新技术产品及应用解决方案 数字新基建”能源互联网5G系统解决方案
● ●● 图1-1 能源互联网的高性能网络支撑 方案介绍 ·
5G网络为能源互联网业务提供高安全、高可靠、低时延的端到端电力专网服务。2020年，国家电网有限公司提出“数字新基建”建设规划，加快发展“5G+能源互联网”。利用5G大速率、高可靠、低时延、广连接等技术优势，聚焦输变电智能运维、电网精准负控和能源互联网创新业务应用。
电力通信网是支撑智能电网发展的重要基础设施，为智能电网与各类能源服务平台提供安全、可靠、高效的信息传送通道。电力行业面临点多面广、末端连接难、运维难度大、光纤专网成本高、4G公网承载能力弱等行业痛点，如图1-2所示。智能电网的业务场景需要电网公司采用全新的技术或业务来应对。目前电网主要的通信方式为公网GPRS/3G/4G、运营商宽带、PLC、各类现场总线类通信等，通信方案在应对越来越丰富的智能配电网业务时显现的弊端越来越明显，越来越不能满足电网末端连接需求。智能配电网技术的高速发展，给目前电网特别是配电网的调度、控制和管理带来巨大挑战，众多的业务场景对网络时延、带宽、可靠性等方面有着明确的要求，具体业务场景对网络的要求见表1-1。
由此可见，通信是智能电网快速发展的关键因素，而具备大连接、大带宽、低时延等技术特征的5G技术十分契合智能电网的通信需求。在智能配电通信接入网中，通过5G网络发挥其超大规模连接、超低时延的优势，承载智能电网的终端与网络的交互，满足电网不同安全区的业务需求，5G网络切片架构如图1-3所示。
表1-1 具体业务场景对网络的具体要求 名称 | 时延 | 带宽 | 终端数量 | 可靠性 | 同步向量测量（PMU） | 控制：小于10ms 遥测：小于500ms | 不大于10Mbit/s | 每平方公里数十个 | 99.999% | 智能配网自动化 | 小于10ms 精度10μs | 不大于2Mbit/s | 每平方公里数十个 | 99.999% | 分布式能源调控 | 控制：小于1s 采集：小于3s | 大于2Mbit/s | 千万级 | 控制99.999% 采集99.9% | 精准负荷控制 | 小于50ms | 小于2Mbit/s | 千万级 | 99.999% | 智能巡检 | 小于100ms | 4~10Mbit/s | 局部区域1~2个 | 99.9% | 计量抄表 | 小于200ms | 大于2Mbit/s | 千万级 | 99.9% |
● ●● 图1-2 电力产业链环节目前面临的痛点
● ●● 图1-3 E2E切片管理系统 功能特点 ·
5G智能电网具有高安全、高可靠、低时延、实时、可控、灵活、经济等特点。①部署灵活。5G网络可为差动保护、精准控制等电力核心业务提供10ms以内的超低时延传输、小于1μs的精确授时功能，相比较于光纤通信，具有很强的灵活性。②传输可靠。电网业务对通信网络的可靠性要求高，随着5G切片和TSN等技术的成熟商用，将为电网关键业务提供99.999%的可靠性保障。③安全隔离。5G为电网不同安全区业务（如管理区、生产区）提供物理、逻辑资源等层次的隔离，实现安全分区、专网专用；通过5G切片，可实现端到端的安全通信，同时结合MEC本地分流，保障电网数据安全。④能力开放。电力企业可利用公网运营商提供的网络切片定制、规划部署、运行监控等功能，可利用公网运营商开放给用户的各类数据、通信终端或模组采集的各类数据，更好地支撑智能电网运维管理。
应用成效 ·
目前产品供应商与通信运营商、电网公司、科研院所等已经展开密切合作，进行战略合作，共同探索提供电力行业的5G解决方案，应用场景包括“5G差动保护”应用、5G电力低时延业务应用、5G电力采集业务应用、5G电力大带宽业务应用等。目前已在电力5G行业标准、专利、行业终端、3GPP标准研究、电力业务验证等方面取得实质性进展和成果。5G智能电网关键技术和产品如图1-4所示。
● ●● 图1-4 5G智能电网关键技术和产品 ①5G智能电网业务试点。完成5G变电站巡逻机器人、5G输电线路两栖机器人、5G智慧工地视频监控业务；完成PMU、配电网自动化、计量自动化、智能配电房等业务和主站的对接。②5G PMU业务验证。完成5G网络传输PMU数据的技术可行性验证，验证5G网络通道的速率、时延等性能指标，满足PMU连接的要求。③5G电力业务研究。对差动保护、PLC、精准负荷控制、远程运维等业务进行验证；对基于5G切片的通道安全、保护类业务时延等进行测试工作。④5G差动保护试点。验证了CPE的接口、对时、协议、性能；验证5G网络上下行带宽、时延（9ms）、系统丢包率（0丢包）、授时精度（小于500ns）等；验证了5G端到端的切片隔离、自愈、抵御风险能力等。
本文节选自 《电力5G通信技术产业发展报告2020》
报告内容提要 随着“云大物移智链”等新一代信息通信技术的快速发展，能源革命与数字革命相融并进，电力企业正加速向数字化转型。在新型基础设施建设和电力企业数字新基建的推动下，电力信息通信领域的科技创新不断涌现，作为电力信息通信领域的专业研究机构，eptc信通智库推出《电力5G通信技术产业发展报告2020》，本报告围绕电力行业数字化、网络化、智能化转型升级，从宏观政策环境、技术产业发展现状及存在的问题、业务应用需求及典型业务应用场景、关键技术研发方向、基于专利的企业创新力研究、创新产品与创新应用解决方案、技术产业发展建议等方面展开研究，以技术结合实际案例的形式多视角、全方位展现5G技术和电力行业融合发展带来的创新和变革，为电力行业向能源互联网转型，以及融合创新提供重要参考依据。
本报告能够帮助读者了解电力信息技术产业发展现状和趋势，给电力工作者和其他行业信息技术相关工作的研究人员和技术人员在工作中带来新的启发和认识。
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