徐延輝 馬翔 宋強(qiáng)

(中國(guó)聯(lián)通山東省分公司,山東濟(jì)南 250101)

0 引言

隨著5G技術(shù)和MEC技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,基于這兩項(xiàng)技術(shù)組合形式的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用也開(kāi)始備受關(guān)注。在對(duì)這種形式的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程中,首先應(yīng)該對(duì)5G技術(shù)以及MEC技術(shù)做到全面了解,然后以此兩項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的形式,才可以讓以5G+MEC技術(shù)為基礎(chǔ)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)得以科學(xué)建設(shè),以此來(lái)促進(jìn)當(dāng)今電力行業(yè)的良好發(fā)展。

1 5G技術(shù)和MEC技術(shù)概述

1.1 5G技術(shù)概述

5G技術(shù)是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng),該技術(shù)屬于一種數(shù)字化的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5G技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)傳輸效率高、延遲低、能源節(jié)約效果好、系統(tǒng)容量大且成本低。其最高網(wǎng)速可達(dá)10GBit/s,網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間在1毫秒以內(nèi)。該技術(shù)不僅在手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸中發(fā)揮著關(guān)鍵性的優(yōu)勢(shì),也在其他各個(gè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中發(fā)揮著顯著作用。

1.2 MEC技術(shù)概述

MEC技術(shù)是多接入邊緣計(jì)算技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng),這一技術(shù)可以為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)者以及相關(guān)內(nèi)容的提供商建立起一種云計(jì)算功能,同時(shí)也可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣建立起一個(gè)IT服務(wù)環(huán)境。這種網(wǎng)絡(luò)邊緣IT服務(wù)環(huán)境的主要特征是帶寬高、延遲超低,同時(shí),應(yīng)用程序可借助于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形式來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問(wèn)。這一技術(shù)可以為電信運(yùn)營(yíng)商繪制出一個(gè)完整的線路圖,借助于IaaS/PaaS模型來(lái)實(shí)現(xiàn)邊緣云計(jì)算功能的提供[1]。

2 以5G+MEC技術(shù)為基礎(chǔ)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)分析

2.1 主要設(shè)計(jì)目標(biāo)

在以5G+MEC技術(shù)為基礎(chǔ)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中,其主要的目標(biāo)有三個(gè),第一是對(duì)變電站進(jìn)行移動(dòng)巡檢和集中監(jiān)控,有效解決傳統(tǒng)變電站監(jiān)控中高清視頻傳輸中的帶寬問(wèn)題,讓各個(gè)變電站區(qū)域得到實(shí)時(shí)的高清監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡線和巡站等的各項(xiàng)業(yè)務(wù),以此來(lái)提高變電站的檢修效率,降低運(yùn)維難度和成本。第二是對(duì)配電站的實(shí)際配電狀態(tài)做到實(shí)時(shí)感知,實(shí)現(xiàn)海量高精度錄波數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳,為電網(wǎng)業(yè)務(wù)的靈活性、可靠性和安全性等的需求滿足提供有效保障。第三是對(duì)開(kāi)關(guān)站線路實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù),為線路縱差保護(hù)提供有效的承載作用,全面滿足其保護(hù)信號(hào)傳輸過(guò)程中的時(shí)延需求,并對(duì)新的縱差保護(hù)傳輸方式進(jìn)行探索,促進(jìn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 變電站試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

在業(yè)務(wù)需求的設(shè)計(jì)中,借助于5G技術(shù),可以讓變電站實(shí)現(xiàn)移動(dòng)巡檢以及集中監(jiān)控,其中主要有220KV形式變電站端的輔助監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、高清視頻以及通過(guò)機(jī)器人巡檢方式實(shí)時(shí)進(jìn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時(shí)也讓220KV變電站中的AR巡檢以及移動(dòng)變電作業(yè)得以實(shí)現(xiàn)。另外,借助于5G網(wǎng)絡(luò),也可以將現(xiàn)場(chǎng)的巡檢數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程會(huì)商等的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求,其總帶寬應(yīng)該達(dá)到50M,時(shí)延應(yīng)該達(dá)到100ms以內(nèi)。

在覆蓋區(qū)域的設(shè)計(jì)中,應(yīng)該保障5G信號(hào)在220KV變電站實(shí)現(xiàn)全面覆蓋,包括110KV和220KV生產(chǎn)綜合樓、站內(nèi)院區(qū)以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外等的這些區(qū)域。

圖1 分系統(tǒng)連接圖Fig.1 Sub-system connection diagram

圖2 分設(shè)備連接圖Fig.2 Connection diagram of sub-equipment

表1 本次試點(diǎn)過(guò)程中的業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)情況Tab.1 The design of business requirements during the pilot process

在MEC的建設(shè)過(guò)程中,需要將MEC建設(shè)在下沉園區(qū)中的機(jī)房?jī)?nèi),包括防火墻2套、交換機(jī)3套、服務(wù)器3套,可以為15G流量的數(shù)據(jù)并發(fā)提供支持,且不限制用戶數(shù)量。其中,GW-U核心網(wǎng)功能需要下沉到邊緣機(jī)房?jī)?nèi),以此來(lái)達(dá)到本地分流效果,讓泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的低延時(shí)、大寬帶業(yè)務(wù)需求得以充分滿足,并通過(guò)防火墻的設(shè)置來(lái)確保業(yè)務(wù)安全[2]。GW-U核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置在核心機(jī)房?jī)?nèi),并鏈接到控制面上,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)以及策略等的控制。

在基站的建設(shè)過(guò)程中,首先是室外基站設(shè)計(jì),本次試點(diǎn)設(shè)計(jì)中,基站南北長(zhǎng)度為74m,東西長(zhǎng)度為70m,將一座NSA 5G形式的基站建設(shè)在建筑室外的樓頂,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站室外區(qū)域的全面覆蓋。其次是室內(nèi)基站設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)中,主要借助于3G/4G/5G的共模形式來(lái)實(shí)現(xiàn)新型室分,其中,共設(shè)置BBU1臺(tái),RHUB2臺(tái),PRRU5臺(tái)。其分系統(tǒng)連接,如圖1所示。

在基站回傳方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要通過(guò)DRAN的方式進(jìn)行部署,通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)5GRRU到BBU之間的連接,BBU在綜合連通業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)機(jī)房?jī)?nèi)集中設(shè)置,借助于該機(jī)房,可以將基站信息直接回傳給MEC系統(tǒng)中的邊緣計(jì)算中心,再借助于IPRAN連通設(shè)備實(shí)現(xiàn)上聯(lián)。5GBBU和IPRAN設(shè)備之間的連接主要借助于10GE光口來(lái)實(shí)現(xiàn),并借助于IPRAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行5G基站數(shù)據(jù)以及信令的傳輸。

2.3 配電站試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

在業(yè)務(wù)需求的設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要借助于5G來(lái)實(shí)現(xiàn)配電狀態(tài)感知。在配電終端,共設(shè)置了2部TTU設(shè)備、1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)和2臺(tái)室內(nèi)形式的互聯(lián)網(wǎng)顯示器。借助于5G網(wǎng)絡(luò),可以將配電終端的視頻監(jiān)控以及TTUI業(yè)務(wù)向主監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)傳遞。根據(jù)其實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求,共設(shè)計(jì)了幾十個(gè)信息采集設(shè)備,總帶寬應(yīng)該達(dá)到50M,時(shí)延應(yīng)該控制在50ms以內(nèi)[3]。

在對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)保障5G信號(hào)對(duì)整個(gè)配電室內(nèi)部的全面覆蓋。

在對(duì)基站建設(shè)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要借助于3G/4G/5G的共模形式來(lái)實(shí)現(xiàn)新型室分,其中,共設(shè)置BBU1臺(tái),RHUB1臺(tái),PRRU1臺(tái)。其分設(shè)備連接,如圖2所示。

2.4 開(kāi)關(guān)站試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

在對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,借助于5G對(duì)開(kāi)關(guān)線路進(jìn)行縱差保護(hù),也就是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的配電服務(wù)。為有效滿足開(kāi)關(guān)站線路的實(shí)際需求,需要將其帶寬設(shè)計(jì)為1M,延時(shí)設(shè)計(jì)為50ms以內(nèi)。本次試點(diǎn)過(guò)程中的業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)情況,如表1所示。

在對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,將一座開(kāi)關(guān)站設(shè)置在戶外的地上,六座開(kāi)關(guān)站設(shè)置在地下,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)的全面覆蓋。

在對(duì)UI基站建設(shè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,首先借助于既有的角鋼塔在戶外地上開(kāi)關(guān)站中加設(shè)一套NSA5G形式的宏站。然后通過(guò)3G/4G/5G的共模形式來(lái)實(shí)現(xiàn)其他6個(gè)開(kāi)關(guān)站的新型室分,并分別設(shè)置BBU1臺(tái),RHUB1臺(tái),PRRU1臺(tái)。

表2 具體的時(shí)延情況Tab.2 Specific time delay

在對(duì)基站回傳方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,通過(guò)DRAN的方式來(lái)部署新增設(shè)的5G基站,借助于光纖直聯(lián)法來(lái)實(shí)現(xiàn)5G RHUB和BBU之間的連接,借助于IPRAN傳輸設(shè)備對(duì)環(huán)網(wǎng)內(nèi)部各個(gè)開(kāi)關(guān)站之間的保護(hù)信息從上聯(lián)基站回傳到MEC設(shè)備中,再借助于IPRAN設(shè)備將其傳送到各個(gè)目標(biāo)開(kāi)關(guān)站點(diǎn),這樣就可以讓保護(hù)信息在環(huán)網(wǎng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)獨(dú)立成網(wǎng)的目標(biāo)[4]。在配網(wǎng)的自動(dòng)化區(qū)域中,借助于IPRAN設(shè)備將相應(yīng)的業(yè)務(wù)從5G上聯(lián)基站傳輸給配網(wǎng)中的自動(dòng)化主站。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

在某電力公司的變電站、配電站以及開(kāi)關(guān)站5G試點(diǎn)及其業(yè)務(wù)驗(yàn)證過(guò)程中,主要采用上述方法進(jìn)行試點(diǎn),并獲得了以下的驗(yàn)證結(jié)論:

(1)通過(guò)無(wú)人機(jī)的形式攜帶4K攝像頭,讓變電站以及各個(gè)線路中的實(shí)施巡檢目標(biāo)得以有效實(shí)現(xiàn),圖像回傳效果十分清晰流暢,僅僅CPE上行寬帶便可超過(guò)80M,且十分穩(wěn)定。相比較以往的先儲(chǔ)存后調(diào)取形式的圖像而言,本次改進(jìn)顯著提升了故障的發(fā)現(xiàn)及其處理效率,讓人工智能形式的圖像自動(dòng)巡檢與圖像識(shí)別成為可能。

(2)線路的保護(hù)時(shí)延可有效滿足配電網(wǎng)運(yùn)行中的實(shí)際電路保護(hù)需求,室內(nèi)外端與端之間的平均時(shí)延波動(dòng)很小,可有效滿足配電網(wǎng)實(shí)際需求。具體的時(shí)延情況,如表2所示:

在對(duì)10kV開(kāi)關(guān)進(jìn)行三遙測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn),其線率以及成功率均可以達(dá)到100%,與實(shí)際的應(yīng)用需求相符。

由此可見(jiàn),將5G+MEC技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè),可充分發(fā)揮出其超低時(shí)延、超高帶寬、超大規(guī)模和超高可靠性等的這些優(yōu)勢(shì),與電力行業(yè)中的實(shí)際變電站、配電站以及開(kāi)關(guān)站智能化、多樣化的運(yùn)行需求十分相符,從而有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的便捷性、安全性和可靠性,并進(jìn)一步節(jié)約智能化電網(wǎng)的運(yùn)行成本。另外,通過(guò)這樣的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)形式,也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)業(yè)務(wù)的自主性與可控能力,使其服務(wù)質(zhì)量得以進(jìn)一步提升,在有效滿足社會(huì)實(shí)際用電需求的基礎(chǔ)上促進(jìn)電力企業(yè)的良好發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,在當(dāng)今的電力行業(yè)發(fā)展中,自動(dòng)化以及智能化的電網(wǎng)運(yùn)行形式越來(lái)越受到電力企業(yè)和社會(huì)各界的關(guān)注。在這一電網(wǎng)運(yùn)行形式的發(fā)展中,良好的通信傳輸效果是保障電網(wǎng)自動(dòng)化與智能化運(yùn)行管理的關(guān)鍵。以5G+MEC技術(shù)為基礎(chǔ)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)可以有效滿足電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸需求,為電網(wǎng)的自動(dòng)化與智能化運(yùn)行提供良好的技術(shù)支撐。因此,要想實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化運(yùn)行管理,電力企業(yè)就應(yīng)該加大力度對(duì)此技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用。通過(guò)這樣的方式,才可以有效促進(jìn)電網(wǎng)的智能化發(fā)展,并為電力企業(yè)乃至于整個(gè)電力行業(yè)的發(fā)展提供足夠動(dòng)力。