一、引言

隨著智能電網建設的不斷深入，各類新能源、新業務開始大規模接入電力網絡，控制信息由局部向全程拓展，信息采集呈現爆發式增長，業務通信需求逐步呈現出“高安全、低時延、高可靠、廣覆蓋、大聯接”特征，對無線通信網絡的業務承載能力提出新的挑戰，因此迫切需要采用先進、可靠、穩定、高效的新興通信技術予以支撐，實現智能電網業務接入、承載、安全及端到端的自主管控。5G系統的eMBB、uRLLC、mMTC三大基礎能力將有助于激發電力運行新型作業方式和用電服務模式，實現電網業務智能化升級，促進電力新興業務發展。

二、5G+智能電網發展現狀

智能電網貫穿發電、輸電、變電、配電和用電五大環節，從應用分布統計來看，5G在智能電網領域的探索主要集中在配電和用電兩個環節，以設備信息采集、無人機巡檢、精準負荷控制、配網差動保護等業務為主。

1. 配電環節

配電網承載電力核心業務，對安全隔離、實時性要求較高，其關鍵特征為“靈活可靠、可管可控、開放兼容、經濟適用”。智能電網配電環節涉及配電自動化、精準負荷控制、配網機器人巡檢/搶修、配電設備環境監測、分布式電源接入等典型業務場景。目前配電通信網側各類電網設備、電力終端、用電客戶的通信需求呈爆發式增長，而光纖覆蓋建設成本高、運維難度大，公網承載能力有限，難以滿足智能電網配電環節的通信需求，因此迫切需要構建安全可信、接入靈活的“泛在化、全覆蓋”配電通信接入網。

分布式配電自動化：主要實現對配電網的保護控制，通過繼電保護自動裝置檢測配電網線路或設備狀態信息，快速實現配網線路區段或配網設備的故障判斷及準確定位，快速隔離配網線路故障區段或故障設備。分布式配電自動化對通信網絡要求時延≤15ms，帶寬2~10Mbps，可靠性99.999%，授時精度《10us，屬于安全生產Ⅰ區，連接數為X*10個/km2。采用5G邊緣計算技術實現核心網下沉場站，數據本地交換、不出安全區，為配電自動化業務提供充分的安全保障；5G技術可實現毫秒級空口時延，滿足配電自動化業務對時延的要求。

2019年初，南方電網公司聯合中國移動、華為公司在深圳坂田完成了國內首個基于5G NSA網絡的智能分布式配網差動保護業務外場測試。本次測試為5G智能電網應用的第一階段外場測試，搭建3.5GHz頻段的基站，并覆蓋兩個電力環網柜開關站點，覆蓋距離在234米左右。本次試驗成功驗證了單基站場景下，配網DTU終端之間端到端時延平均在10ms以內，5G網絡空口授時精度達到300nm以內，可滿足智能分布式配網差動保護等電網控制類業務的毫秒級低時延通信、微秒級高精度授時等需求。

毫秒級精準負荷控制系統：傳統配電網絡由于網絡條件限制，切除負荷手段相對簡單粗暴，通常只能切除整條配電線路。毫秒級精準負荷控制系統把控制對象由傳統穩控系統的變電站負荷線路變為以生產企業為最小節點，精準控制企業內部可中斷的380V分支回路。精準負荷控制要求極高的網絡可靠性，要求時延≤50ms，帶寬10kbps-2Mbps，可靠性99.999%，屬于安全生產Ⅰ區，連接數為X*10個/km2。精準負荷控制可通過5G網絡解決電網故障初期頻率快速跌落、主干通道潮流越限、省際聯絡線功率超用、電網旋轉備用不足等問題，優先中斷非重要負荷，充分滿足電網緊急情況下的應急處置需求，將經濟損失、社會影響降至最低。

2019年4月，國網公司與中國電信、華為公司合作，在南京完成了基于5G承載精準負控業務的測試驗證；初步驗證了核心網切片應用可行性，經實測端到端平均時延為37ms，5G切片可以滿足精準負荷控制50ms的端到端平均時延要求。

2. 用電環節

智能電網用電環節關鍵特征為“多元友好、雙向互動、靈活多樣、節約高效”。用電環節以信息采集類業務為主，涉及海量終端，且分布廣泛，具有典型的廣覆蓋、大連接、高頻率高并發業務特征，典型業務涉及用電信息采集/負控、源網荷互動控制、智能家居、電動汽車充電樁、分布式能源接入等。

用電信息采集業務：當前主要以數據傳輸為主，包括上行方向的狀態量采集類業務及下行方向的常規總召命令，呈現出上行流量大、下行流量小的特點。當前主要通過低壓集抄方式進行計量采集，以天、小時為頻次采集上報用戶基本用電數據，單集中器帶寬為10kbps級，月流量3-5MB。未來將實現用電信息數據實時上報的新趨勢，同時用電信息采集將進一步延伸到家庭，能夠獲取所有用電終端的負荷信息，以更精細化的實現供需平衡，牽引合理錯峰用電。未來對通信的需求為：上行帶寬2Mbps，下行帶寬≥1Mbps，一般的大客戶管理、配變監測、低壓集抄、智能電表時延在3秒以內，需要精準費控的場景時延要求小于200ms，可靠性要求99.9%，集抄模式下的連接數量為X*100個/km2，下沉到用戶后翻50-100倍，可達千級/平方千米，甚至萬級/平方千米，屬于管理信息大區III區業務，可采用5G網絡切片方式實現數據回傳。

電動汽車充電業務：數據采集方式分為定時自動采集、按需召測和事件觸發主動上報三種，上行數據主要包括充電樁狀態、計量等，下行數據主要為運行、對時和計費等信息。通信質量要求方面，業務系統要求可靠性≥99.9％，業務容忍最大時延要求業務系統端到端時延＜5s，單個充電樁帶寬要求為4kbps。

5G網絡mMTC可提供百萬級連接能力，滿足用電環節海量終端接入的需求，另一方面，5G切片技術可提供更高強度的安全隔離，為電網信息采集業務提供安全性、穩定性的保障。目前國家電網公司已經建成覆蓋4億戶以上的智能電表用電信息采集系統，以及全球最大的智慧車聯網平臺，可接入充電樁17萬個以上。未來隨著5G技術的不斷成熟，用戶與電網的雙向互動的環節將越來越深入，采集頻次、內容、雙向互動方面都將發生將進一步革新。

三、結語

5G+智能電網的應用目前主要集中在配用電環節，對電網智能化水平提升效果已顯現。未來隨著5G網絡的進一步成熟和完善，將不斷刺激電網新業務、新應用、新服務的出現和發展，電網業務將迎來進一步智能化升級。