1相关概念
1.1５Ｇ移动通信技术概述
“互联网＋”智慧能源建设，促进了通信网络与电力系统的深度融合和电力系统中各个环节的万物联网。现有的电力专用网络无法满足检测应用的苛刻要求，特别是在带宽、端到端时延和可靠性方面。与５Ｇ通信技术相结合是电力系统网络未来主要发展方向，５Ｇ无线专用网已经逐步运用于发电、输电和配电中。如何继续推进５Ｇ与电力系统的融合是目前热门研究课题。近年来移动流量爆发式增长，促进了第五代通信技术的研究和应用。５Ｇ具有数千兆的网络吞吐量，毫秒级的最大延迟，高可用性和高可靠性的技术优势。２０１５年，ＩＴＵ的无线电标准化组织（ＩＴＵ－Ｒ）在瑞士召开的无线电通信大会上正式将５Ｇ的法定名称命名为“ＩＭＴ－２０２０”。目前５Ｇ已经商用，并在多个行业中展现了惊人的性能表现和巨大的商业价值。例如５Ｇ手机在线看４Ｋ分辨率视频、车联网及无人驾驶、远程医疗等等。而５Ｇ的优势将促进电力系统的变革，使电力系统更智能、更高效、更可靠。移动物联网终端的爆发式增长及数据需求的海量增长，使５Ｇ面临无线资源管理、传输稳定性和复杂性方面的挑战。为了解决实际需求，直面艰巨的挑战。ＩＴＵ－Ｒ提出了５Ｇ应用的三大场景和８项性能指标。三大场景分别是增强型移动宽带（ｅＭ⁃ＢＢ），提升传输速率，单个基站至少能够支持２０Ｇｂｐｓ的下行速率及１０Ｇｂｐｓ的上行速率；低时延高可靠应用（ＵＲＬＬＣ），要求传输时延低于１ｍｓ，应用于无人驾驶、智慧医疗等领域；海量大连接（ｍＭＴＣ），要求应对物联网接入设备的爆发式增长。
1.2电力物联网概述
电力物联网，顾名思义，是将物联网技术应用于电力系统的各个环节，通过在电力设备中嵌入传感器、控制器等智能设备，实现对电力设备的远程监控、智能调控和数据分析，从而提高电力系统的安全稳定性、运行效率和经济性。电力物联网系统通常包括感知层、传输层和应用层三个主要部分。感知层负责收集电力系统的各种数据，如电压、电流、功率、温度等，通过传感器、遥测终端等设备实现。传输层则通过有线或无线网络将这些数据传输到数据中心或云平台。应用层则根据这些数据进行智能分析，实现对电力系统的实时监控、预测分析和远程控制。电力物联网的应用非常广泛，如分布式光伏发电、智能电网、电力系统自动化、电力设备故障预测和维修等领域都有所应用。例如，在分布式光伏发电领域，电力物联网技术可以实现对光伏发电设备的远程监控和智能调控，提高发电效率和稳定性。在智能电网中，电力物联网技术可以实现对电网设备的实时监控和预测分析，提高电网的安全性和可靠性。
2电力物联网建设中５Ｇ移动通信技术的应用价值
随着全球经济的蓬勃发展和科技进步，电力行业正面临着前所未有的变革机遇。为了应对这些挑战并把握新的发展趋势，国家电网在２０１９年提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是要建设运营好“两网”（即“泛在电力物联网”和“坚强智能电网”）。这一战略的核心目标是实现电力用户、企业、供应商及其设备之间的全面互联互通，通过智能化和信息化手段，提升电力系统的运行效率、可靠性和经济性。在实施这一战略的过程中，５Ｇ移动通信技术发挥着至关重要的作用。５Ｇ技术以其高速度、低时延和大连接的特点，为电力行业的转型升级提供了强大的技术支持。基于５Ｇ网络，电力系统中的各类设备可以实现实时、高效的数据采集、传输和控制，从而提高电网的智能化水平。同时，５Ｇ通信技术的低时延特性对于智能电网的故障处理和控制操作至关重要。在电网发生故障时，通常需要及时地获取故障信息和执行故障处理命令，而５Ｇ通信技术的低时延能够确保故障信息的快速传输和处理，减少故障对电网运行的影响。针对智能电网中大量设备的互联互通需求，５Ｇ通信技术的大连接能力恰恰能够满足这些设备之间的通信需求，实现设备的实时监控和远程控制。此外，５Ｇ通信技术还能够为电力物联网提供更广泛的覆盖和更好的连接质量，从而最大限度满足电力物联网的建设和运行需求。由此可见，在现代电力物联网领域，加强５Ｇ移动通信技术的研究与应用已经成为大势所趋。
3５Ｇ移动通信技术在电力物联网中的应用
3.1５Ｇ通信技术在电力系统中的应用
５Ｇ通信技术在电力监控与管理中的应用，主要体现在通信技术与信息技术、传感技术、控制技术等相融合，支撑起智能电网的高质量运行及智能化发展。智能电网对无线通信网络的需求主要表现在智能分布配电自动化、用电信息收集和用户服务、毫秒级精准负荷控制等方面。在源网荷储一体化、增量配电网业务积极发展趋势的驱动下，５Ｇ通信架构在提升智能配电网业务效能方面具有重要意义。针对智能电网对网络低时延、大带宽和高安全需要等高要求，可以通过５Ｇ移动边缘计算MEC，将业务分流到本地进行处理，通过下沉到网络边缘的计算、存储、网络、应用等，在靠近终端位置实现IT服务、环境和云计算，与云计算相辅相成、互相协同地提高整个网络数据的处理效率。针对电网新能源、新用户等的不确定性增加，以及电网故障处理对电网隔离与恢复处理的需要，可以通过５Ｇ网络切片技术，基于端到端的切片管理系统、智能分析系统以及基础设施网络资源（接入网、承载网、核心网）等构建具有隔离功能，且高效能、低成本的电力网络架构。５Ｇ技术通过提供基于eMBB、mMTC、uRLLC等场景下不同的切片功能，可以满足电力物联网中各类业务的差异化需求，为其提供量身定制的服务。比如针对终端通信业务中机器人巡检和视频监控等多媒体类业务对带宽需求的高要求，可以基于eMBB切片业务的机器人巡检视频监控；针对用电信息采集类业务终端业务量接入量大的特点，可以融合mMTC技术场景进行用电信息采集；针对差动保护和精准负荷控制等控制类业务对安全性和可靠性的高要求，可以通过uRLLC技术场景开展配电自动化精准负荷控制等。
3.2５Ｇ通信技术对电力智能监控与管理效能提升的支持
从电力智能配电网业务出发，可以构建面向智能配电网业务的５Ｇ通信架构，涉及新能源、多元互动负荷、新智能技术与应用、新智能配电网系统等多项内容。５Ｇ通信技术对智能配电网业务通信需求的优化提升主要表现在控制类业务、信息采集类业务以及视频移动类业务三个方面。５Ｇ通信技术可以为相关业务的监控与管理提供低延时、高带宽以及可以实现高质量区域隔离等功能的通信网络环境。
3.3增强型移动宽带应用
现代电力系统中，除了需要采集电气量的数据，还需要对语音、视频图像等电力系统监控场景数据进行采集，使得对整个电力系统有全方位的感知。目前，无人机巡检作为一种远程视频监控方式，通过无人机拍摄电力线路及其配套电力设备的高清视频，可以有效获得线路及设备的运行状态。现有的无人机巡检一般采用录像方式，无人机返航后，工作人员才对巡检视频进行分析，这一方法无法实现在线分析，对系统故障无法及时处理。而在５Ｇ网络下使用无人机巡检，地面控制站人员则可以利用５Ｇ超高带宽的移动网络实时回传高清图像进行设备线路检查，第一时间排查故障。此外，现有的视频监控室一般通过线缆有线连接至各个监控摄像头，需要部署大量光纤，耗费大量人力物力。相较于４Ｇ网络，５Ｇ的引入可以利用建立无线回程网络上传大容量超高清监控视频，大幅降低部署费用，同时对偏远地区和地形恶劣地区的部署有重大改善。
3.4用户侧负荷调控
在电力物联网系统中，现代用户侧的智能终端设备的数量正在迅速增加，这些设备产生了大量实时数据，而５Ｇ技术作为新一代的通信技术，则为电网调控提供了强大支持，使得这些实时数据得以有效利用。一方面，５Ｇ技术的高带宽和高速率特性能够实现用户侧的用电状态、负荷情况等运行信息的实时传输，在此基础上，电网调控中心能够借助５Ｇ网络实时感知用户的状态，从而做出更加准确的调控决策。另一方面，基于５Ｇ的用户负荷侧信息也可以实现精准负荷控制。在电网出现故障或者需要进行调峰时，调控中心可以利用５Ｇ网络实时获取用户负荷信息，并通过智能算法对用户进行精准地控制，以减少故障对配电网的影响。此外，５Ｇ技术的低时延特性还促进了用户柔性负荷参与电网调峰。在电网高峰时段，用户可以通过５Ｇ网络接收调控中心的指令，实时调整自己的用电行为，如推迟高峰用电时间，减少空调温度等，以实现对电网的削峰填谷，提升电网的运行可靠性和安全性。
3.5基于５Ｇ通信的配电网线路保护装置设计与实现
基于５Ｇ通信技术的配电网线路保护装置设计需要考虑多方面因素，包括硬件设备、通信协议、数据处理算法等。在硬件设计方面，精选了高性能、低功耗的处理器和传感器，确保装置在实时监测线路状态的同时，能够长时间稳定运行。同时，采用了符合５Ｇ通信标准的通信模块，确保数据的传输速度和稳定性达到最优。针对配电网线路的复杂性和多样性，特别设计了多种故障检测和保护算法，这些算法基于电流、电压、频率等多种参数，能够精确识别线路中的异常情况，并通过快速故障定位算法，迅速找到故障点，为后续的故障处理提供有力支持。在通信协议方面，深入研究了５Ｇ网络的特性，制定了与之兼容的通信协议，如MQTT、TCP/IP等。这些协议不仅实现了装置与监测中心之间的实时数据交互，还保证了数据传输的准确性和可靠性。同时，还采用了数字加密和认证技术，确保数据在传输过程中的安全性和完整性，防止数据被恶意篡改或窃取。在实现过程中需要考虑系统的可靠性和稳定性，进行充分的测试和验证，确保装置在各种环境条件下都能正常运行。
电力物联网的构建是一个复杂而宏伟的工程，其涉及物联网、电力网和泛在网的深度融合。在本文系统中，５Ｇ移动通信技术在电力物联网中的应用发挥着关键作用。对此，现代电力物联网建设必须结合电力网络各环节的实际需求来综合运用５Ｇ移动通信技术的相关技术，以科学有效地改变电力系统的运行方式，进而为电力行业的数字化转型提供了新的可能和机遇。
参考文献
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