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结合5G+智能电网愿景 直面5G融合挑战
点击次数:23 发布时间:2020-09-11

为落实国家战略,支撑智能电网发展和数字化转型,南网成立了“5G+智能电网应用研究”工作协调小组,统筹指导和协调部署公司5G通信技术应用研究各项工作。

工作协调小组制订了《5G+智能电网应用研究工作方案》,该方案梳理了涵盖“发输变配用”电网全环节的53类典型业务场景,明确了将重点打造广州南沙5G+智能电网示范区,形成可复制可借鉴的5G应用精品案例。

智能电网的场景多样化,各场景对通信网络的带宽、时延、安全可靠性、接口等能力的需求不尽相同。比如差异化的QoS/SLA、确定性能力、安全、隔离、可靠性、独立运营运维能力,这需要5G具备差异化和确定性的网络能力,即5G确定性网络,以满足电网业务在安全、可靠、灵活性上的要求,更好地适配智能电网发展的要求。

结合5G的技术发展,未来5G+智能电网的应用可归纳为十大愿景,分别为配电网控制保护、电网状态感知、多无人迹协同作业、智能机器人、智慧用能、应急通信、远程诊断、云VR/AR、现场AI辅助、移动办公。围绕这些愿景,南网总结了约50类具体的业务场景。

对上述业务场景,目前采用多种方式进行通信,主要包括光纤、无线公网(2G/4G)、NB-IoT、Wi-Fi等。随着智能电网的发展,后续业务呈现出分布式部署、实时感知、jing准控制、海量连接等特点,随之对网络带宽容量、端到端时延、安全保障、灵活接入等提出了更大挑战。

在分布式部署、jing准控制方面,目前配电网的保护主要为线路级,响应控制时间为秒级别,线路故障影响面较大,保护、恢复等大多需要人工操作。未来随着智能分布式配网终端的广泛应用,连接模式将出现更多的分布式点到点连接,随着用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等应用,主站系统将逐步下沉,出现更多的本地就近控制,且与主网控制联动的需求,时延需求将达到毫秒级。

在实时感知、海量连接方面,目前计量数据采集频次较低,一般为天级,控制能力相对粗放,一般为秒级、线路级;未来随着新能源并网、分布式能源调控、用电负荷需求侧响应等业务发展,逐步实现电表直抄,连接数将大幅增长,数据采集频次将提升至分钟级,jing准控制能力将提升至毫秒级、节点级。此外,结合物联网、AI等新技术发展,衍生出机器人、无人机、基于物联网的融合状态监测、智能家居等应用,呈现出连接大幅增长、带宽需求爆发,融合采集与工业控制相结合等发展趋势。

电力行业采用5G技术提升自身生产水平,还需要迎接多方面挑战。

1、5G的技术标准仍未完全冻结,尤其在R18中针对智能电网的专项标准才刚起步,后续技术实现上仍有一定的不确定性。3GPP在2020年上半年完成R16版本后,对uRLLC的标准基本完成,但对mMTC的标准仍在制定中,针对智能电网的R18标准仅处于起步阶段,技术的实现及相关解决方案仍有一定的不确定性和可塑性。

2、5G承载智能电网业务的安全可靠性仍未有guan方认证。对于5G技术的安全能力提升、相关的安全解决方案以及其在电力应用中是否能达到电力安全隔离的要求,目前尚未得到国家相关机构认证测评。

3、面向5G的智能电网业务特点的技术需要持续优化。对于电力行业,如何解决电力业务接入进行有效规划、以及解决电力小颗粒带宽的高效承载技术,如适配电网安全分区业务的SPN/IP-RAN承载网技术,目前结业并没有成熟解决方案,相关的设备功能也在不断地改进优化中。在业务的高性能承载方面,电网业务有着自己的特点,电力业务有高精度授时(如差动保护、PMU等)、小颗粒带宽持续传输(自动化、计量、差动保护等)、确定性时延(如差动保)、多协议适配(如基于L3的104规约、L2的Goose规约等),均需要5G在网络设计实现上,引入优化措施才能更好地满足上述需求。

4、适配电力业务的通信终端、通信模块的仅处于起步阶段,需要拉通产业进一步降低终端成本,促进5G智能电网规模应用。2020年8月,具备网络授时功能的电力5G CPE面世,并顺利通过业务测试验证,但适配电力业务的通信终端成本仍然较高,缺乏标准,需要进一步拉通产业进行孵化推广。

5、5G智能电网应用仍乏技术标准。5G在电力业务的多种应用处于起步阶段,尚未到达规模应用程度,业务的接入、网络承载、安全管理、业务运营等方面标准相对空白,需要面向5G智能电网规模商用,构建全方面的标准化体系,包括业务申请、网络承载、终端接入、平台管控、业务保障、运营维护、安全保障等方面,以促进产业标准化,支撑后续业务规模化发展。

6、5G智能电网应用尚未有明确的商业管理模式需要进一步探索。运营商与电网的5G商业模式仍未明朗。未来可能有多种模式,按流量资费、按SLA服务能力收费(带宽、确定性时延保障等)、按照切片模式收费等仍未明确,同时电网在5G建设初期,是否可以通过与运营商通过基础资源互换的方式来降低使用成本,等问题均仍待讨论。

未来,将从三个方面发力,推动5G与电力产业融合发展。

1、积极开展试点,并推动安全测评认证。南网将积极开展5G业务验证及应用示范,面临网络安全威胁及安全隔离性等不确定问题,尽快形成5G承载电网不同分区业务的网络安全要求及检测评估方法,并邀请第三方测评机构开展现网实测,加快推动5G承载电力业务的安全认证测评工作。

2、加快电网与运营商之间跨行业5G创新商业模式和资源共建共享合作方式的探索进程。在集团层面加速推进未来5G大规模承载电网业务情况下,电网企业与电信运营商之间在业务运营、资费管理、安全措施、职责分工、运维保障等方面的创新商业合作模式。可以由专业部门成立专业团队,结合电网内部资源特点及政策,尽快开展面向5G规模商用的跨产业资源共建共享合作模式研究。

3、与产业各方共同推动5G智能电网标准化体系建设,营造良好生态圈,加快产业进展。南网将持续跟进5G标准,尤其积极参与3GPP R18的标准制定,通过5G应用产业方阵(5GAIA)、5G确定性网络联盟(5GDN)等组织,与产业各方进一步推动智能电网领域5G相关的技术研究、产品研制、测试验证、标准制定等工作,共同引领产业链发展,孵化5G创新应用产品。

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