5G通信与泛在电力物联网的融合:应用分析与研究展望

5G通信与泛在电力物联网的融合:应用分析与研究展望

周艺

国网山西省电力公司太原供电公司山西太原030021

摘要：泛在电力物联网是物联网在电力行业的一种具体表现形式，是互联互通的电力网与通信网深度融合的产物。第五代移动通信(5G通信)因具有高带宽、低时延、低功耗等优势，受到各行各业青睐，也将于泛在电力物联网深度融合。本文在深入分析泛在电力物联网内涵与5G通信特点基础上，对5G通信时代的泛在电力物联网关键技术进行了分析，总结了5G使能泛在电力物联网的典型场景，展望了未来5G通信普及的泛在电力物联网可能的研究方向。

关键词：能源互联网；泛在电力物联网；5G通信

引言

随着交直流输电规模的迅速扩大，分布式发电设备接入类型与数量快速增加，导致电网复杂程度不断提升，对传统电网形态提出了挑战。另一方面人工智能技术的发展也对电网功能和运行方式提出新的要求。因此，结合泛在物联技术将现有电力系统建设成泛在电力物联网是未来电力能源体系的发展趋势，也是当前阶段国家电网最紧迫、最重要的任务。

1泛在电力物联网的概念

1.1泛在电力物联网的定义

泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息互联和交互。而泛在电力物联网是指电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备、以及人和物的信息互联和交互。

1.2泛在电力物联网的基本特征

泛在电力物联网立足现有电网实体与通信技术，将不同能源系统物理互联、时空信息互联、商业互联相融合，具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的特征。全息感知是指通过RFID、传感器等，动态获取“发–输–变–用”各个环节不同设备、不同用户的状态信息。泛在连接指通过电力专网或移动网络将电力系统中所有设备、用户的信息和数据全时空连接。开放共享指在统一平台上利用智能技术对数据进行共享和管理，提高数据质量，挖掘有效信息，实现数据上下贯通，全方位实时交互。

2泛在电力物联网的关键技术

2.1智能芯片

随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，一方面可以完成设备信息的采集、提取及传递。

2.25G与LPWA

海量电力数据的传递需要一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网络技术，另一类是以5G和低功耗广域网(LPMA)为主的无线网络技术。泛在电力物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电力物联网网络通信的主要手段。

3支撑泛在电力物联网的5G通信

通信技术是泛在电力物联网的核心技术之一，是实现万物互联的基本组成部分。泛在电力物联网可以通过不同类型的通信网络进行互联，而最新发展的5G通信又具有独特的优势。本节将介绍移动通信的发展历程，剖析5G通信的基本工作原理，分析5G通信的基本特征以及与泛在电力物联网的契合点。

3.1移动通信技术发展历程

移动通信技术在近几十年来得到了长足发展，也发生了革命性的变化。第一代(1G)通信技术主要使用FM调频技术，传输模拟信号，开始应用于实现远程无限通话；随着集成电路等的发展，第二代(2G)通信技术应运而生，该技术不再传输模拟信号，而是数字信号，提升了通信的抗干扰性能，各种信息服务开始出现，这是通信技术一次质的变化。第三代(3G)通信技术和第四代(4G)通信技术在2G通信基础上进一步提升了网络传输速度：3G通信从真正意义上带来了整个移动互联网；而目前使用的4G通信，网络速度得到极大提升，进一步推动移动互联网发展。

3.25G通信基本原理

从2G通信开始，移动通信技术都是以数字信号作为基础，5G通信也不例外。移动通信就是利用电磁波在空气中自由传播进行通信，一般包括信号发生器和信号接收器，包括了调制、解调等基本步骤。与有线通信不同，无限通信的电磁波信号在空中传播过程中存在反射、衍射、散射等各种情况，通过多个路径抵达目的地。

4支撑泛在电力物联网的5G通信关键技术

5G通信技术促进了泛在电力物联网的纵深发展。面向电网业务需求，5G的性能增强技术使得泛在电力物联网的万物互联蓝图成为现实；面向电网管理，5G的软化开放技术是协助管理泛在电力物联网最得力的助手，电网由被动变主动，自由“掌控”通信；面向电网用户服务，5G的自治优化技术给泛在电力物联网装上智能大脑，实现以用户为中心的新业态。本节将就5G通信时代泛在电力物联网关键的性能增强技术、软化开放技术、自治优化技术分别进行探讨。

4.1性能增强技术

5G通信助力泛在电力物联网的首要任务是达成其他无线通信方式所不能达到的高性能指标，使5G通信“三高两低”的特点成为现实并为泛在电力物联网所用。提升“三高两低”相关性能的无线通信技术和无线网络技术被统称为性能增强技术。在性能增强技术中，某些技术有的被广泛研究讨论并且已经比较成熟，成为了5G必备的标准技术，可以被称为5G的原理性技术，大规模MIMO技术和超密集异构网络技术；有的有着十分广阔的前景但还有技术瓶颈尚未有统一定论。

4.2软化开放技术

软化开放技术是指实现5G通信网络软件化并向网络用户开放接口的相关技术。泛在电力物联网并不是通信网络和电力网络的简单叠加，而是两者的有机融合，对两网能进行同时、方便、快捷地管理调度对于泛在电力物联网来说至关重要。传统的电力通信网控制复杂，需要具备专业人员操作运行，电网必须依托电信运营商，是网络功能的被动使用者，被封闭在通信网络之外。

5研究展望

5.1“5G通信网–电力网”联合仿真

电力仿真是电力系统分析的重要手段，能够帮助判断未来电力系统运行状态，判断提出的方案是否存在不安全、不可靠等潜在的风险。目前针对电力系统仿真，国内外厂家面向不同应用开发了多元化的电力系统仿真软件，例如PSCAD等；在通信领域，为了保证通信系统的安全可靠运行，在系统规划或运行之前可需要进行仿真分析，例如OPNET等。

5.2多元化的商业模式

5G通信新技术的助力，将在泛在电力物联网中孕育出全新的商业模式，也让之前难以落地的商业模式成为可能。例如可交易能源(transactiveenergy)环境下实现个人对个人(peertopeer，P2P)交易，5G通信的端对端通信技术就能使P2P交易成为可能，交易通信成本极大降低；又如虚拟电厂技术，5G通信助力海量对象的协调，保障虚拟电厂的可行性。

结语

2019年是泛在电力物联网的元年，为未来能源互联网建设提出了更加明确的目标；2019年也是5G通信规模化商用揭开序幕的一年，5G通信将重塑未来生活方式，也将重塑“物理–信息–社会”深度耦合的电力与能源系统。

参考文献:

[1]王利霞．基于物联网的智能电网监控系统的研究和分析[J]．电源技术，2014，38(3)：540-541．

[2]关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见[EB/OL]．(2016-02-29).http://www.nea.gov.cn/2016-02/29/c_135141026.htm．