)的特點。智能電網(wǎng)的體系具有先進(jìn)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信支持，具備預(yù)警、安全評估、故障診斷與自我修復(fù)等功能。上述功能使其可靠性得到了顯著增強(qiáng)，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的狀態(tài)下，可以維持一定的供電能力，減少停電的不良影響。因此智能電網(wǎng)對各類供電條件具有較強(qiáng)適應(yīng)性。

（2）智能電網(wǎng)的開放性與兼容性較好。目前有關(guān)可再生能源、分布式能源的技術(shù)逐漸得到了發(fā)展，促進(jìn)了上述能源的有效利用，也暴露了上述類型能源與傳統(tǒng)電網(wǎng)的兼容性問題。通過合理運用智能電網(wǎng)，能夠更加充分有效地利用不同種類的能源，全面滿足各類用電需求。

（3）智能電網(wǎng)具備更強(qiáng)的互動性能。運用智能電網(wǎng)有利于實現(xiàn)電力用戶與電力企業(yè)之間的雙向互動，電力企業(yè)能夠充分了解用戶需求，促進(jìn)服務(wù)水平的改進(jìn)。電力用戶能夠及時了解電力企業(yè)的供電情況，采用更為合理的用電方式。

（4）智能電網(wǎng)能夠促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)的高效運行，對電網(wǎng)信息作出更加充分的集成與共享，有利于管理效率的提高，同時還能夠?qū)﹄娏Y源進(jìn)行優(yōu)化配置，促進(jìn)電力資源的高效利用。

2 5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用

2.1 智能電網(wǎng)中5G通信技術(shù)的具體應(yīng)用

5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用大規(guī)模天線完成高頻信號傳輸，并運用低頻段傳輸信息。目前4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸速度最大能夠達(dá)到150Mb/s，運用5G 網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到15Gb/s，并且可以使網(wǎng)絡(luò)時延低于100ms，上述特點能夠更好滿足智能電網(wǎng)的各項業(yè)務(wù)需求。在將5G 通信技術(shù)用于智能電網(wǎng)過程中，以下技術(shù)具有較強(qiáng)的代表性。

2.1.1 多天線傳輸技術(shù)

多天線傳輸技術(shù)通過對有源天線陣列的引進(jìn)，對無線信號的覆蓋能力作出有效改進(jìn)。其中協(xié)作天線的數(shù)量能夠達(dá)到128 根，利用3D-MIMO 技術(shù)將2D 天線陣列改進(jìn)為3D 天線陣列，能夠有效避免用戶之間的干擾。

2.1.2 D2D 技術(shù)

D2D 技術(shù)的主要特征是對網(wǎng)絡(luò)連接、接入方式的創(chuàng)新，運用D2D 技術(shù)可以實現(xiàn)通信終端直接進(jìn)行通信，而不需要通過運用基站。D2D 技術(shù)主要優(yōu)勢在于利用直接通信方式有效提高了信道質(zhì)量，并且可以提升速率、降低通信時延、提高覆蓋能力。除此之外采用D2D 技術(shù)更有利于實現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與連接方式，起到提高智能電網(wǎng)通信可靠性的作用。

2.1.3 C-RAN 接入網(wǎng)架構(gòu)

5G 通信技術(shù)在今后的發(fā)展當(dāng)中，C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)是其中一種發(fā)展趨勢，這一技術(shù)的總體思路是通過運用傳輸速率較高的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，利用遠(yuǎn)端天線與集中化中心節(jié)點，使得無線信號能夠覆蓋近百個基站服務(wù)區(qū)。當(dāng)前對于C-RAN 架構(gòu)的研究主要為集中控制、RRU 接口定義等方面。C-RAN 接入網(wǎng)架構(gòu)有助于減少智能電網(wǎng)運行成本，更有利于維護(hù)管理。

2.1.4 5G 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是對運營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，使之成為許多個虛擬網(wǎng)絡(luò)。不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)在帶寬和時延等方面具備不同特性，從而能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。在中國電信、華為、國家電網(wǎng)公司聯(lián)合發(fā)布的《5G 助力智能電網(wǎng)應(yīng)用白皮書》當(dāng)中，對5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明，結(jié)合電力行業(yè)具體情況制定了5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用方案，例如電網(wǎng)控制切片、電網(wǎng)監(jiān)測切片、電網(wǎng)通信切片和智能抄表切片等，實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)功能模塊化。

2.2 5G通信技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展方向

2.2.1 智能自動化配電

智能自動化配電是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢之一，配電自動化當(dāng)中涉及到多種技術(shù)的應(yīng)用，主要包括數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)等，并且需要先進(jìn)設(shè)備與科學(xué)管理方式的配合。智能自動化配電的應(yīng)用能夠有效提升供電效率與電能質(zhì)量，減少配電系統(tǒng)的運行維護(hù)成本，促進(jìn)供電可靠性的提升。目前常見的自動化配電有以下幾種方式，首先是運用自動化開關(guān)等設(shè)備，發(fā)生故障時能夠起到有效的隔離作用。還包括利用通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對配電網(wǎng)運行過程中呢情況作出監(jiān)控，發(fā)生故障階段需要調(diào)度員進(jìn)行手動操作。

當(dāng)前市場對電力可靠性的要求逐漸增強(qiáng)，對事故的處理時間需要達(dá)到毫秒級，從而保證供電的持續(xù)性。運用5G 通信技術(shù)進(jìn)行自動控制，能夠及時對故障作出準(zhǔn)確的分析判斷和定位，進(jìn)行有效隔離，同時快速恢復(fù)故障區(qū)域以外地區(qū)的供電，使故障處理的自動化程度得到明顯提高，最大程度縮小停電范圍，縮短故障停電的時間，并能將處理配電故障的時間縮短到20ms 以內(nèi)。

2.2.2 精準(zhǔn)負(fù)荷控制

電力負(fù)荷控制是指對用電負(fù)荷進(jìn)行跟蹤檢測，在電力負(fù)荷超過事先設(shè)定的負(fù)荷定值時，系統(tǒng)首先進(jìn)行報警，而后跳閘切斷負(fù)荷，是管理用電負(fù)荷的一種重要方式。在傳統(tǒng)的電力負(fù)荷控制工作中，由于缺乏相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，一般只能對配電線路進(jìn)行整體切除，對于電力用戶造成的影響較大。在目前的發(fā)展趨勢下，電力企業(yè)需要加強(qiáng)負(fù)荷控制的精確程度，降低對于重要電力用戶的影響。通過利用精準(zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù)，可以首先切斷電動汽車充電樁以及工廠非連續(xù)生產(chǎn)電源等重要程度較低的負(fù)荷。運用5G 通信技術(shù)進(jìn)行負(fù)荷控制，在穩(wěn)控技術(shù)支持下，充分發(fā)揮5G 通信網(wǎng)絡(luò)時延低、可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢。能夠有效提高控制系統(tǒng)的精確度，對故障用戶的可中斷負(fù)荷進(jìn)行有效控制。能夠起到減少經(jīng)濟(jì)損失，降低對其他用戶影響的作用。在今后的發(fā)展中，5G 通信技術(shù)的應(yīng)用也將促進(jìn)精準(zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù)的推廣。

2.2.3 低壓用電信息采集

低壓用電信息采集是指收集與處理用戶的用電信息，并對信息進(jìn)行有效監(jiān)測。通過低壓用電信息采集，具有監(jiān)測用戶用電信息的異常情況，對用電情況作出分析等方面的作用。目前在低壓用電信息的采集上，運用的主要方法是傳送計量所用的數(shù)據(jù)，具體可以分為上行與下行兩種不同方向的信息，在信息流量的特征上，一般上行流量要大于下行流量。并且在對終端信息的采集方式上，主要是運用集中器，采取集中部署的方式。最初階段的采集方法為每天采集24 個計量點，而目前所運用的采集方法為5min、15min，在0 點需要進(jìn)行統(tǒng)一采集工作。

在今后的發(fā)展趨勢上，對于用電信息需要進(jìn)行更為準(zhǔn)時的上報。而且用戶終端的數(shù)量也將很大程度地增加，在這一趨勢下，對通信規(guī)模也提出了更高要求。今后可以通過5G 通信技術(shù)，促進(jìn)用戶信息采集工作的進(jìn)一步細(xì)化，更為全面地獲得用戶終端信息，在此基礎(chǔ)上對供電作出精確調(diào)整，并制定電價階梯報價等管理制度。

2.2.4 分布式電源的控制

目前分布式電源得到了一定程度的推廣，比如太陽能與風(fēng)能發(fā)電，以及電動汽車充換電站等。運用分布式電源具有明顯優(yōu)勢，能夠起到節(jié)省投資、提升電力系統(tǒng)工作效率的作用，對分布式電源的利用也是智能電網(wǎng)發(fā)展中的重要部分。與此同時，由于傳統(tǒng)電網(wǎng)在設(shè)計上不適應(yīng)分布式電源的要求，分布式電源并網(wǎng)也造成了一些問題，比如原有的電網(wǎng)為單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，分布式電源接入后則變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)。在電流的運行上也從單向變?yōu)殡p向。通過5G通信技術(shù)，能夠?qū)Ψ植际诫娫磳嵤┯行ПO(jiān)控，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)收集處理，有功功率與無功功率調(diào)控等方面的功能。

3 結(jié)論

智能電網(wǎng)的建設(shè)對于提升電網(wǎng)運行效率和增強(qiáng)供電可靠性具有重要意義，目前5G 通信技術(shù)在許多行業(yè)中都得到了發(fā)展和運用，在智能電網(wǎng)的建設(shè)當(dāng)中，需要加強(qiáng)對5G 通信技術(shù)的研究，將更多新型技術(shù)用于智能電網(wǎng)建設(shè)。同時，5G 通信技術(shù)在自動化配電、負(fù)荷控制、用電信息的采集、分布式電源的控制等領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用效果，今后也應(yīng)加強(qiáng)5G 通信技術(shù)在上述領(lǐng)域的應(yīng)用。