5G技术将成为电力行业提质增效关键支撑

近日，5G智能电网研究项目在3GPP R18中成功立项，将第一次正式定义5G+智能电网端到端标准体系架构。尽管R16标准已经在URLLC（低时延高可靠）和eMTC（广域物联网连接）方面取得了突破，但在指标更加严格、通信需求更加个性化的电力、交通等垂直领域，仍需要更加确定的5G网络，5G将成为电力行业提质增效关键支撑。

R18智能电网成功立项，中国力量凸显

在3GPP此次立项中，中国力量再次凸显，进一步扩大中国公司在5G标准制定过程中的国际影响力。该项目由中国电信牵头并联合中国南方电网、国家电网、华为、中国移动、中国联通等5G确定性网络产业联盟成员单位，以及中兴通讯、复旦大学、大唐、沃达丰、西班牙电信、法国电信等海内外运营商、设备商等28家成员单位共同提交。R18智能电网成功立项标志着从宏观层面上立项内容已达成共识，后续会加强SA1与IEC、IEEE、5G-AIA、CIGRE等国际标准组的合作，中国电信的5G智能电网项目在3GPP的讨论都将向好方向发展。

面向未来多样化的通信服务需求，5G网络将在电力行业创造新的应用和发展机遇，3GPP确立的eMBB、mMTC、URLLC三大应用场景成为实现电力行业应用的基础场景。传统的“固定网络拓扑”资源分配方案，已经无法满足各种电力通信业务在带宽、可靠性、时延等通信服务、计算服务以及存储服务的个性化需求；为了能够让5G在电力行业得到更多的应用，从而提升智能电网的可靠性以及安全性，需要对不同电力通信业务提供多种类型差异化的服务，5G技术成为其实现的关键技术。

能有效解决5G部署条件下电网调度与控制的通信与计算问题，有效提高智能电网的稳定性和安全性，实现智能电网调控业务的智能化、准确性。通过研究5G技术在高可靠性方面的技术原理和实现机制，论证5G在误码率、时延、带宽方面对电力调控业务不同场景的支持，以及应用系统的兼容性要求，为5G对电力调控业务的支撑提供依据。此次5G智能电网项目研究范围主要包括传统能源系统服务、远程控制、远程保护、计量以及高级计量基础设施、分布式发电、分布式自动化、需求响应、能源管理系统和配电管理系统等智能电网服务。通过5G技术赋能电网典型应用场景，可以促进信息技术和电力行业的深度融合，利用电网与电信新技术互相促进的优势，不但能从根本上满足发展中电力行业多场景差异化的需求，而且能够充分满足电网公司未来电网生产和企业运营需求，实现能源生产、传输、消费全环节、各类型用户及终端的泛在互联和深度感知，实现电网高质量发展和持续创新发展。

5G赋能智能电网四大应用场景

从电流走向的视角来看，电网分为5个环节：发电、输电、变电、配电以及用电。从5个环节对5G部署的潜在需求以及未来5G网络切片能够赋能的应用业务，将其归结为4个智能电网应用场景，即智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源。综合其4个典型场景，均与电力调度控制业务有关。针对不同电力调控业务场景下，根据不同的用户服务质量（QoS），给出适合不同电力调控业务场景的端到端网络切片控制以及资源分配策略，分析不同业务场景对应的网络切片服务级别协议（SLA）和QoS的限制，并分析网络切片的业务隔离性。

相较其他系统而言，电力系统作为一张典型的“网”，需要实时把握各类测量监控数据，实时协调各类资源。

首先，电力系统中一次系统、二次系统、信息系统、计量系统等各类在线监测数据，以及各站点、办公场所等视频监控数据的应用是智能电网存在的物质基础，而5G的高速率为它们提供强有力支撑。

其次，智能电力设备、穿戴设备等海量设备将大规模应用在数字化电网，5G能够连接海量设备，每平方公里可以支撑100万个移动终端，为真正实现电力系统中的万物信息互联提供了巨大的想象空间。

然后，5G技术丢包率极低，具有很高的可靠性，可有效提升电力系统本身的可靠性。

最后，在实际应用中，电力系统需要各系统协同控制、快速反应的场景，5G空口时延为lms，端到端时延小于10ms，可以快速灵活响应系统中的各种变化。

基于5G技术的配电物联网具有高密度连接特性，可支持大量智能测量原件的部署，开展全网的多元数据采集，譬如，可大规模在配电网每个节点部署电压、功率和相角信息的测量，通过这些数据辨识配电网拓扑，识别分布式能源接入点，生成电网潮流模型，使系统状态完全可观，并可对用户使用的各类型能源负荷进行精准预测。基于5G技术的配电物联网因其拥有的高单位面积容量可支持PMU数据的无损传输，系统可通过分析PMU时序数据，进而全面掌握配电电力系统的安全稳定信息。通过5G技术对细粒度数据的采集，电力系统可以对用电大数据、电力用户行为进行建模分析，为用户提供能有效直观的服务。

5G技术可以进一步运用到智慧输电典型场景。输电环节的典型场景主要包括输电线路的智能巡检和状态监测。输电线路智能巡检是指定期到现场查勘输变电设备、线路情况，及时了解故障现象，消除隐患，确保电力系统安全稳定运行。要求实现一键下达、多机种联合、自动续航的立体巡检模式，应用物联网、5G eMBB、人工智能、大数据、云计算、AR等技术，自动采集数据、高清图像、视频等信息并实时传回控制中心，通过远程会商协助现场解决作业难题，实现无人机大规模、自动化巡检，大幅提升输电线路的巡检效率，提高输电线路的巡检精确度，实现智能化运维管理。输电线路状态监测要求实现输电环节各类设备及线路状态实时感知、监视预警、分析诊断和评估预测，从而提升电力设备安全运行水平。由于输电线路遍布全国，应用5G网络广域覆盖能力可对人口稀少地区线路进行监测。

多方携手，驱动5G智能电网落地

随着5G网络逐渐规模化建设，同属新型基础设施建设（简称“新基建”）范畴的智能电网的概念和特征、内涵与外延不断得到丰富发展。当前，我国处于能源转型和变革时代，要加大战略性、基础性、前瞻性技术创新和探索，进一步保障能源供应的安全性、经济性，适应和引领能源生产和消费革命。而5G也正处于技术标准形成和产业化培育的关键时期，全球各国在国家数字化战略中均把5G作为优先发展领域。抓住5G和新能源共同发展的新机遇，加快培育新技术新产业，驱动传统领域的数字化、网络化和智能化升级，成为拓展经济发展新空间，打造产业生态圈新优势的关键之举和战略选择。

此外，学术界、电信运营商、国网公司、设备商等多方始终在坚持推动技术公开化。国家电网公司与国家自然科学基金委设立智能电网联合基金，进一步加强面向国家能源战略需求的基础前沿技术研究，不断提升我国电力工业的自主创新能力和核心竞争力。“国家自然科学基金委员会—国家电网公司智能电网联合基金”是国家自然科学基金的重要组成部分，是电力行业设立的第一支联合基金，将实现行业进步与学科发展的相互促进和相互带动，进一步完善国家科研创新链条。从2017年到2021年，联合基金将围绕国家电网公司发展战略及重大需求，结合全球能源电力领域技术发展趋势，开展智能电网、特高压、新能源、电工新材料、储能等领域的基础研究。截止目前，已有CIGRE中国委员会D2专委会《智能电网5G应用白皮书》、国家电网、中国电信、华为联合发布的《5G网络切片使能智能电网白皮书》以及中国南方电网、中国移动、华为联合发布的《5G助力智能电网应用白皮书》。

3GPP SA1已经启动R18。在技术标准化下一步工作是聚焦具有典型代表性（例如电力能源、轨道交通、智能泛在物联网），这类行业具有产业辐射广带动作用大，产品运用规模大和产业链辐射力强等特点。打造R17的对低时延高可靠应用场景的标准升级版，5G R18能更好地满足垂直行业业务的安全性、可靠性和灵活性需求。

随着3GPP R16标准的冻结以及5G商用大幕的开启，会有更多新兴业务需要被催熟，从而建立更成功的5G生态与商业模式，为了实现这一目标，还有大量的标准工作要做，这有赖于3GPP尤其SA1精准地把握运营商的需求，通过标准联动市场，用标准驱动5G的商业成功。
       责任编辑：tzh

质增能源5G安全性

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