5G通信技术在泛在电力物联网的应用

　　摘要：物联网的概念最早由麻省理工学院(MIT)学者于1999年提出，它是指通过信息传感设备实现“物物相连”的互联网，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现对物品的智能化识别和管理功能。本文对5G通信技术在泛在电力物联网的应用进行分析，以供参考。

　　关键词：5G时代;物联网技术;电力系统

　　引言

　　能源互联是未来的发展趋势，而泛在电力物联网是实现能源互联的重要途径，建设泛在电力物联网迫在眉睫。我国电力系统已经实现了重要节点的数据连接，但仍有大量的用户侧数据和边缘数据尚未得到采集与应用，泛在电力物联网的建设将对上述海量边缘数据进行采集与分析、实现电力系统各个环节互联互通，大力提升数据自动采集、获取的能力，对电力通信技术提出更高的要求。

　　1我国电力物联网发展概况

　　1.1电力物联网基本框架

　　电力物联网分感知层、网络层、应用层。感知层通过传感器、无线射频识别技术(RFID)、北斗系统、计量装置、各种智能终端、机器人、视频装置等测量、感知电网输电线路状态、变压器状态等电网信息。网络层通过物联网网关，采用无线通信、光纤通信、卫星通信或者电信运营商通信等手段将信息送到应用层。应用层进行信息处理、数据汇聚、数据挖掘、应用集成，实现智能用电、智能变电、智能配电、智能巡检、智能家居等智能系统的应用。数据实现从“端”到“网”再到“云”的传输与交互。

　　1.2电力物联网核心技术展望

　　(1)智能感知技术。对电网的精准感知控制需要实现对发电、输电、变电、配电、用电、资产等的全面感知，这要求电网具备先进的感知技术、边缘智能技术、安全连接技术、微源取能技术等。(2)边缘计算技术。边缘计算技术可以满足终端的实时需求，在终端附近对数据进行及时反映，减少带宽成本，减少响应时间，还可以降低系统资源成本，提高终端智能水平。边缘计算还有利于实现冗余计算、区块链算法、优化算法等。(3)云计算技术及云平台。电网一体化平台、协同技术等都需要云计算、云平台做依托。(4)人工智能。机器学习、图像识别、智能机器人等人工智能，对电网控制算法优化、安全控制、安全生产、巡检等都具有十分重要的意义。

　　2现状

　　目前，我国泛在电力物联网正处于积极建设阶段，其两个战略安排分别为：计划于2021年和2024年初步建成和建成泛在电力物联网。虽具有非常良好的应用价值和前景，但也加大了其智能化与信息化提升难度，具体表现为：一是信息安全。海量数据采集后需借助通信技术传输至统一平台进行处理和分析，此过程既要确保数据可以全部快速传输至平台，又要保证传输过程不受网络安全漏洞、攻击的影响，以防数据丢失或泄露，对信息安全技术要求极高。二是业务壁垒。电力企业检修、调度、营销、财务等各业务部门都有独立的系统，业务壁垒较难打破，一定程度上加大了数据集中处理分析、减少信息冗余的难度。三是数据分析。

　　3 5G的性能特点

　　与4G相比，5G在8个方面的性能指标都更为优越:1)移动性，指在满足一定系统性能的前提下，通信双方最大相对移动速度。4G最高移动速率是350km/h，5G为500km/h，可以满足一些高速移动业务需求。2)时延，指发送端到接收端接收数据之间的间隔。4G空口时延在10ms左右，5G仅为1ms，为系统及时灵活响应各种变化提供有力支撑。3)用户体验速率，指在覆盖区域内，用户或设备所能达到的实际速率。

　　4G网络下用户体验速率为10Mbps，而5G网络下为100Mbps，相比于4G提升较为明显。4)峰值速率，指用户可以获得的最大业务速率。4G峰值速率为1Gbps，5G为20Gbps，5G可以对网络要求很高的业务进行推广。5)连接密度，指单位面积可以连接的设备数量。4G每平方千米可连接10万个设备，5G可连接100万个设备，5G可有效满足泛在电力物联网海量接入要求。

　　6)单位面积容量，指服务区域内全部流量总和。4G单位面积容量为每平方米0.1Mbps，5G为每平方米10Mbps。7)带宽，指单位时间内可以传输的数据量。4G网络带宽为20MHz，5G网络带宽为100MHz，5G有更好的信息传输能力，可以承载大带宽业务。8)网络能效，指每消耗单位能量可以传送的数据量。5G网络能效是4G的100倍，能耗更低，在同等能耗下可以传输更多的数据信息。

　　4支撑泛在电力物联网运行的技术关键

　　对性能的增强，5G通信技术与泛在电力物联网的结合应用较之传统无线通信技术而言，具有较高的性能指标，主要依赖于5G通信性能增强技术的发挥，即无线通信技术和无线网络技术。现阶段，性能增强技术已经成为5G通信的标准技术且正处于不断发展的过程中，例如大规模MIMO技术、毫米波通信技术等，其中也存在部分技术在发展过程中遭遇技术瓶颈，从而抑制其发展，例如D2D通信技术存在信号干扰问题、全双工技术自干扰轻易消除问题等[1]。

　　5基于5G的泛在电力物联网关键技术

　　融合5G的地下厂房深度覆盖技术从带宽、速率、时延、可靠性等多个维度对电网各无线通信应用场景进行分析，满足各通信性能指标要求，减少地下厂房无线网络受“岩体吸收”效应和无线电驻波抵消效应的影响，从而减少信号覆盖盲区，现深度覆盖。该技术主要应用于平均电场强度2845V/m和平均磁场强度6μT的辐射环境下的电厂生产控制、信息管理、精准控制、应急通信等业务。

　　6 5G通信技术在泛在电力物联网中的应用分析与展望

　　6.1联合仿真

　　电力仿真作为电力系统分析过程中的重要手段，是判断电力系统运行状态、电网运行方案安全性与可靠性的关键。现阶段，国内外不少厂家开发了使用于不同应用的、多元化的电力系统仿真软件，例如：OPNET，其主要运用于通信领域，即在保障通信系统运行的稳定性的同时，对系统规划及运行进行仿真分析。

　　随着泛在电力物联网的不断发展，也将成为与电力网络、通信网络深度耦合的电力系统，而5G通信网络与电力网络的联合仿真是对泛在电力物联网进行有效分析的关键[2]。为此，开发新型的联合仿真方法、仿真软件，研究不同的仿真软件接口，是5G通信技术在泛在电力物联网以及整个电力系统中应用的必然。

　　6.2安全隐私

　　安全隐私问题是信息时代常见且较为关键的问题，5G通信技术一定程度上降低了信息安全隐患，但万物互联的实现却为通信安全带来了巨大的挑战。安全与隐私作为影响泛在电力物联网的关键因素，能够直接影响整个电力系统乃至电力企业的稳定发展。因此，需要为电力系统中的相关数据设置保密级别或者设置不同的数据获取权限，在保护各个对象安全与隐私的前提之下进行数据传输、实现数据共享。

　　电力论文投稿期刊：南方电网技术(双月刊)创刊于2007年，是由中国南方电网有限责任公司主管，南方电网技术研究中心主办的国内外公开发行的技术类科技期刊，主要刊登电力系统的科研、规划、基建、生产运行和维护等方面的成果、经验和动态，发行数量8000份以上。

　　结束语

　　综上所述，泛在电力物联网以信息化、数字化、智能化为传统变电站赋能，使得变电站运行呈现出全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的新特征。

　　参考文献：

　　[1]赵宏大,5G通信技术在泛在电力物联网的应用[J].南方电网技术,2019,14(08):9-17.

　　[2]周峰,泛在电力物联网智能感知关键技术发展思路[J].中国电机工程学报,2019,40(01):70-82+375.

　　[3]杨挺,泛在电力物联网释义与研究展望[J].电力系统自动化,2019,43(13):9-20+53.

　　[4]杨东升,泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术,2018,40(02):107-114.

　　[5]胡畔.泛在电力物联网发展建议及关键技术展望[J].湖北电力,2018,43(01):1-9.

　　作者：袁鹏飞