5G智能電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景及特點(diǎn)

 

結(jié)合5G的技術(shù)發(fā)展，未來5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用可歸納為十大愿景，分別為配電網(wǎng)控制保護(hù)、電網(wǎng)狀態(tài)感知、多無人跡協(xié)同作業(yè)、智能機(jī)器人、智慧用能、應(yīng)急通信、遠(yuǎn)程診斷、云VR/AR、現(xiàn)場(chǎng)AI輔助、移動(dòng)辦公。圍繞十大愿景，南方電網(wǎng)總結(jié)了約50類具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

 

對(duì)上述業(yè)務(wù)場(chǎng)景，目前采用了多種方式進(jìn)行通信，主要包括光纖、無線公網(wǎng)(2G/4G)、NB-IoT、Wi-Fi等。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，后續(xù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出分布式部署、實(shí)時(shí)感知、精準(zhǔn)控制、海量連接等特點(diǎn)，隨之對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬容量、端到端時(shí)延、安全保障、靈活接入等提出了更大挑戰(zhàn)。

 

在分布式部署、精準(zhǔn)控制方面，目前配電網(wǎng)的保護(hù)主要為線路級(jí)，響應(yīng)控制時(shí)間為秒級(jí)別，線路故障影響面較大，保護(hù)、恢復(fù)等大多需要人工操作。未來隨著智能分布式配網(wǎng)終端的廣泛應(yīng)用，連接模式將出現(xiàn)更多的分布式點(diǎn)到點(diǎn)連接，隨著用電負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)、分布式能源調(diào)控等應(yīng)用，主站系統(tǒng)將逐步下沉，出現(xiàn)更多的本地就近控制，且與主網(wǎng)控制聯(lián)動(dòng)的需求，時(shí)延需求將達(dá)到毫秒級(jí)。

 

在實(shí)時(shí)感知、海量連接方面，目前計(jì)量數(shù)據(jù)采集頻次較低，一般為天級(jí)，控制能力相對(duì)粗放，一般為秒級(jí)、線路級(jí)；未來隨著新能源并網(wǎng)、分布式能源調(diào)控、用電負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)等業(yè)務(wù)發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)電表直抄，連接數(shù)將大幅增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采集頻次將提升至分鐘級(jí)，精準(zhǔn)控制能力將提升至毫秒級(jí)、節(jié)點(diǎn)級(jí)。此外，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、AI等新技術(shù)發(fā)展，衍生出機(jī)器人、無人機(jī)、基于物聯(lián)網(wǎng)的融合狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能家居等應(yīng)用，呈現(xiàn)出連接大幅增長(zhǎng)、帶寬需求爆發(fā)，融合采集與工業(yè)控制相結(jié)合等發(fā)展趨勢(shì)。

 

5G智能電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐

 

自2018年以來，依托5G規(guī)模組網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用示范工程，南方電網(wǎng)聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)、華為等單位，從頂層設(shè)計(jì)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)到業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，開展了一系列卓有成效的5G創(chuàng)新應(yīng)用合作，創(chuàng)造了多項(xiàng)“行業(yè)第一”，全面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和業(yè)務(wù)雙領(lǐng)先。

 

一是3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。

 

自2018年2月南方電網(wǎng)公司成為國(guó)內(nèi)能源領(lǐng)域唯一3GPP/CCSA全權(quán)會(huì)員以來，已累計(jì)向3GPP提交30余篇電力需求/技術(shù)實(shí)現(xiàn)提案，16篇被納入9項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容涉及5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)、5G承載配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)能力開放、網(wǎng)絡(luò)切片管理等。后續(xù)將在網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、確定性時(shí)延保障、安全可信接入、資源編排優(yōu)化、業(yè)務(wù)性能測(cè)量等方面提交更多的電力需求/實(shí)現(xiàn)提案，為今后大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

 

二是發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應(yīng)用白皮書》。

 

2018年6月27日，在上海世界移動(dòng)大會(huì)期間，南方電網(wǎng)公司與中國(guó)移動(dòng)、華為公司聯(lián)合對(duì)外正式發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應(yīng)用白皮書》。這是5G電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的第一份正式宣告，將電網(wǎng)特色需求融入5G解決方案，表達(dá)了南南方電網(wǎng)訴求和立場(chǎng)。白皮書首次給出了5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片總體架構(gòu)，提出了適合電力行業(yè)的基于端、管、云、安全四大領(lǐng)域的智能電網(wǎng)端到端網(wǎng)絡(luò)切片解決方案。

 

三是國(guó)內(nèi)外首例5G承載電網(wǎng)控制業(yè)務(wù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。

 

2019年1月，在深圳完成了國(guó)內(nèi)外首例基于5G網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)分布式差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)外場(chǎng)測(cè)試，首次驗(yàn)證了5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延(<15毫秒)及高精度網(wǎng)絡(luò)授時(shí)能力(<10微秒)滿足電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)需求；2019年5月，在深圳完成了國(guó)內(nèi)外首例基于5G的配電網(wǎng)同步相量測(cè)量外場(chǎng)綜合測(cè)試，解決了裝置間絕對(duì)時(shí)間難以同步和通信時(shí)延這兩個(gè)技術(shù)痛點(diǎn)；2020年1月9日，選取深圳局2條站內(nèi)10kV饋線和4個(gè)站外環(huán)網(wǎng)柜，完成了國(guó)內(nèi)外首條基于5G SA網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)分布式差動(dòng)保護(hù)跨基站承載現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)切片保證了不同分區(qū)業(yè)務(wù)的安全隔離，測(cè)試指標(biāo)滿足5G承載電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)毫秒級(jí)低時(shí)延和微秒級(jí)高精度網(wǎng)絡(luò)授時(shí)的苛刻需求。

 

四是國(guó)內(nèi)外首例5G SA網(wǎng)絡(luò)切片功能驗(yàn)證及運(yùn)營(yíng)管理全流程拉通。

 

2019年6月，通過部署電力專用核心網(wǎng)設(shè)備，改造基于FlexE的SPN承載網(wǎng)，采用5QI等級(jí)的業(yè)務(wù)優(yōu)先調(diào)度機(jī)制，在深圳坂田測(cè)試驗(yàn)證了國(guó)內(nèi)外首例基于5G SA架構(gòu)的無線、傳輸、核心網(wǎng)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的基本功能(如切片配置、發(fā)布、實(shí)例化、性能監(jiān)測(cè)等)，實(shí)現(xiàn)了不同分區(qū)電力切片間業(yè)務(wù)互不影響，業(yè)務(wù)QoS可保障。2019年9月，在深圳實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)外首例5G SA網(wǎng)絡(luò)切片從切片定購(gòu)、切片配置、切片部署到切片監(jiān)控的全流程拉通，切片運(yùn)行狀態(tài)及業(yè)務(wù)性能全程可監(jiān)測(cè)，初步驗(yàn)證了切片全生命周期管理流程和手段。

 

直面多方面挑戰(zhàn)

 

電力行業(yè)采用5G技術(shù)提升自身生產(chǎn)水平，還需要迎接多方面挑戰(zhàn)。

 

一是5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍未完全凍結(jié)，尤其在R18中針對(duì)智能電網(wǎng)的專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)才剛起步，后續(xù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)上仍有一定的不確定性。3GPP在2020年上半年完成R16版本后，對(duì)uRLLC的標(biāo)準(zhǔn)基本完成，但對(duì)mMTC的標(biāo)準(zhǔn)仍在制定中，針對(duì)智能電網(wǎng)的R18標(biāo)準(zhǔn)僅處于起步階段，技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)解決方案仍有一定的不確定性和可塑性。

 

二是5G承載智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全可靠性仍未有官方認(rèn)證。對(duì)于5G技術(shù)的安全能力提升、相關(guān)的安全解決方案以及其在電力應(yīng)用中是否能達(dá)到電力安全隔離的要求，目前尚未得到國(guó)家相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證測(cè)評(píng)。

 

三是面向5G的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)的技術(shù)需要持續(xù)優(yōu)化。對(duì)于電力行業(yè)，如何解決電力業(yè)務(wù)接入進(jìn)行有效規(guī)劃、以及解決電力小顆粒帶寬的高效承載技術(shù)，如適配電網(wǎng)安全分區(qū)業(yè)務(wù)的SPN/IP-RAN承載網(wǎng)技術(shù)，目前結(jié)業(yè)并沒有成熟解決方案，相關(guān)的設(shè)備功能也在不斷地改進(jìn)優(yōu)化中。在業(yè)務(wù)的高性能承載方面，電網(wǎng)業(yè)務(wù)有著自己的特點(diǎn)，電力業(yè)務(wù)有高精度授時(shí)(如差動(dòng)保護(hù)、PMU等)、小顆粒帶寬持續(xù)傳輸(自動(dòng)化、計(jì)量、差動(dòng)保護(hù)等)、確定性時(shí)延(如差動(dòng)保)、多協(xié)議適配(如基于L3的104規(guī)約、L2的Goose規(guī)約等)，均需要5G在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上，引入優(yōu)化措施才能更好地滿足上述需求。

 

四是適配電力業(yè)務(wù)的通信終端、通信模塊的僅處于起步階段，需要拉通產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步降低終端成本，促進(jìn)5G智能電網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用。2020年8月，具備網(wǎng)絡(luò)授時(shí)功能的電力5G CPE面世，并順利通過業(yè)務(wù)測(cè)試驗(yàn)證，但適配電力業(yè)務(wù)的通信終端成本仍然較高，缺乏標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步拉通產(chǎn)業(yè)進(jìn)行孵化推廣。

 

五是目前5G智能電網(wǎng)應(yīng)用仍乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。5G在電力業(yè)務(wù)的多種應(yīng)用處于起步階段，尚未到達(dá)規(guī)模應(yīng)用程度，業(yè)務(wù)的接入、網(wǎng)絡(luò)承載、安全管理、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)等方面標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)空白，需要面向5G智能電網(wǎng)規(guī)模商用，構(gòu)建全方面的標(biāo)準(zhǔn)化體系，包括業(yè)務(wù)申請(qǐng)、網(wǎng)絡(luò)承載、終端接入、平臺(tái)管控、業(yè)務(wù)保障、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、安全保障等方面，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，支撐后續(xù)業(yè)務(wù)規(guī)?；l(fā)展。

 

六是5G智能電網(wǎng)應(yīng)用尚未有明確的商業(yè)管理模式需要進(jìn)一步探索。運(yùn)營(yíng)商與電網(wǎng)的5G商業(yè)模式仍未明朗。未來可能有多種模式，按流量資費(fèi)、按SLA服務(wù)能力收費(fèi)(帶寬、確定性時(shí)延保障等)、按照切片模式收費(fèi)等仍未明確，同時(shí)電網(wǎng)在5G建設(shè)初期，是否可以通過與運(yùn)營(yíng)商通過基礎(chǔ)資源互換的方式來降低使用成本，等問題均仍待討論。

 

三步走實(shí)現(xiàn)融合發(fā)展

 

未來，南方電網(wǎng)將從以下三個(gè)方面發(fā)力，推動(dòng)5G與電力產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。

 

一是積極開展試點(diǎn)，并推動(dòng)安全測(cè)評(píng)認(rèn)證。南方電網(wǎng)將積極開展5G業(yè)務(wù)驗(yàn)證及應(yīng)用示范，面臨網(wǎng)絡(luò)安全威脅及安全隔離性等不確定問題，盡快形成5G承載電網(wǎng)不同分區(qū)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)安全要求及檢測(cè)評(píng)估方法，并邀請(qǐng)第三方國(guó)家級(jí)權(quán)威測(cè)評(píng)機(jī)構(gòu)開展現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測(cè)，加快推動(dòng)5G承載電力業(yè)務(wù)的安全認(rèn)證測(cè)評(píng)工作。

 

二是加快電網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)商之間跨行業(yè)5G創(chuàng)新商業(yè)模式和資源共建共享合作方式的探索進(jìn)程。在集團(tuán)層面加速推進(jìn)未來5G大規(guī)模承載電網(wǎng)業(yè)務(wù)情況下，電網(wǎng)企業(yè)與電信運(yùn)營(yíng)商之間在業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、資費(fèi)管理、安全措施、職責(zé)分工、運(yùn)維保障等方面的創(chuàng)新商業(yè)合作模式。可以由專業(yè)部門成立專業(yè)團(tuán)隊(duì)，結(jié)合電網(wǎng)內(nèi)部資源特點(diǎn)及政策，盡快開展面向5G規(guī)模商用的跨產(chǎn)業(yè)資源共建共享合作模式研究。

 

三是與產(chǎn)業(yè)各方共同推動(dòng)5G智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，營(yíng)造良好生態(tài)圈，加快產(chǎn)業(yè)進(jìn)展。南方電網(wǎng)將持續(xù)跟進(jìn)5G標(biāo)準(zhǔn)，尤其積極參與3GPP R18的標(biāo)準(zhǔn)制定，通過5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣(5GAIA)、5G確定性網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(5GDN)等組織，與產(chǎn)業(yè)各方進(jìn)一步推動(dòng)智能電網(wǎng)領(lǐng)域5G相關(guān)的技術(shù)研究、產(chǎn)品研制、測(cè)試驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)制定等工作，共同引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，孵化5G創(chuàng)新應(yīng)用及產(chǎn)品。