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  • 2020-09-01
    淺談5G對電力行業的影響

北極星輸配電網訊:隨著5G商用化的鋪開,各行各業都在積極探索5G賦能行業的方式。電力作為與通信息息相關的行業,5G的到來勢必會為現有的電力行業運行帶來變革。

短期內,在電力通信系統中5G難以替代光纖

在電力行業領域中,電力系統分為一次設備、二次設備和三次設備。一次設備是指主電網從輸電到配電,也就是把電從發電廠升壓再降壓直到客戶可以使用的主要骨干設備,比如變壓器、開關、線路、電纜等;二次設備主要是指使電力系統設備能繼續保持供電的保護裝置等設備;三次設備指能支撐遠程動作和通信系統等設備。而這些全部整合起來就是完整的電力網。

通信系統作為電力的三次設備,主要是保證一次設備和二次設備的安全可靠運行。通信系統除了實現遠程人與人之間的語言交流外,另一個功能就是保證電網所有設備的信號及時傳輸并判斷設備是否正常,如有異常可立即啟動保護裝置,切斷故障,恢復正常的電網運行。早期電網通信主要通過載波,存在很多弊端,有信號盲區也有信號疊加。隨著電力光纖的發展,徹底實現了遠距離的信號準確無障礙傳輸,且光纜內的所有通信對數之間的傳輸信號互不交叉影響。

從傳輸的穩定性上看,5G靠遞次基站傳遞信號達到功能目的,中間傳遞信號的基站一旦出現故障或者電源故障,那么整個區間的信號覆蓋率會受到極大影響,傳遞質量無法保障。無線傳輸在任何時候都會遇上此類可能的情況產生,這也是無線傳輸難以解決的問題。而有線傳輸只有在高度人為破壞的因素或者戰爭情況下才會發生斷網。因此,對電力行業來說,維護電網的穩定運行是最基礎的前提,在沒有完全改進和驗證5G傳輸穩定性的情況下,5G目前很難替代現有的光纖。

而從成本上看,光纖在20年前就已經全部商業化,所以5G即使全面完成商業化,其成本也會遠高于光纖。所以目前情況下,將傳統光纖替換成5G并不能有效降低成本。

5G對電力行業的六大革新

雖然短期內5G難以替代光纖,5G也擁有其獨有的優勢:在地貌非常復雜的情況下,如在河流不斷交叉的山區架設電力設備,光纖接入難度和成本將遠高于5G,此時,5G的商用價值就能大大增強。同時也為在環境惡劣情況下鋪設電力設備提供了可能性。

電力系統已經有相對成熟的通信模式和數據中心的應用,而5G的應用更適合體現在移動終端上的使用。5G網絡的超快速響應可以提高現有電網的可靠性,并將一些以前無法實現的管理功能變為現實,拓寬電力行業的邊界。

第一,5G使能低壓用電的信息采集,低壓主要指電網中220V~380V這一層的電壓等級,低壓用電客戶主要為居民客戶和商業客戶。低壓用電信息采集是指把居民家里和商戶的表計所采集數據傳輸到電力公司的相應平臺上,后臺用這些數據來判斷居民和商店用電的合理性。未來隨著5G基站的全面鋪開,5G高覆蓋的特性將全面改變低壓用電采集的效率,從而降低成本。另外,5G的高速率將能支撐更大量的數據采集,為未來AI和數據中心的相關應用建立基礎。

第二,5G助力實現毫秒級精準負荷控制。毫秒級精準負荷控制指對大工業客戶一般35kV供電以上的客戶群體,如果電網有頻率波動大機組跳閘等異常情況,要在毫秒內準確定向切除工業企業負荷,保證電網安全。5G的低延遲特性使得在電網有頻率波動時能做到及時反饋,及時應對,最大程度保證工業用電安全。中國電信江蘇公司、國網南京供電公司與華為公司在南京今年成功完成了全球首個基于5G SA網絡的電力切片測試。測試證實切片具備安全隔離性,能夠實現電網對于負荷單元毫秒級精準管理的業務需求。

第三,在可再生能源發電領域,5G可實現高效的分布式電源接入調控。可再生能源發電指風力發電、光伏發電和生物質發電等,他們的共同特點是根據風場、光場的特點,進行分布式建設,有別于集中發電的集中能源模式,被稱為分布式能源。5G可滿足其實時數據采集和傳輸、遠程調度與協調控制、多系統高速互聯等功能,并使通信的模式傳輸方式更加穩定快速。

第四,5G其適合移動終端的特性,在電力巡檢過程中也將發揮很大的作用。電力對其所屬的電力設施巡查具有剛性的規定:35kV及以上的設備每月必須巡查一次,10kV及以下設備每周巡查一次。此前城區的設備巡檢都是用車輛載人進行定期例巡,農村區域都是靠人翻山越嶺,跋山過河進行例巡。現在國家電網有了戶外戶內的智能機器人巡檢、直升飛機加無人機的巡視手段,加持5G,智能巡查設備將能夠搭載更多監測功能,加強搜集信息范圍和效率。如使用具備行為數據分析功能的移動布控球能對劃定區域進行監控,當有異物或無關人員出現就會自動報警,同時還能確保作業區域內施工人員正確佩戴安全帽和工作服。紅外設備能實時監測設備溫度和環境溫度,一旦情況異常,數據會被立即發送至調控服務器,并在溫度越限時,自動報警至智能巡檢平臺,從而提升響應速度、提高安全性。在4G的情況下,由于傳輸速率的限制很難做到多維度的監控事實反饋,而5G使得未來巡查全面智能化成為可能。

第五,在智能電網的建設過程中,5G以更快、更細、更準的差異化和確定性網絡能力,為配電通信網接入通信覆蓋提供了新的解決方案。目前的配網計量全部依賴光纖,將電力配網終端采集的數據如電流、電壓、負荷、功率因素、線路損耗等傳輸到平臺。如果城市的5G覆蓋全部完成,未來電力行業可能會考慮租用通道替代目前沒有光纖到位而租用4G通道作為無線傳輸的一些終端設備,也可能作為全備用傳輸數據保障。而對于一些特殊的大跨徑、大長度的特殊設備,如跨江隧道及大橋內的電纜的在線監測,這些通道非常狹小,人員正常通行檢測非常困難,5G為這種非常特殊環境中的設備在線檢測提供了新的途徑。

第六,5G行業本身的發展也會拉動對電力的需求,電力行業應在5G部署的大趨勢下積極與5G行業領頭公司積極尋求合作,探索新的商業模式,實現雙贏。2020—2023年將是我國5G基站建設的高峰期,5G基站在運行期間的耗電能力十分驚人,相比4G基站平均高出2~3倍。在高昂的電費成本下,未來5G運營商和電力公司的相互合作會更為緊密。

目前運營商正在積極試點5G基站削峰填谷供電的應用:在用電低谷時段儲存能源,在高峰時段使用儲存能源為5G基站供電,可以平衡電網用電高峰和低谷時段的整體負荷。據測算,單基站可節省用電費用20%,大大降低5G基站運維成本。另外由于5G基站布點密集,目前已廣泛布局的電力桿塔是建設5G基站可利用的優良資源。國網浙江電力正積極參與浙江省智慧桿產業聯盟,實現社會基礎資源的共建共享共用。

綜上所述,5G對電力行業帶來的變革影響是深遠的。雖然5G替代目前現有的基礎電力設備通信模式可能性較小,但在電力行業的移動終端設備通信中,5G的優勢不言而喻。5G的三大技術特性為電網的不同業務提供了差異化網絡的服務能力,同時為智慧電網的建設帶來新機遇。同時,5G基站的用電也會為電力行業帶來巨大的經濟效益,可以預見,不久的將來5G和電力行業將形成相互受益、共同促進的局面。

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