一、概述

5G作為當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的最新發(fā)展方向，其eMBB，mMTC和URLLC三大典型應(yīng)用場(chǎng)景，將實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，為移動(dòng)通信帶來無限生機(jī)。智能電網(wǎng)作為新一代電力系統(tǒng)，具有高度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化等特點(diǎn)，而電力通信網(wǎng)作為支撐智能電網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，保證了各類電力業(yè)務(wù)的安全性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性要求。目前隨著大規(guī)模配電網(wǎng)自動(dòng)化、高級(jí)計(jì)量、分布式能源接入、用戶雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活雙向?qū)崟r(shí)互動(dòng)的“泛在化、全覆蓋”電力通信網(wǎng)，5G網(wǎng)絡(luò)所具備的優(yōu)越性能，可以更好地滿足智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性、可靠性和靈活性需求，實(shí)現(xiàn)差異化服務(wù)保障，提升企業(yè)效率和供電可靠性，使得電網(wǎng)更堅(jiān)強(qiáng)。

電力通信網(wǎng)作為支撐智能電網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，保證了各類電力業(yè)務(wù)的安全性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性要求。其主要由大容量、安全可靠的光纖骨干通信網(wǎng)和支持多業(yè)務(wù)靈活可信接入的配電通信網(wǎng)，經(jīng)過多年建設(shè)，35kV以及部分10Kv電網(wǎng)通信網(wǎng)已具備完善的全光纖網(wǎng)絡(luò)和可靠高效的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，光纖資源這些區(qū)域廠站、自有物業(yè)辦公場(chǎng)所/營(yíng)業(yè)所全覆蓋。但是在配電通信網(wǎng)側(cè)，采用全光纖覆蓋建設(shè)成本高、運(yùn)維難度大，當(dāng)前公網(wǎng)承載能力有限，難以有效支撐配電網(wǎng)各類終端可觀可測(cè)可控。當(dāng)前隨著我國(guó)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，分布式能源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等交互式能源設(shè)施快速發(fā)展，各種新型用能形式不斷涌現(xiàn)；必須發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)，以數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，有力支撐各種能源接入和綜合利用，持續(xù)提高能源效率。有線+5G無線通信的技術(shù)方案是建設(shè)智能泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的有效方法。

二、解決方案

大唐移動(dòng)智能電網(wǎng)5G解決方案，采用可靈活部署的5G網(wǎng)絡(luò)切片+邊緣MEC節(jié)點(diǎn)的整體解決思路；根據(jù)電力傳輸數(shù)據(jù)保密和安全性要求，可采用運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)切片部署方案，亦可采用獨(dú)立建設(shè)5G專網(wǎng)專用部署方案；運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)切片方案指的是運(yùn)營(yíng)商根據(jù)電力企業(yè)的業(yè)務(wù)需求，在5G公網(wǎng)內(nèi)劃分物理或邏輯隔離的5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片資源，用于承載電力企業(yè)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，做到公網(wǎng)專用；獨(dú)立5G專網(wǎng)專用方案指的是運(yùn)營(yíng)商為電力企業(yè)建設(shè)5G專網(wǎng)，建設(shè)的5G專網(wǎng)僅可為企業(yè)所專用，其他用戶無法接入該網(wǎng)絡(luò)，用于滿足電網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)的安全性和隔離性需求。

針對(duì)公網(wǎng)專用和專網(wǎng)專用方案，可進(jìn)一步劃分不同的切片，以滿足電力業(yè)務(wù)的差異化需求，如對(duì)差動(dòng)保護(hù)、精準(zhǔn)負(fù)荷控制等低時(shí)延場(chǎng)景，可部署uRLLC網(wǎng)絡(luò)切片，滿足其對(duì)毫秒級(jí)通信時(shí)延需求；對(duì)高級(jí)計(jì)量、分布式電源、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)等大連接場(chǎng)景，建設(shè)mMTC切片，滿足其大連接數(shù)和采集信息傳輸?shù)男枨?；?duì)電力高清語音通信，變電站機(jī)器人巡檢監(jiān)控、電力應(yīng)急多媒體調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程培訓(xùn)和指導(dǎo)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，部署eMBB網(wǎng)絡(luò)切片。

大唐移動(dòng)5G智能電網(wǎng)解決方案安全體系主要包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)三個(gè)層次，業(yè)務(wù)層面主要是電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)電力行業(yè)及國(guó)家相關(guān)要求，電力生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)通過5G公網(wǎng)進(jìn)入電力業(yè)務(wù)平臺(tái)前，將接入安全接入?yún)^(qū)，進(jìn)行必要的網(wǎng)閘隔離。5G智能電網(wǎng)安全手段，重點(diǎn)聚焦在網(wǎng)絡(luò)和終端側(cè)。在采用5G專網(wǎng)時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用5G SA獨(dú)立組網(wǎng)模式，網(wǎng)絡(luò)屬于電力企業(yè)所獨(dú)有，核心網(wǎng)同時(shí)支持用戶面和控制面功能，企業(yè)的生產(chǎn)信息流在通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，局限在電力企業(yè)指定地域內(nèi)部，從而保證其傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)是安全性。當(dāng)采用公網(wǎng)切片方案時(shí)，根據(jù)電力業(yè)務(wù)需求，可對(duì)保密性要求較高的業(yè)務(wù)（如一二區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控類業(yè)務(wù)），采用物理隔離的網(wǎng)絡(luò)切片承載，下沉部署UPF，使得保密要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)落地企業(yè)內(nèi)部，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全性；同時(shí)通過3GPP統(tǒng)一的認(rèn)證框架，多層次網(wǎng)絡(luò)切片安全管理，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性。

在終端側(cè)主要利用5G網(wǎng)絡(luò)所提供的統(tǒng)一的認(rèn)證框架、密鑰管理的新功能進(jìn)-步提升終端側(cè)的安全管理能力。

(1) 5G終端和5G核心網(wǎng)的雙向鑒權(quán)，保證終端接入的合法性以及接入的網(wǎng)絡(luò)合法性。5G網(wǎng)絡(luò)采用一種統(tǒng)一的認(rèn)證框架，實(shí)現(xiàn)靈活并且高效地支持各種應(yīng)用場(chǎng)景下的雙向身份鑒權(quán)，進(jìn)而建立統(tǒng)一的密鑰體系。

(2)終端信令和數(shù)據(jù)采用5G信令的完整性保護(hù)算法、數(shù)據(jù)加密算法，防止竊聽。

大唐移動(dòng)5G智能電網(wǎng)解決方案為電網(wǎng)企業(yè)提供了一種更優(yōu)的無線解決方案。可為電力企業(yè)提供差異化、安全可靠的“行業(yè)專網(wǎng)”服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)低成本、快速便捷、安全可靠的無線通信接入承載及更自主可控的網(wǎng)絡(luò)管理能力。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

大唐移動(dòng)5G智能電網(wǎng)解決方案可應(yīng)用到場(chǎng)景包括：智能分布式配電自動(dòng)化、差動(dòng)保護(hù)、精準(zhǔn)負(fù)荷控制、電網(wǎng)巡檢和綜合監(jiān)控、高級(jí)計(jì)量、語音和應(yīng)急多媒體。

（1）分布式配電自動(dòng)化

主要是通過5G的高可靠傳輸特性，快速完成配電環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和指令交互，并通過5G的廣覆蓋解決海量終端與主/子站連接問題。

其場(chǎng)景主要用于配電網(wǎng)日常檢測(cè)和供電可靠性環(huán)節(jié)；分布式配電自動(dòng)化主要是配電網(wǎng)三遙業(yè)務(wù)，包含遙信（設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視）、遙測(cè)（被測(cè)變量的測(cè)量值）和遙控（改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的指令）。在電網(wǎng)中各類配電智能XTU（包括DTU、FTU、TTU等）設(shè)備與配電主站之間通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，上行傳輸遙信狀態(tài)和遙測(cè)數(shù)據(jù)，下行傳輸遙控指令；

（2）差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)把被保護(hù)的電氣設(shè)備連同其線路看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動(dòng)電流等于零。當(dāng)設(shè)備或線路出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動(dòng)電流大于零。通過對(duì)差動(dòng)電流進(jìn)行判斷，進(jìn)行線路和設(shè)備保護(hù)；采用5G網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)保護(hù)主要用于分布式新能源和配電網(wǎng)之中。

目前的差動(dòng)保護(hù)主要采用光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，是通過光纖將傳輸輸電線兩端的電氣量，從而進(jìn)行比較以判斷故障范圍，實(shí)現(xiàn)故障的精準(zhǔn)隔離。但35kv以下配網(wǎng)未實(shí)現(xiàn)光纖覆蓋，且部署場(chǎng)景復(fù)雜多樣，通過5G低時(shí)延和高可靠，可代替光纖網(wǎng)絡(luò)完成差動(dòng)信息在電網(wǎng)智能終端之間的傳輸，通過對(duì)比電流等參數(shù)變化，就地執(zhí)行跳、合閘操作，實(shí)現(xiàn)故障隔離及恢復(fù)功能。

（3）精準(zhǔn)負(fù)荷控制

傳統(tǒng)配網(wǎng)由于缺少通信網(wǎng)絡(luò)支持，通常只能切除整條配電線路。通過精準(zhǔn)控制，優(yōu)先切除可中斷非重要負(fù)荷，例如電動(dòng)汽車充電樁、工廠內(nèi)部非連續(xù)生產(chǎn)的電源等。

通過5G的低時(shí)延、高可靠傳輸，可快速將配電環(huán)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷信息反饋到控制中心，按照用電客戶重要性，進(jìn)行快速負(fù)荷切換，提升供電可靠性。

（4）電網(wǎng)巡檢和綜合監(jiān)控

電網(wǎng)中的高壓配變電站、高壓輸電線路、危險(xiǎn)地域、人員不易抵達(dá)地域采用機(jī)器人、無人機(jī)等方式攜帶高清攝像機(jī)或?qū)I(yè)設(shè)備，通過5G無線網(wǎng)絡(luò)可將現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻實(shí)時(shí)回傳至分析中心，代替人工方式對(duì)危險(xiǎn)地域的電網(wǎng)進(jìn)行信息采集，并通過綜合分析減小險(xiǎn)情，在提升效率的同時(shí)提升電網(wǎng)可靠性；

大唐移動(dòng)智能電網(wǎng)解決方案中，針對(duì)電網(wǎng)巡檢和綜合監(jiān)控，采用智能巡檢機(jī)器人/無人機(jī)來替代變電站原有的人工巡檢，利用智能巡檢機(jī)器人的自主/手動(dòng)巡檢、紅外測(cè)溫、圖像識(shí)別、視頻監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)等功能，對(duì)變電站進(jìn)行全天候的巡檢和數(shù)據(jù)測(cè)量，以保障機(jī)器人在變電站內(nèi)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備外部和內(nèi)部的安全隱患，形成報(bào)表和告警信息，提醒工作人員及時(shí)處理。在發(fā)生異常緊急情況時(shí)，巡檢機(jī)器人還可以作為移動(dòng)式的監(jiān)控平臺(tái)，由人工手動(dòng)控制到指定位置，查看設(shè)備情況，及時(shí)查明設(shè)備故障，減低人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

該場(chǎng)景主要是通過5G的大帶寬、高可靠特性，將輸變電線路、變電站高清視頻傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，按照用數(shù)據(jù)分析中心，進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行險(xiǎn)情預(yù)判和處理，提升電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)性。

（5）高級(jí)計(jì)量

當(dāng)前電網(wǎng)主要采用低壓集抄方式進(jìn)行用電信息采集，采集頻率低，數(shù)據(jù)量?。粸楦行У貙?shí)現(xiàn)用電削峰填谷，實(shí)現(xiàn)用戶雙向互動(dòng)營(yíng)銷模式，支撐更靈活的階梯定價(jià)，未來計(jì)量間隔將從現(xiàn)在的小時(shí)級(jí)提升到分鐘級(jí)，每個(gè)終端的數(shù)據(jù)量將達(dá)到Mbps，從而達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息反饋；同時(shí)在產(chǎn)業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下，未來智能電表，智能插座等直采方式將逐步推廣，終端連接數(shù)量和目前相比將有50-100倍的提升。

高級(jí)計(jì)量就是各類智能電力終端通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，傳輸用電數(shù)據(jù)。

其主要是通過5G大連接特性將海量電表數(shù)據(jù)反饋到電網(wǎng)子站/主站，并通過廣泛覆蓋的特性解決復(fù)雜環(huán)境中，部署的應(yīng)用終端連接問題。

（6）語音和應(yīng)急多媒體

5G可為應(yīng)急通信現(xiàn)場(chǎng)多種大帶寬多媒體裝備提供高帶寬回傳能力，支撐電力應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)高清視頻通信、語音通信、集群通信、多媒體指揮調(diào)度等業(yè)務(wù)。

通過融合無線網(wǎng)關(guān)、5G應(yīng)急通信車，采用5G大帶寬和邊緣特性，利用5G無線公網(wǎng)，實(shí)時(shí)變電站等應(yīng)急場(chǎng)所高清視頻回傳，開展遠(yuǎn)程協(xié)商，高效監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，為決策提供依據(jù)。

大唐移動(dòng)5G智能電網(wǎng)解決方案提供了一種電網(wǎng)更優(yōu)的無線解決方案。對(duì)于電力企業(yè)，利用5G網(wǎng)絡(luò)為電力業(yè)務(wù)提供差異化、安全可靠的“行業(yè)專網(wǎng)”服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)低成本、快速便捷、安全可靠的無線通信接入承載及更自主可控的網(wǎng)絡(luò)管理能力。對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商，智能電網(wǎng)應(yīng)用是5G解決方案的典型，通過5G 智能電網(wǎng)解決方案可逐步完善5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃，并為5G在其他行業(yè)的進(jìn)行應(yīng)用探索并提供推廣經(jīng)驗(yàn)。