据媒体报道,7月13日13时32分,浙江省全社会最高用电负荷首破1亿千瓦,同比增长8.1%。这一用电负荷水平已超德国、法国等发达国家水平,意味着需要4.5个三峡电站满功率运转,才能满足用电需求。
为满足浙江省内日益增长的用电需求,同时,消纳新能源,开展高弹性电网建设,推动电网从“源随荷动”向“源荷互动”的模式发展,成为了近年浙江电力行业数字化转型的命题。
2020年起,中国移动浙江公司(下称浙江移动)开始与国网浙江电力(下称浙江电力)围绕5G技术展开合作,解决电网建设工作的通信难题。2021年,浙江电力启动了《5G公网应用示范工程》,展开5G+智慧电力建设。
众所周知,电网是一个复杂的系统。在发电端,风能、太阳能等新能源不断接入;在用电端,充电桩、智能家居等应用也在不断增加……
驾驭一张复杂的电网,需要提升对电网状态的监测、处理能力,加强对电力系统的保护与控制,做好用电的需求侧响应。
当前,浙江电力有上百万的终端分布在浙江10.5万平方公里土地上,点多面广,尤其是控制类终端,对通信接入安全要求很高。
以杭州萧山区为例,配网柱上开关共有上万个,若全使用光纤通信需新铺设数万公里管缆,成本极高;而利用4G公网,不能满足国网对控制类业务的安全要求;自建无线专网,产业链又无法支持,且无法演进。
因此,5G便成为打造电力专网的最优选择。
电力行业是数字经济发展的底座之一
目前,浙江移动在省内已开通4.8万5G基站,实现了乡镇以上5G覆盖。
近期,诸如在杭州,中国移动5G分流比超过了30%,意味着5G发展进入快车道。To B和To C两条腿并跑,驱动着浙江移动建设了更高质量的5G网络,也创新了5G切片商用模式。
面向未来,中+低频协同将使得5G覆盖愈发完善,也将为及时、有效响应电网需求提供保障。
电力行业作为保障数字经济发展不可或缺的底座之一,面向双碳目标,5G+智慧电网将加快该行业数字化转型,赋能电力行业精准、高效、安全的运维,走出一条数字经济和能源经济融合发展之路。
十四五规划指出,加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设,提高电力系统互补互济和智能调节能力,加强源网荷储衔接,提升清洁能源消纳和存储能力,提升向边远地区输配电能力,推进煤电灵活性改造,加快抽水蓄能电站建设和新型储能技术规模化应用。
几个月前,十部门印发《5G应用“扬帆”行动计划》,进一步推进智慧电力行业发展:突破电力行业重点场景5G确定性时延、授时精度、安全保障等关键技术,搭建融合5G的电力通信管理支撑系统和边缘计算平台。开展基于5G的工业控制与监测网络升级改造,推广发电设备运维、配电自动化、输电线/变电站巡检、用电信息采集等场景应用,实现发电环节生产的可视化、配电环节控制的智能化、输变电环节监控的无人化、用电环节采集的实时化。
从样板间到商品房:5G软、硬切片助力电网控制+采集
5G电力专网具有端到端、安全隔离、按需定制等优点,依托5G网络广连接、大带宽、低时延的技术特点,成为助力5G智慧电力发展的“黑土地”。
通过覆盖浙江省的5G电力专网,浙江移动、浙江电力基于BAF体系,完成了5G硬切片、5G软切片商务模式,打造了安全、可靠、灵活、高效的通信网络支撑高弹性电网建设工作,加速电网从“源随荷动”向“源荷互动”的模式发展。
其中,硬切片主要承载控制类的业务,而软切片承载采集类的业务。
该工程构建了浙江省级范围端到端垂直行业5G广域切片网络,提供泛在的电力无线专网,并在此基础上提供包括电源类(小水电站、光伏电站)、电网类(配电自动化、差动保护)、负荷类(秒级可中断负荷业务、分钟可中断负荷业务、平台型可中断负荷)、储能类业务(辅助设备控制类,比如无人机巡检、巡检机器人等)等一系列应用。
目前,已接入业务终端超过5000+台,通过5G切片管理体系,支撑了涵盖生产控制类、采集类、管理类等业务场景,预计到2023年底接入终端将突破2万台,其中,大部分都为控制类终端。
响应毫秒级,精准实现配电自动化
配电网作为电网的“最后一公里”,是主网与用户之间连接的桥梁。
在“双碳”政策下,配电网还承担着新能源并网的职责,由于新能源具有随机性大、波动大等特征,要想保证电网主网电压稳定,就必须实时适配这种波动,实现所谓的“源网荷储”的协同互动。
5G与配电网的融合,真正实现了5G+配电自动化、5G+差动保护、5G+自动巡检、5G+源网荷储等应用。
在杭州,相关供电所实现了基于5G专网的架空线一二次融合智能开关远程遥控。
融合智能开关的遥控操作,一直是电力维护工作的重点和难点。
原来只能通过运行人员现场操作,从供电所赶到现场要开车30分钟以上,再加上工作人员还需要穿戴安全器具和登杆,整个过程需要一个小时。而通过5G进行开关远程遥控,大大提高了工作效率,也降低了现场人员高空作业的危险性。
浙江移动通过技术攻关,将配置5G模组的配电自动化终端接入5G专网,并通过专门的边缘计算平台实现指令的处理调度,确保客户平台数据不出园区,与公网安全隔离。在计划作业时,调度员可以远程控制开关,无需再赴现场;在处理故障时,调度员可以通过遥控精准隔离故障,真正实现故障区域准确隔离和非故障区域恢复,实现提速增效。
为保障2022年杭州亚运期间超高供电可靠性及全绿电供应,围绕杭州泛亚运示范区约280平方公里,通过核心网UPF下沉及端到端硬切片部署形式,浙江移动组建高安全高可靠的5G电力专网。智能开关等配网设备通过5G专网,实现设备与配网自动化主站间的数据安全可靠传送,实现了配网自动化三遥。
过去,三遥业务主要通过部署光缆满足通信需求,光纤部署成本巨大。如今,通过5G网络切片组网及定制化特性,配电终端与配电主站之间的数据可靠传输,有效提升了配电的准确率和效率。
配网差动保护,是提升配电网系统自愈能力的利器。它通过配电线路两端节点实时电流值交互及比对,判断连接线路是否出现问题。若问题出现,可快速切断配电线路,进行故障隔离及定位,避免连锁反应;在有备用线路情况下,快速进行线路切换,实现故障恢复。
差动保护业务的通信要求高,现阶段通过专用光纤进行信号传输,建设成本高,不易部署。而5G低时延、高可靠特性可满足差动保护通信需求,配电线路上发生的故障可在几毫秒内自动切除,人们甚至感受不到故障的存在。
目前,通过5G电力专网,浙江电力公司实现了首个百万千瓦秒级可中断负荷终端安全接入工程,调节的负荷规模已达到200万千瓦,在全省的发电、输电、配电环节实现各地配网自动化三遥、配网差动保护。
从线路巡查到配电房,智慧电力迈向无人化
众所周知,输电线上的功率损耗很大,在远距离输电时需要利用大型电力变压器升高电压以减小电流,减少电能在输电线路上的损失,所以电力巡检是输电环节最大的痛点。
传统的巡线模式,需要工人爬到输电线路上“走钢丝”,翻山越岭的来检查设备或线路的状态。一般一人一天只能完成2~3个铁塔的巡视工作,不但工作量大,效率低,而且工作危险。随着5G智慧电力的到来,工作人员爬高塔、跑电站的日子也将渐行渐远。
浙江移动宁波分公司与国网宁波供电公司共同开发了5G+无人机自主巡检应用。早在2019年,宁波移动便与国网宁波供电公司合作开展全国首个电力5G+无人机自主巡检应用试点,并在杭州湾新区建成全国首个“5G网联无人机”自主巡检示范基地。
无人机可按照既定航线飞向巡检点,杆塔上绝缘子、导地线等细节一一被高清摄像头精细化抓拍,并通过5G网络实时回传至智慧运检管控应用群。一旦识别安全隐患,无人机自动触发处理机制,第一时间消除隐患。
基于三维建模技术的基础数据管理系统,可以为各巡检对象建立数字化档案,针对性制订关键部位精细化巡检策略,整体效率有效提升9倍。目前,通道、树障、杆塔精细化机巡效率较人巡效率分别提升约5倍、3.5倍和4倍。
传统无人机与控制台之间主要采用2.4G公共频段的WIFI或厂家私有协议通信,有效控制半径小于2公里。而利用5G相关特性,无人机能在相邻基站切换时保障业务连续性,从而实现自主对具体杆塔、线路等关键部位进行精细化巡检,拍摄的4K高清视频将实时回传至人机协同管理平台,智能分析系统快速找出故障隐患点,自动触发干预机制,同步将问题点信息和相关指令传送至飞管平台,进一步推进工作闭环、生产力解放。
配电房是电力系统发、输、变、配环节中最贴近用户的节点。在宁波某小区配电房里,藏着一个“智能管家”——5G轨道式机器人。
巡检机器人搭配高清镜头,画面传输实现高带宽、低延迟,配电柜上的每个文字、数字、指针都清晰可见。相关数据实时传送至远程监控中心,实现配电房的多方数据协同的综合监控和管理,完成小区配电房的无人化巡检。
5G轨道巡检机器人能代替传统人工配电房现场巡检,使得配电房工作人员将主要精力放在了重点设备检修、老旧设备更替和其他紧急任务。
5GSA短评:
5G当前发展正处于从1到N的普及阶段。回想在通信展上,笔者曾看到业内探讨5G之于行业发展,更多谈论的是如何利用现有资源让5G更好的赋能产业数字化,也包括友商之间互相敞开心扉的交流行业拓展经验。
5G+智慧电力作为保障数字经济发展的底座之一,利用软、硬切片技术,以及BAF成功构建了合理的商业模式,有效保障了高弹性电网的运行和维护。
在发展过程中,我们也看到,5G从标准演进到商用落地需要时间过程,R16对于智慧电力的支持更加精准;电力行业标准融入5G-ADV将有利于全球5G+的发展;从网络发展看,5G不再是面向陆地简单平面的覆盖,而是立体式的空天地一体的覆盖;从5G频率看,5G行业应用需要中低频协同的支持;在终端层面,5G模组与电力行业需求匹配进一步融合,有利于破解行业终端碎片化的市场,这需要多方共同形成合力……