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智能电网为什么需要5G? 5G+电网的一场变革正在路上

北极星输配电网  来源:网优雇佣军    2020/7/1 8:27:11  我要投稿  
所属频道: 电力通信  关键词:5G 智能电网 电网通信

北极星输配电网讯:冰箱不运转,电视不工作,手机没信号,工厂停工,银行关门,地铁停运,城市交通瘫痪...一切都戛然而止,整个世界仿佛末日来临!

有人被困在电梯里,重症监护室里的病人只能靠手动呼吸器维持生命,交通事故频发...人们已经被逼到了崩溃的边缘!

这不是科幻片。

2019年3月,专家称由于电力基础设施老化和维护不足,委内瑞拉遭遇了连续数次全国范围的大面积停电事故。在这个月里,这个南美国家至少有10天没有电力供应,导致整个社会陷入一片混乱。

(来源:网优雇佣军 ID:hr_opt)

然而,委内瑞拉并非个例,这样的大停电事故在全球屡次发生。

2019年6月16日,由于输电线路跳闸,阿根廷、乌拉圭和巴拉圭遭遇了被阿根廷总统形容为“史无前例”的大停电事故,导致约4800万人没有电力供应。

2019年8月4日,由于输电线路故障,印尼发生了20多年来最大规模的停电事故,停电时间长达9个小时。

...

今天,我们生活在一个灯火永不熄灭的世界,电力已成为人类生产生活不可或缺的部分。哪怕是一次短暂的停电,也会给人们带来恐慌。而如果是大停电事故,会给社会和经济带来巨大的损失。

随着人类社会对电力的消耗和需求不断增长,迫切需要高效、稳定、安全的电力供应,打造坚强的智能电网已是世界各国共同的目标。现代通信技术作为辅助技术,可赋能电网网络化、数字化,提升电网自预测、自响应和自愈能力,减少甚至避免停电事故。当前,全球电力网络正加速向智能电网升级,信息通信也迅速向5G时代迈进,两大高速演进中的超级基础设施之间,正在产生一些奇妙的化学反应。当瓦特遇上比特,5G将如何赋能智能电网?

带着疑问,本文将带你走进全国规模最大的5G智能电网实验网,采访相关专家,一探究竟。

智能电网为什么需要5G?

先来看看电网长啥样?

我们经常看到的电线杆、高压电力塔、配电柜... 都是电网的组成部分。

具体的说,基于电能潮流的走向,电网业务分为发电、输电、变电、配电、用电5个主要环节,电能从发电厂出来,通过变电升压,进入高压输电线路,再经过变电降压,配电给各个用户。

在整个发、输、变、配、用环节中,除了我们经常看到的电力塔、配电柜、输电线等,还有断路器、隔离开关、接触器等我们平时看不到的设备,这些设备都直接用于生产、输送和分配电能,称为“一次设备”。

此外,电网中还有一些保护装置、控制开关、继电器等设备,它们对一次设备进行监控、测量、调节和保护等,称为“二次设备”。5G赋能电网后,5G网络就属于“二次设备”范畴。

那智能电网是如何定义的呢?

它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

这定义是不是有点难理解?简单的说,就是在电网上“叠加”通信网络,让从发电厂到用户端整个输配电过程中的所有节点之间可双向通信和电流流动,从而实现监视和控制每个节点。

建立在通信网络的基础上,那光纤有线网络行不行?

“对应发电、输电、变电的电力通信网称为骨干通信网,在中国已实现光纤专网的全面覆盖;对应配电及用电的电力通信网称为终端接入网,具有点多面广、全程全域全覆盖的特征。而传统光纤专网的建设成本高、业务开通时间长,在桥梁、高架等特殊地形场景下有较大局限性,无法满足广域的泛在接入需求,这就决定了目前仍存在相当大的覆盖盲区;同时变电站机器人巡检、输配电线路无人机巡检等移动性场景也对无线通信提出了刚需,因此智能配、用电网亟需泛在、灵活、经济、可靠的无线通信技术。”国家电网电力规划领军人徐群在接受采访中解释道。

部署泛在、灵活、广覆盖的配、用电的电力通信网需要移动通信网络,那4G网络行不行呢?

要回答这个问题,先来看看智能电网的一些典型应用场景?看看这些应用场景对移动通信网络有哪些需求?

1)超低时延超高可靠(uRLLC)

典型应用场景包括智能分布式配电自动化、精准负荷控制等。

以配电自动化为例,你可能不知道,电网最怕的是雪崩效应,单条输电线路发生故障,如果不及时将故障线路隔离和处理,就可能引发连锁反应,让一大片地区陷入黑暗。为此,智能电网需要能及时发现故障,并及时将故障电路隔离,以避免发生大面积停电事故。

在传统的集中式配电自动化方式下,所有的配电终端都需要将数据上报给集中部署的主站/子站系统,由主站/子站负责基于采集到的数据来进行配电线路的故障定位、隔离和恢复操作。这种方式类似于IT的云计算部署模式,对于通信的时延要求为百毫秒级,可能导致停电时间为分钟级或者小时级。

而智能分布式配电自动化通过配电终端之间点到(多)点通信,可自主完成故障的就地定位、隔离和恢复,实现配电网故障快速自愈,从而让停电时间更短、停电影响区域更小,理想情况下甚至可以做到不停电。

智能分布式配电自动化通过去中心化实现信息的快速互动,与集中式配电自动化相比,就像分布式的边缘计算与集中式的云计算之间的差别,可大幅降低时延,提升效率,大幅提升配电可靠性和稳定性,但它对网络能力要求非常高,要求通信时延达到毫秒级(配网差动保护要求小于15ms,智能分布式FA要求小于20ms),可靠性达4个9。此外,分布式配电自动化属于电力生产控制大区业务,遵循电力信息系统“业务分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的十六字指导方针,还需要确保电力生产控制大区业务与电力管理信息大区业务、以及其它行业业务间实现严格物理隔离,以保障安全隔离性。

2)大带宽(eMBB)

典型应用场景包括变电站视频监控、机器人巡检、输电线路无人机巡检等,这些应用需将多路4K超高清视频实时回传,要求网络具备大带宽能力,特别是提供上行大带宽业务保障。

3)大规模连接(mMTC)

典型应用场景包括低压集抄、现场环境监测等,需支持百万级甚至过亿的海量终端连接,要求网络具备大规模连接能力。

显然,智能电网业务存在多样化、差异化特点,各种业务对网络带宽、时延、连接密度、安全性、可靠性、隔离性都有不同需求。

而4G主要面向移动宽带业务(MBB),是一张“一刀切”和“尽力而为”的网络,所有的业务几乎都被无差别的对待,就像一条交通大道,中间没有实线隔离,所有车辆可相互抢道,会造成交通拥堵,这无法满足智能电网的业务需求。

5G网络就不一样了,它可根据不同业务对网络带宽、时延、安全性、可靠性、地理覆盖范围等SLA需求,通过网络切片技术从一张基础网络上“切”出多个相互隔离的、安全的、SLA可保障的虚拟专网,为不同的业务提供差异化服务。这就好比根据不同的车辆、运营方式将交通大道进行实线隔离,比如设置BRT快速公交通道,非机动车专用通道等。

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5G网络切片技术不仅可以满足电网不同应用场景对于大带宽、低时延、大连接、安全性、可靠性、隔离性、SLA保障的不同需求,还能通过网络切片管理平台和网络能力开放让电网行业客户可自运维、自管理自己的切片网络。

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华为云核心网产业发展高级总监杨晓华表示,整个智能电网对5G网络的关键需求可总结为业务可用、安全可信、可管可控的三层需求马斯洛模型。

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第一层是差异化+确定性的SLA/QoS业务保障需求。

由于电力行业在发、输、变、配、用各个环节的不同应用场景对于网络的带宽、时延、抖动、授时等有不同的需求,这需要我们基于同一个网络基础设施,满足不同业务场景的差异化+确定性网络需求。

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