為更好地研究5G技術(shù)將為智能電網(wǎng)帶來怎樣的改變，以及智能電網(wǎng)對5G技術(shù)的需求基線，南方電網(wǎng)公司在廣州南沙建設(shè)“5G+智能電網(wǎng)”應(yīng)用示范區(qū)，該區(qū)域可集中示范電網(wǎng)發(fā)輸配變用及綜合管理共50類業(yè)務(wù)場景，將于2021年底全部完成。其中廣東電網(wǎng)公司廣州供電局將于今年年底完成基于5G的23類智能電網(wǎng)典型業(yè)務(wù)場景研究及驗證。
目前，廣州供電局已經(jīng)開展了兩棲作業(yè)機器人、變電巡檢機器人、配電自動化(三遙)、PMU、智能配電房、計量自動化業(yè)務(wù)6個場景下業(yè)務(wù)終端與5G通信模塊的聯(lián)調(diào)測試。
5G技術(shù)推動電網(wǎng)作業(yè)模式轉(zhuǎn)變
“施工車輛請注意，上方線路有高壓電，請立即停止施工，馬上遠離高壓線路，保持5米以上的安全距離!”
在廣州市南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)新聯(lián)一村和新聯(lián)二村連片的碧綠田野上，14家施工單位的挖掘機等大型器械正干得熱火朝天。這里是大崗先進制造業(yè)基地的施工現(xiàn)場。某工地一輛挖掘機，不小心闖進廣州南沙供電局大崗供電所設(shè)定的電力設(shè)施保護區(qū)，觸發(fā)了報警模式，高清攝像頭通過5G實時回傳畫面。
在大崗供電所防外力破壞指揮中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺，一臺無人機收到命令后，立即從機巢起飛，后臺人員遠程操控，對現(xiàn)場的“泥頭車”喊話制止。這是廣州供電局基于5G技術(shù)“天眼系統(tǒng)”，在防治電力設(shè)施外力破壞方面的應(yīng)用場景探索。
利用無人機防治電力設(shè)施外力破壞，在廣州供電局早有想法。受制于無人機通信信號長距離傳輸?shù)壤щy,實施過程往往難以湊效?，F(xiàn)在有了5G，一切有了可能。廣州南沙供電局大崗供電所運行維護班班員高軍偉站在大崗供電所的天臺上，指著正在充電的無人機：“以后我們的員工就坐在對面辦公室里，無人機就像放飛出去的鴿子，定點定時飛走了，監(jiān)管完成后又自己飛回來。同時，外部線路的圖像還能實時傳送回平臺。”
超高帶寬、超低延時、超大規(guī)模連接優(yōu)勢的5G技術(shù)還將在更大范圍內(nèi)改變電力行業(yè)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)運營方式和作業(yè)模式，推動智能電網(wǎng)嬗變。
PMU是安裝在配網(wǎng)的高精度微型同步相量測量裝置，具備高頻率采集、高精度測量的優(yōu)點，提高配網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)高精度測量、信息融合、狀態(tài)估計、故障診斷與精確定位、協(xié)調(diào)控制等，因此對網(wǎng)絡(luò)通信延時的要求非常高。
“我們測試中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有商用5G條件下，PMU達到對時300納秒級別，完全滿足了配網(wǎng)PMU高精度對時1微秒要求。網(wǎng)絡(luò)延時平均14毫秒，遠遠低于4G技術(shù)下的100毫秒，非常了不起。”南網(wǎng)科研院配電技術(shù)研究所配網(wǎng)自動化與物聯(lián)網(wǎng)研究室研究員徐全說。
據(jù)廣州供電局系統(tǒng)運行部(電力調(diào)度控制中心)通信科高級經(jīng)理孫磊介紹，如果5G可以滿足配網(wǎng)PMU業(yè)務(wù)對通道帶寬、時延、時間同步等嚴苛的要求，理論上它就可以滿足絕大多數(shù)電力業(yè)務(wù)需求。從前期測試數(shù)據(jù)來看，一切進展順利。
孫磊提到，5G技術(shù)在電網(wǎng)要求的安全可靠傳輸數(shù)據(jù)方面也正在經(jīng)受驗證。在獅洋變電站，集可見光、紅外光、傳感器等基礎(chǔ)技術(shù)于一身的機器人，可代替變電運行人員完成現(xiàn)場巡視檢查信息采集，并通過圖像識別、深度學習等智能技術(shù)算法處理，自動給出判斷結(jié)果，實現(xiàn)變電站巡視的無人化替代。
這背后要依靠5G替代現(xiàn)有WiFi自組網(wǎng)技術(shù)。“電網(wǎng)對通信的安全要求非常高。5G可基于切片技術(shù)提供虛擬的行業(yè)專網(wǎng)。它的安全隔離性還需進行全面的測試驗證。”
通信建設(shè)和維護成本將大幅降低
“5G還可能帶來商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，比如原來按流量結(jié)算可能變成預(yù)占資源收費，這種收費模式的改變，也將改變電網(wǎng)的一些終端數(shù)據(jù)采集模式。比如實現(xiàn)智能電表數(shù)據(jù)的直采等。”孫磊說。
不僅如此，5G技術(shù)還將大幅降低配電網(wǎng)業(yè)務(wù)中通信建設(shè)和維護的成本。經(jīng)過多年建設(shè)，南方電網(wǎng)公司110千伏及以上變電站等區(qū)域已實現(xiàn)光纖覆蓋。
但是，隨著電力物聯(lián)網(wǎng)及智能變電站的業(yè)務(wù)發(fā)展，如輸電線路視頻監(jiān)控、電力隧道環(huán)境及視頻監(jiān)控、變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控、變電站巡檢機器人、移動作業(yè)/巡檢等業(yè)務(wù)興起，業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出大帶寬、高可靠、移動性等特點，需要考慮引入可靠的無線通信方式解決業(yè)務(wù)接入。
配用電領(lǐng)域，點多面廣，現(xiàn)有光纖覆蓋建設(shè)成本高、開通時間長、運維難度大，無法滿足快速靈活的廣域接入需求，有效支撐“可觀、可管、可控”的智能電網(wǎng)建設(shè)需求。
5G技術(shù)正好滿足了智能電網(wǎng)，尤其是配電網(wǎng)現(xiàn)階段進一步發(fā)展的需求。它的網(wǎng)絡(luò)切片、能力開放兩大創(chuàng)新功能，將為智能電網(wǎng)提供差異化服務(wù)保障，實現(xiàn)電力終端通信的可靠可管可控。這一切將在未來進一步得到驗證。
作者：劉杰 何靖治 李文梓
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