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5G網(wǎng)絡在電網(wǎng)行業(yè)的案例分析

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2020-05-11 11:43:14
   5G在智能電網(wǎng)中的潛在機會主要在配網(wǎng)和用網(wǎng)這兩部分,發(fā)輸變?nèi)齻€網(wǎng)絡是電網(wǎng)的核心骨干網(wǎng)絡,肯定只能使用光纖專網(wǎng),無線網(wǎng)絡的機會在配電和用電網(wǎng)。配電自動化要求倒換時間1ms,停電時間短;對220V系統(tǒng),系統(tǒng)要求切除故障的極限時間為100ms—120ms之間,110V系統(tǒng)在200ms—500ms之間。

  5G滿足智能電網(wǎng)對安全的需求

  由于5G技術采用授權頻段,因此移動運營商將除了提供高水準服務等級協(xié)定外,還可以提供身份驗證和核心網(wǎng)信令安全。

  5G不僅提供了非常低的時延,還降低了許多新興市場的能源公司建立智能電網(wǎng)的門檻,能源公司將可再生能源作為主要電力來源。

  可再生能源發(fā)電缺乏穩(wěn)定性,導致輸電網(wǎng)絡能量出現(xiàn)波動,為了避免這種故障,產(chǎn)生的能量必須根據(jù)所消耗的能量進行調(diào)整。5G的低延遲廣覆蓋和快部署允許智能電網(wǎng)進行快速的信息交換,這在可再生能源為主要電能的市場非常有用。

  典型應用場景一:智能分布式配電自動化

 

  配電自動化(Distributed Automation)是一項集計算機技術、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術、現(xiàn)代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng),其目的是提高供電可靠性,改進電能質(zhì)量,向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務,降低運行費用,減輕運行人員的勞動強度。

  配電自動化的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段:第一階段是基于自動化開關設備互相配合的階段,主要誒重合器和分段器,屬于機械化階段。第二階段是基于通信網(wǎng)絡、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡的配電自動化階段,起到監(jiān)視配電網(wǎng)絡運行狀態(tài)和遙控改變運行方式的作用,故障能及時察覺。第三階段在第二階段的基礎上增加了自動控制功能。

  通過各終端間的對等通信實現(xiàn)智能判斷、分析、故障定位、故障隔離,以及非故障區(qū)域供電恢復等操作。從而實現(xiàn)故障處理過程全自動化,最大可能地減少故障停電時間和范圍,使供電網(wǎng)故障處理時間從“分鐘級”提高到“毫秒級”。

  典型應用場景二——毫秒級精準負荷控制

  電網(wǎng)負荷控制主要包括調(diào)度批量負荷控制和營銷負荷控制系統(tǒng)兩種控制模式。電網(wǎng)故障時,負荷控制主要通過第二道防線的穩(wěn)控系統(tǒng)緊急切除負荷,防止電網(wǎng)穩(wěn)定破壞;通過第三道防線的低頻低壓減載裝置負荷減載,避免電網(wǎng)崩潰。這種穩(wěn)控裝置集中切負荷社會影響大,電網(wǎng)第三道防線措施意味著用電負荷更大面積損失。

  采用基于穩(wěn)控技術的精準負荷控制系統(tǒng)控制對象精準到生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的可中斷負荷,既滿足電網(wǎng)緊急情況下的應急處置,同時僅涉及經(jīng)濟生活中的企業(yè)用戶,且為用的可中斷負荷,將經(jīng)濟損失、社會影響降至最低,是目前負荷控制系統(tǒng)的一大技術創(chuàng)新。

  精準負荷控制系統(tǒng)是利用毫秒級負荷平衡,以細粒度的控制延伸到末端,優(yōu)先切除制冷等可中斷負荷,代替了傳統(tǒng)切除整條線路的方式。

  典型場景應用三——低壓用電信息采集

  低壓用電信息采集業(yè)務是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng),實現(xiàn)用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設備的信息交互等功能。

  電力用戶用電信息采集業(yè)務當前主要用于計量,傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務,包括終端上傳主站的狀態(tài)量采集類型業(yè)務以及主站下發(fā)終端(下行方向)的常規(guī)總召命令,特點是上行流量大下行流量小,通信方式主要包括230M、無線公網(wǎng)和光纖傳輸?shù)取?/p>

  未來=新業(yè)務帶來用電信息數(shù)據(jù)實時上報的新需求,同時終端數(shù)量進一步提升。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(xiàn)供需平衡,牽引合理錯峰用電。

  典型應用場景四——分布式電源

  風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電動汽車充換電站、儲能設備及微網(wǎng)等新型分布式電源是一種建在用戶端的能源供應方式,可獨立運行也可并網(wǎng)運行。新能源電源年均增長1%,到2020年占全國總裝機的9.1%。

  隨著能源變革發(fā)展的深入推進,對于清潔能源的快速并網(wǎng)等成為電網(wǎng)企業(yè)迫切需要解決的難題。分布式電源并網(wǎng)給配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了新的技術問題和挑戰(zhàn)。分布式電源的并入,網(wǎng)絡結構發(fā)生了根本變化,用戶既是用電方,又是發(fā)電方,電流呈現(xiàn)雙向流動,實施動態(tài)變化。

  智能電網(wǎng)5G網(wǎng)絡切片方案

  智能電網(wǎng)5G網(wǎng)絡安全體系

  5G網(wǎng)絡使能智能化電網(wǎng)大視頻應用

  變電站巡檢機器人:主要針對110KV及以上變電站范圍內(nèi)的電力一次設備狀態(tài)綜合監(jiān)控、安防巡視等需求,目前采用WiFi接入環(huán)境下的巡檢機器人主要保留在站內(nèi)本地,并未能實時回傳至遠程監(jiān)控中心。未來采用5Gd 巡檢機器人,將搭載多路高清攝像頭或環(huán)境監(jiān)控傳感器,實時回傳數(shù)據(jù)到遠程監(jiān)控中心,甚至可以進行簡單的帶電操作,如道閘開關控制。

  移動式現(xiàn)場施工作業(yè)管控:在電力行業(yè),涉及強電作業(yè),施工安全要求極高,該場景主要針對電力施工現(xiàn)場的人員、工序、質(zhì)量等全方位進行監(jiān)管,并針對方案變更、突發(fā)事故處理等緊急情況提供遠程實時決策依據(jù),提供事故溯源排查等功能。

  配電房視頻綜合監(jiān)視:針對配電網(wǎng)重要節(jié)點(開閉站)的運行狀態(tài)、資源情況進行監(jiān)視。

  輸電線路無人機巡檢

  主要針對網(wǎng)架之間的輸電線路物理特性檢查,如彎曲變形、物理損壞等,一般用于高壓輸電的野外空曠場景,距離較遠。兩個桿塔之間線路長度在200-500米范圍,巡檢可包含若干個桿塔,延綿數(shù)公里。如通道內(nèi)樹木檢測、覆冰監(jiān)控、山火監(jiān)控、外力破壞預警檢測等。

  目前:主要通過輸電線路兩端檢測裝置靠復雜的電纜特性監(jiān)測數(shù)據(jù)計算判斷,輔助以人工現(xiàn)場確認。無人機則主要采用2.4G頻段的WiFi或廠家私有通信協(xié)議,有效半徑一般低于2Km。

 

  未來采用5G通信,伴隨著無人機續(xù)航力的增強,結合邊緣計算(MEC)的應用,將實現(xiàn)視頻、圖片、控制信息等他直接回傳控制臺,擴大無人機業(yè)務的連續(xù)性及覆蓋范圍,提升巡線效率。

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