未來5G技術(shù)在智能電網(wǎng)中的四大應(yīng)用場景

從電流走向視角來看，電網(wǎng)主要包括五大環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電及用電。通過對電力行業(yè)充分的需求調(diào)研、討論和分析，我們從中識別并篩選出了對于無線通信具有潛在需求，未來5G技術(shù)在智能電網(wǎng)中最具代表性的四大場景：智能分布式配電自動化、毫秒級精準負荷控制、低壓用電信息采集、分布式電源。

場景1：智能分布式配電自動化

配電自動化（DistributedAutomation）是一項集計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)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(wù)，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)展大致可以分為三個階段。

第一階段是基于自動化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動化階段，主要設(shè)備為重合器和分段器等，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng)。其主要功能是在故障時通過自動化開關(guān)設(shè)備相互配合實現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。這一階段的配電自動化系統(tǒng)局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置。自動化程度較低，這些系統(tǒng)目前仍大量應(yīng)用。

第二階段的配電自動化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)的配電自動化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運行時也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用，故障時能及時察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第三階段的配電自動化系統(tǒng)。它在第二階段的配電自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自動控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理(DSM)、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動化系統(tǒng)，形成了集變電所自動化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，功能多達140余種?，F(xiàn)階段的配電自動化以此為目標建設(shè)和完善。

當前主流方案采用集中式配電自動化方案，其通信系統(tǒng)主要傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括終端上傳主站(上行方向)的遙測、遙信信息采集業(yè)務(wù)以及主站下發(fā)終端（下行方向）的常規(guī)總召、線路故障定位（定線、定段）隔離、恢復(fù)時的遙控命令，上行流量大、下行流量小，主站為地市集中部署。

隨著電力可靠供電要求的逐步提升，要求高可靠性供電區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)電力不間斷持續(xù)供電，將事故隔離時間縮短至毫秒級，實現(xiàn)區(qū)域不停電服務(wù)，則對集中式配電自動化中的主站集中處理能力和時延等提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)，因此智能分布式配電自動化成為未來配網(wǎng)自動化發(fā)展的方向和趨勢之一。其特點在于將原來主站的處理邏輯分布式下沉到智能配電化終端，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(fù)等操作，從而實現(xiàn)故障處理過程的全自動進行，最大可能地減少故障停電時間和范圍，使配網(wǎng)故障處理時間從分鐘級提高到毫秒級。

場景2：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)故障情況下，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較大，電網(wǎng)第三道防線措施意味著用電負荷更大面積損失。在目前特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)過渡階段，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)依然是緊急情況下保障電網(wǎng)安全的重要手段。若某饋入特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖，受端電網(wǎng)損失功率超過一定限額，電網(wǎng)頻率將產(chǎn)生嚴重跌落，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰。為確保直流故障后電網(wǎng)穩(wěn)定安全穩(wěn)定運行，通常綜合采用多直流提升、抽蓄電站切泵等措施來平衡電網(wǎng)功率的缺額，但上述措施在直流嚴重故障下仍不足以阻止電網(wǎng)的頻率跌落，緊急切負荷措施依然是必要手段。針對類似直流雙極閉鎖等嚴重故障，若采用過傳統(tǒng)方式以110KV負荷線路為對象，集中切除負荷的方式，將會觸發(fā)國務(wù)院599號令所規(guī)定的電力事故等級，造成較大的社會影響。而采用基于穩(wěn)控技術(shù)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(yīng)急處置，同時僅涉及經(jīng)濟生活中的企業(yè)用戶，且為用戶的可中斷負荷，將經(jīng)濟損失、社會影響降至了最低，是目前負荷控制系統(tǒng)的一大技術(shù)創(chuàng)新。

傳統(tǒng)配網(wǎng)由于缺少通信網(wǎng)絡(luò)支持，切除負荷手段相對簡單粗暴，通常只能切除整條配電線路。從業(yè)務(wù)影響、用戶體驗等角度出發(fā)，希望盡可能做到減少對重要用戶的影響，通過精準控制，優(yōu)先切除可中斷非重要負荷，例如電動汽車充電樁、工廠內(nèi)部非連續(xù)生產(chǎn)的電源等。

場景3：低壓用電信息采集

低壓用電信息采集業(yè)務(wù)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(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能。

電力用戶用電信息采集業(yè)務(wù)當前主要用于計量，主要傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括終端上傳主站的狀態(tài)量采集類業(yè)務(wù)以及主站下發(fā)終端（下行方向）的常規(guī)總召命令，呈現(xiàn)出上行流量大、下行流量小的特點，現(xiàn)有的通訊方式主要包括230M、無線公網(wǎng)和光纖傳輸方式，各類用戶終端采用集中器方式目前主站為省公司集中部署。早期采集的方式是一天24個計量點，目前是分為5min和15min采集方式，其中0點為統(tǒng)一采集。

未來新業(yè)務(wù)帶來用電信息數(shù)據(jù)（準）實時上報的新需求。同時，終端數(shù)量級進一步提升。未來的用電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。例如當前歐美等國已經(jīng)在實行的電價階梯報價機制，需要實時公示通知電價，以便用戶能夠按需預(yù)約采購。

場景4：分布式電源

風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電動汽車充換電站、儲能設(shè)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(yīng)方式，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行。隨著我國能源變革發(fā)展的深入推進，對于清潔能源的快速并網(wǎng)與全消納也成為電網(wǎng)企業(yè)迫切需要解決的難題。

我國分布式電源發(fā)展迅速，占比逐年增加,年均增加近1個百分點。到2020年分布式電源裝機容量可達1.87億千瓦,占同期全國總裝機的9.1%。分布式電源接入是堅強智能電網(wǎng)發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。分布式電源集成到電網(wǎng)中可帶來巨大的效益。除了節(jié)省對輸電網(wǎng)的投資外，它可提高全系統(tǒng)的可靠性和效率，提供對電網(wǎng)的緊急功率和峰荷電力支持。同時，它也為系統(tǒng)運行提供了巨大的靈活性。如在風(fēng)暴和冰雪天氣下，當大電網(wǎng)遭到嚴重破壞時，這些分布式電源可自行形成孤島或微網(wǎng)向醫(yī)院、交通樞紐和廣播電視等重要用戶提供應(yīng)急供電。

但是，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(shù)問題和挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的設(shè)計并未考慮分布式電源的接入。在并入分布式電源后，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化，將從原來的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源甚至多電源網(wǎng)絡(luò)，配網(wǎng)側(cè)的潮流方式更加復(fù)雜。用戶既是用電方，又是發(fā)電方，電流呈現(xiàn)出雙向流動、實時動態(tài)變化。

因此，配電網(wǎng)急需發(fā)展新的技術(shù)和工具，增加配電網(wǎng)的可靠性、靈活性及效率。分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)分布式電源運行監(jiān)視和控制的自動化系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)采集和處理、有功功率調(diào)節(jié)、電壓無功功率控制、孤島檢測、調(diào)度與協(xié)調(diào)控制及與相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)等功能，主要由分布式電源監(jiān)控主站、分布式電源監(jiān)控子站、分布式電源監(jiān)控終端和通信系統(tǒng)等部分組成。

綜上所述，基于智能電網(wǎng)的應(yīng)用場景分析可見，不同場景下的業(yè)務(wù)的要求差異較大，體現(xiàn)在不同的技術(shù)指標要求上。運營企業(yè)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商應(yīng)針對這些行業(yè)的技術(shù)指標要求，進一步量化網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標和架構(gòu)設(shè)計，包括進一步量化5G網(wǎng)絡(luò)切片安全性要求、業(yè)務(wù)隔離要求、端到端業(yè)務(wù)時延要求，協(xié)商網(wǎng)絡(luò)能力開放要求、網(wǎng)絡(luò)管理界面等，以及探討商業(yè)合作模式、未來生態(tài)環(huán)境等，提供滿足電力行業(yè)多場景差異化的完整解決方案，并進行技術(shù)驗證和示范。