5G智能电网应用的机遇与趋势

什么是智能电网?

智能电网，一条现代化的输电线路。利用信息通信技术，利用数字或模拟信号来检测和采集供电侧的供电状态和消费侧的用电状态。然后利用这些信息来调整电力的生产、输送、分配，或者调整家用电器和企业用户的用电量，达到节能、减少损耗、增强电网可靠性的目的。

智能电网的最新发展:

推进“智能电表基础设施”、“规划智能电网”和“智能电力服务”是智能电网发展的重点。近年来，台湾开展了智能电表测试和示范项目，并积极协助台湾电力公司推广智能电网。制定相关方案，其中传输的通信技术包括3G/4G、RF Mesh、PLC、Wi-SUN、Wi-Fi、有线光纤等。近年来，LPWAN技术逐渐成熟，电表数据传输水平较低。数据量属性的应用非常适合使用LPWAN作为通信系统，如LoRa、NB-IoT等技术。5G是近年来新兴技术和产业的热门话题之一。除了更高的传输速度和巨大的容量外，它的低延迟、网络切片、边缘计算等通信架构也不同于一般的电信网络。它可以为多样化智能电网的发展带来更多的应用。

5G智能电网应用场景及通信需求:

5G系统定义了三种主要类型的切片技术，包括eMBB (Enhanced Mobile Broadband)、URLLC (Ultra-reliable and Low Latency Communications)、mMTC (massive Machine Type Communications)等应用，可以分别满足智能电网中各种电力业务的应用需求。5G网络切片技术可承载智能电网的多样化业务，为电力系统的各种需求提供应用服务。电网由传统的输配电变电系统向智能电网转变。实现对小型分散能源系统的有效管理，安全高效的输变电，灵活的配电，多样化的用电量模式，电力信息化。通信网络是重要的基础，整个电力系统有各种类型的能源服务应用，每种应用都有其网络特性。5G的网络切片技术可以容纳不同的传输级别，并在同一基站中实现。无论是需要大带宽的图像监控应用程序，还是需要小带宽、低延迟的配电管理应用程序，都可以支持每个应用程序的不同特性。与需求。

分布式能源(DER):

国际能源趋势是可再生能源比重越来越高，从集中式发电厂向分散式小型、多样化、小型、分散式能源系统发展。如家用太阳能发电、电动滑板车、家庭能源管理系统等。分散式能源的数量持续增加，全球DER容量预计将从2017年的132.4吉瓦增长到2026年的528.4吉瓦，以响应2025年国内能源比例目标:30%煤、50%气、20%可再生能源，如何在能源分散的背景下保持电力系统的供需平衡、稳定和安全是电力企业需要面对和解决的问题，尤其是可再生能源发电具有不确定性、难以准确预测、难以可控等特点，这些困难也是5G技术带来突破的机遇。

为了收集多样化和小规模的分布式能源，台湾电力需要引入虚拟电厂技术。通过采用5G高效低延迟网络，智能实时管理，整体电力可用性和可靠性与传统发电厂相当。，足以参与电力能源的市场交易及配套服务。为了保证电网自动调度的即时性，保护消息和监控消息都需要达到毫秒级的低延迟。

过去，电视台通过自建光纤网络来实现相关的低时延要求。然而，在能源分散的背景下，自分布式光纤解决方案的成本太高。因此，可以使用5G网络切片和边缘计算技术来建立通信。VPP智能控制建立在边缘云上，保证传输稳定、低时延。此外，通过网络切片，台湾电力可以帮助台湾电力在现有的通信网络上建立一个专用网络，以确保电网的安全，避免恶意攻击。

分布式自动化(DA)/馈线自动化(FA):

前期配电网的保护电路只有简单的过流过压保护电路设计，没有建立通信网络和后端计算机管理系统，难以实现分段隔离。这需要几个小时的时间。配电自动化是基于配电网和设备建立的强大的信息管理系统。准确定位故障，获取相邻配电终端设备的运行信息，实现对配电网的监控，快速隔离和排除故障。

此外，馈线自动化(FA)是指从变电站线路到用户变压器设备的自动化，包括馈线故障的自动恢复和自动隔离等功能，是配电自动化的重要分支线路部分。电力系统的可靠性要求很高，需要将事故隔离时间缩短到毫秒级，以保证电力的不间断供应。在这种对配电自动化/馈线自动化控制要求非常高的场景中，需要5G URLLC技术来实现基站与配电/馈线终端设备之间的低传输延迟，以满足需求。5G技术可以取代配电自动化中现有的光纤基础设施，提供毫秒级的网络传输延迟，可以作为配电/馈线自动化电网无线通信的更好解决方案，实现更快、更准确的电网控制。

站内/站外检查:

5G技术超高速特性在智能电网中可能的应用场景主要是高质量视频巡检应用。一般可分为变电站站内站外的高质量图像检测应用和语音检测应用。在变电所的应用主要是变电站巡检机器人和配电室视听巡检应用。变电站巡检机器人可集成多通道高清摄像头和各种物联网环境传感器，即时将高清图像和物联网相关巡检数据返回到变电站控制中心。变电站内配电室的音视频检查，配电室内重要设备可安装多路高清音视频监控系统，并将配电室内重要设备的运行状态图像、设备开关状态等相关信息发回变电站进行控制。中心提高了变电站人工检测的自动化程度。变电站外的应用主要是无人机对输电线路的巡检等。无人机对输电线路的巡检主要针对高压输电网的线路巡检。

先进抄表系统(AMI)

随着需求的增加，各国都在积极推进智能电网的建设，希望通过实时控制和需求侧管理，促进电力资源的优化配置和运行，实现节能减排的目标，提高智能电表的安装和运行水平。电表大多安装在地下室等接收差的地方，城市地区电表密度高。此外，公众会对安装明显的通信设备产生强烈反对。目前，世界上大多数制造商采用的技术是将RF Mesh与PLC一起部署。RF Mesh必须安装大量的集中器，这需要很大的空间，但空间不易获得，而且PLC可能由于电路信号干扰而造成规划或负载功耗等问题。就5G技术而言，它属于大规模集中式网络架构(mMTC)，可以减少对通信设备建设空间的需求，并且电源的独立运行不受用户负载功耗的影响。此外，电力系统具有较高的稳定性。为了满足安全保密性的要求，可以通过切片技术对无线专网进行虚拟化，实现更高强度的安全隔离，提高智能抄表所需的安全性、稳定性和灵活性。

5G的技术特点将加速智能电网的实现:

5G网络和智能电网都是未来IT产业发展的重要趋势。除光纤网络外，5G网络低时延特性在控制应用中的应用，可为智能电网带来全新的通信解决方案;广泛的切片技术可以同时提供eMBB、URLLC、mMTC等不同的应用场景。网络功能虚拟化(network function Virtualization, NFV)可以为智能电网带来像专网一样的安全隔离网络，为电网数据的传输带来更好的安全性。针对智能电网多样化的应用场景，5G网络还提供了不同层次的网络接入，为用户提供了更灵活的配置，使智能电网的实施速度加快。

未来展望:

智能电网及其所有智能技术、工具和设备，将在效率、减少排放、提高其耐久性和安全性方面对国家电网产生积极影响。任何新技术，尤其是颠覆性技术，都有必须克服的困难，智能电网也是如此。一个可靠、安全、经济的电网是人们日常生活中需要的，而智能电网正在逐渐满足这一需求。