5G作為支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施，是實現(xiàn)各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段，能夠?qū)崟r、穩(wěn)定、可靠、高效為電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)提供網(wǎng)絡(luò)支撐，從根本上滿足能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)和業(yè)務(wù)場景的剛性需求。本文重點聚焦智能配用電領(lǐng)域的5G應(yīng)用創(chuàng)新，分析國家電網(wǎng)數(shù)字新基建能源互聯(lián)網(wǎng)5G應(yīng)用發(fā)展背景，結(jié)合智能配用電業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出基于5G技術(shù)的配用電典型場景應(yīng)用解決方案，并在具體實踐中驗證5G技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用中的可用性。
2020年5月的政府工作報告中明確提出，加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展5G應(yīng)用。國家強(qiáng)化新基建，拓展5G應(yīng)用，將開啟5G賦能千行百業(yè)新篇章。在這一背景下，國家電網(wǎng)公司在同年6月對外發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點建設(shè)任務(wù)，其中就包含能源互聯(lián)網(wǎng)5G應(yīng)用。
能源互聯(lián)網(wǎng)與5G的深度結(jié)合，將有效促進(jìn)資源集約化利用，將傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉葱畔屑~，創(chuàng)建能源與信息共享互濟(jì)、融合創(chuàng)新的新業(yè)態(tài)。作為支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施，5G能夠?qū)崟r、穩(wěn)定、可靠、高效為電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)提供網(wǎng)絡(luò)支撐，從根本上滿足能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)和業(yè)務(wù)場景的剛性需求，可廣泛應(yīng)用于發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)，助力國家電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
1、配用電業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
配電網(wǎng)是指從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網(wǎng)，是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關(guān)、無功補(bǔ)償器及一些附屬設(shè)施等組成的，在電力網(wǎng)中起重要分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，直接面向電力用戶，是電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中聯(lián)接電網(wǎng)和用戶的關(guān)鍵結(jié)點。
然而我國配電網(wǎng)網(wǎng)架基礎(chǔ)薄弱，配電系統(tǒng)自動化與智能化程度遠(yuǎn)低于輸電系統(tǒng)，其安全和可靠性與主網(wǎng)相比配電網(wǎng)仍顯薄弱和發(fā)展相對滯后，配電自動化目前主要集中在城市中心區(qū)。配電網(wǎng)規(guī)模化、系統(tǒng)化程度較低，很多裝置沒有互聯(lián)互通的功能，只具備在本地監(jiān)測和控制的功能。配電網(wǎng)中大量設(shè)備需要實時監(jiān)控，信息雙向交互頻繁，造成有線光纖敷設(shè)成本高、運維難度大，而傳統(tǒng)無線通信使得智能終端和用戶終端連接困難、連接匱乏、通信質(zhì)量差。由于用戶側(cè)分布式新能源規(guī)模并網(wǎng)，配電網(wǎng)缺乏與外部環(huán)境的互動，新能源消納與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行之間的矛盾日益突出。
隨著智能電網(wǎng)建設(shè)及能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，配電側(cè)業(yè)務(wù)逐步延伸至0.4kV，連接節(jié)點達(dá)到千萬，呈現(xiàn)高安全、低時延、廣覆蓋的特征，并且控制應(yīng)用需要更加精準(zhǔn)。用電側(cè)業(yè)務(wù)用電規(guī)模不斷擴(kuò)大且采集頻次變高，呈現(xiàn)出精益化管理和高效互動的特征。根據(jù)業(yè)務(wù)特征將配電側(cè)業(yè)務(wù)分為控制類、采集類及移動應(yīng)用類。
控制類：是指配電自動化三遙，精準(zhǔn)負(fù)荷控制，配網(wǎng)差動保護(hù)以及分布式新能源等，主要涉及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，具有典型的低時延、高可靠業(yè)務(wù)特征。未來的連接模式將出現(xiàn)更多的分布式點對點連接，使得主站系統(tǒng)將逐步下沉，并且出現(xiàn)更多的本地就近控制，使得時延需要達(dá)到毫秒級。
采集類：是指用電信息采集、電動汽車充電樁以及配電環(huán)境監(jiān)測等，涉及海量終端，并且分布廣泛，具有廣覆蓋、大連接業(yè)務(wù)特征。未來采集頻次趨于分鐘級使得連接數(shù)量至少翻一倍。若集采方式下沉，那么連接數(shù)量預(yù)計翻50-100倍，進(jìn)而使得采集內(nèi)容趨于視頻化、高清化，屆時連接需求將達(dá)到數(shù)十億級。
移動應(yīng)用類：是指視頻監(jiān)控和機(jī)器人巡檢，其對于網(wǎng)絡(luò)帶寬和移動性有更多的需求，具有典型的大帶寬、靈活接入業(yè)務(wù)特征，其中帶寬要求不低于2Mbps。移動應(yīng)用未來將向4K/8K高清視頻、AR/VR方向發(fā)展，屆時帶寬需求將達(dá)到50Mbps以上。
2、5G通信技術(shù)概述
（1）5G的基本特征
5G，指的是第五代移動通信技術(shù)，法定名稱是IMT-2020。在早期5G關(guān)鍵指標(biāo)需求征集中，中國最開始提出了“5G之花”，如圖1。ITU采納了中國的部分指標(biāo)，確定了以下5個基本特征，即高速率、高容量、高可靠性、低時延與低能耗，可簡單概括為“三高兩低”。
高速率。5G峰值速率指的是最佳條件下的最大速率，能夠達(dá)到20Gbps。
高容量。5G能夠連接海量終端設(shè)備，每平方公里可以連接100萬個移動終端，能夠為能源互聯(lián)網(wǎng)中萬物互聯(lián)提供幫助。
高可靠性。5G傳輸速率成功概率高達(dá)99.999%，電力通信可靠性也將提升電力系統(tǒng)本身的可靠性。
低時延。5G能夠讓端到端時延小于10ms，為靈活響應(yīng)各種需求提供幫助。
低能耗。5G 通過優(yōu)化通信硬件協(xié)議等而具備的低能耗特點將有效解決電力通信能耗問題。
圖1 5G性能指標(biāo)
（2）5G技術(shù)與電力業(yè)務(wù)適配性分析
