5G網(wǎng)絡(luò)切片在智能電網(wǎng)領(lǐng)域影響研究

2021-03-27 06:43:11國網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司

電力設(shè)備管理 2021年6期

國網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司王鑫葉瀟李辰張潔左航

1 智能電網(wǎng)發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

智能電網(wǎng)是在集成化、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上通過使用新材料、新設(shè)備、新能源以及先進(jìn)傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)所形成的新一代電力系統(tǒng)，在這個電力系統(tǒng)的作用下能夠更好地確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可持續(xù)運(yùn)行。

電力系統(tǒng)是整個電網(wǎng)運(yùn)作的重要生產(chǎn)系統(tǒng)，生產(chǎn)區(qū)具體劃分為控制區(qū)、非控制區(qū)；信息管理區(qū)被劃分為生產(chǎn)管理區(qū)和管理信息區(qū)。智能電網(wǎng)在運(yùn)作時依靠計算機(jī)信息技術(shù)和通信技術(shù)來管理系統(tǒng)，和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比呈現(xiàn)以下特點：較高可靠性。會在沒有人干涉或較少人干涉情況下對電力網(wǎng)絡(luò)中的元器件進(jìn)行隔離或自愈，從而減少用戶斷電的風(fēng)險，在出現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行故障的時及時分析、定位、響應(yīng)并恢復(fù)局部網(wǎng)絡(luò)異常情況[1]；較高的安全標(biāo)準(zhǔn)。安全標(biāo)準(zhǔn)比較高，不管是軟硬件系統(tǒng)在遭受外界攻擊情況下都會及時采取應(yīng)急模式予以調(diào)節(jié)，就算是業(yè)務(wù)中斷，整個系統(tǒng)也能很快恢復(fù)運(yùn)行；集成、交互系統(tǒng)。整合了監(jiān)視、控制、管理、運(yùn)營、資源規(guī)劃等子系統(tǒng)，在具體運(yùn)作時能和用戶設(shè)備、電力終端信息交互，從而更好完成電網(wǎng)調(diào)度。

智能電網(wǎng)在發(fā)展過程中也會面臨一些新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[2]：新能源。為更好應(yīng)對全球范圍內(nèi)變暖問題，需積極發(fā)展可再生能源。但從發(fā)展實際情況看，可再生能源發(fā)電隨機(jī)性、間接性的特點為電網(wǎng)功率平衡、運(yùn)行控制帶來困難。分布式能源的深度滲透會使配電網(wǎng)從功率單方向流動的無源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β孰p方向流動的有源網(wǎng)絡(luò)；新用戶。在電動車快速發(fā)展的背景下電動車容量需求增加。為更好滿足電動車管理需求需發(fā)展一種新的管理模式，即實現(xiàn)從電動設(shè)備接通時用電轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姇r間可互相選擇的互動用電；新要求。新設(shè)備和新場景的出現(xiàn)對用電質(zhì)量提出更高要求，即一些高科技數(shù)字設(shè)備對供電零間斷的要求。不僅如此，從電網(wǎng)運(yùn)營管理角度來看，對各個資源的使用要求也在逐漸提高，在使用用電設(shè)備時會思考如何提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備的線損和容載比[3]。

2 5G網(wǎng)絡(luò)切片實施的關(guān)鍵技術(shù)及其在智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的關(guān)鍵技術(shù)，通過使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)形式會將一張5G通信物理網(wǎng)絡(luò)在邏輯層面上劃分為多個虛擬端到端的網(wǎng)絡(luò)，在無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)的作用下各個網(wǎng)絡(luò)間互相獨(dú)立，每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時都不會干擾其他網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)會根據(jù)市場應(yīng)用需求的變化來管理安排網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)功能的剪裁處理，從而為客戶提供專屬虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持。

根據(jù)移動網(wǎng)絡(luò)切片管理和編排框架要求，3GPP工作組會在協(xié)議中部署更多的切片管理功能、網(wǎng)絡(luò)切片網(wǎng)管理功能。在具體操作時5G網(wǎng)絡(luò)切片會根據(jù)安全隔離要求和業(yè)務(wù)需求的差異化來選擇適合的切片方式，根據(jù)需要打造出個性化的切片網(wǎng)絡(luò)。傳輸網(wǎng)切片在硬件層交叉實現(xiàn)，軟件層可采用VLAN實現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)作下既可采取單獨(dú)的硬件資源完成物理隔離，也可在共享硬件服務(wù)器的同時采取不同虛擬機(jī)完成業(yè)務(wù)分層。在系統(tǒng)運(yùn)作時對于一些安全防護(hù)級別和隔離要求較高的多場景，也可采取端到端完全獨(dú)立切片的形式來傳輸數(shù)據(jù)信息，切片網(wǎng)絡(luò)會為不同業(yè)務(wù)提供差異化的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持[4]。

2.2 應(yīng)用場景

智能分布配電自動化。配電自動化是融合計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備和管理為一體的綜合信息管理系統(tǒng)，整個系統(tǒng)運(yùn)作的目的是提供安全、可靠的電力資源支持，改善電能質(zhì)量，為用戶提供精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)服務(wù)，減少工作人員的工作強(qiáng)度。智能電網(wǎng)采取了集中配電自動化控制方案，通信系統(tǒng)主要用來傳輸數(shù)據(jù)信息，包含終端上傳主站的遙感測試信息，遙信信息采集業(yè)務(wù)和主站還會下發(fā)終端常規(guī)總召，對出現(xiàn)故障的部位進(jìn)行隔離和定位。在電力可供電需求的提升下，要求智能分布電網(wǎng)能實現(xiàn)不間斷供電，并要求在故障出現(xiàn)時能第一時間予以處理[5]。

精準(zhǔn)化的負(fù)荷控制。電網(wǎng)負(fù)荷控制涉及到調(diào)度批量負(fù)荷控制和營銷負(fù)荷控制兩個類型，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時負(fù)荷控制會通過第二道防線的穩(wěn)控系統(tǒng)來緊急切除負(fù)荷，防止電網(wǎng)遭受到破壞。通過第三道防線低頻低壓減載負(fù)荷裝置還能在電網(wǎng)運(yùn)行時規(guī)避電網(wǎng)崩潰。為確保在直流故障影響下電網(wǎng)還能穩(wěn)定運(yùn)行，需采取多直流提升、抽蓄電站的切泵措施來平衡電網(wǎng)功率，但需注意的是要避免在直流出現(xiàn)嚴(yán)重故障下對電網(wǎng)頻率降落的干擾[6]。對于直流雙極閉鎖故障，如采取傳統(tǒng)意義上100kV負(fù)荷線路的集中切除負(fù)荷方式，一旦操作不當(dāng)會引起電力事故，危害社會穩(wěn)定。采用基于穩(wěn)定控制技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)不僅能滿足電網(wǎng)緊急狀態(tài)下的應(yīng)急處置需要，且會將用戶的用電負(fù)荷降低到最低狀態(tài)。

低壓用電信息的收集整理。低電壓用電信息采集業(yè)務(wù)是對電力用戶用電信息收集整理、處理和實施監(jiān)督控制的系統(tǒng)，能實現(xiàn)對用戶用電信息的自動化采集、異常監(jiān)督控制、電能質(zhì)量監(jiān)測和分析管理。電力用戶用電信息收集整理業(yè)務(wù)一般被應(yīng)用到計量領(lǐng)域，應(yīng)用方向是數(shù)據(jù)信息的傳輸，具體涉及到終端上傳主站狀態(tài)信息和主站下發(fā)終端常規(guī)指令信息。低壓用電信息的通訊方式包含230M、無線公共網(wǎng)絡(luò)、光纖傳輸幾個類型，信息采集的基本方式是24計量點方式，具體分為5分鐘信息采集模式和15分鐘信息采集模式。未來用電信息采集整理將會延伸到家庭，能幫助系統(tǒng)獲取更多用電終端負(fù)荷信息，最終牽引合理錯峰用電。

分布式電源。風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電動車發(fā)送電等新型分布電源是一種建立在用戶端的能源供給方式，這些提供電源的系統(tǒng)可單獨(dú)運(yùn)行、也可并網(wǎng)運(yùn)行。在能源變革深入發(fā)展的背景下如何開發(fā)和利用清潔能源、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的并網(wǎng)處理成為電網(wǎng)企業(yè)需要思考和解決的問題。2020年分布式電源裝機(jī)容量達(dá)到1.87億千瓦，占據(jù)同期總體裝載機(jī)的9.1%，在電網(wǎng)運(yùn)行中分布式電源是一個重要的關(guān)鍵，將分布式電源集中在電網(wǎng)中會獲得巨大的收益，不僅會節(jié)省輸電網(wǎng)運(yùn)行資金消耗，還會增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。分布式電源發(fā)電還會為系統(tǒng)運(yùn)作提供更靈活的支持，如在暴風(fēng)雪的天氣下如電力系統(tǒng)遭受較多破壞，這時分布式電源就會形成孤島或微網(wǎng)，進(jìn)而向醫(yī)院、交通樞紐和廣播電視提供持續(xù)性的電力資源支持。

視頻圖像的實時性監(jiān)督控制。實時性視頻圖像監(jiān)督控制一般被應(yīng)用在安防控制系統(tǒng)和監(jiān)督控制系統(tǒng)，在視頻監(jiān)督控制系統(tǒng)的作用下會對電力系統(tǒng)運(yùn)作場所、配電網(wǎng)重要節(jié)點的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督控制，視頻監(jiān)督控制點一般會被安排在遠(yuǎn)端配電房或比較隱蔽的公共場所，視頻信號傳遞為集中業(yè)務(wù)模式，需依靠更高級的配電系統(tǒng)，現(xiàn)有光纖覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)無法滿足系統(tǒng)靈活監(jiān)督控制的要求。

2.3 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求

根據(jù)智慧電網(wǎng)的不同應(yīng)用場景需要可對端到端網(wǎng)絡(luò)分別使用mMTC切片、uRLLC切片，且在不同切片間的相互組合作用下可實現(xiàn)對分域的切片管理，由此滿足對應(yīng)場景的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求。對于電網(wǎng)運(yùn)作的各個場景受不同業(yè)務(wù)間的差異影響，在可靠性、時效性、寬帶、隔離度等方面會體現(xiàn)出不同的要求，不同的切片類型也會滿足不同網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作要求，電網(wǎng)企業(yè)可根據(jù)切片的使用狀態(tài)和業(yè)務(wù)要求對各個隸屬單位提供差異化的電力業(yè)務(wù)服務(wù)。

5G網(wǎng)絡(luò)切片在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用時的不同場景的隔離度、帶寬、可靠性、時延、連接數(shù)、切片實例指標(biāo)要求分別為：分布式配電自動化。高、低、高、高、中、uRLLC；精準(zhǔn)負(fù)荷控制。高、低、高、高、中、uRLLC；低壓用電信息采集。低、低、中、中、高、mMTC；視頻圖像的實時性監(jiān)督控制。低、高、低、低、低、eMBB；分布式電源控制。中、低、高、中、高、uRLLC＋mMTC；智能巡檢推行回傳。中、高、中、高、低、eMBB＋uRLLC。