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原创 OneMO模组说:5G助力电网加速智能化改造

2019-10-8 09:31 117 0 1 分类: 通信 文集: OneMO观察

国家发改委、国家能源局联合印发《关于促进智能电网发展的指导意见》(发改运行(2015)1518号),明确指出“智能电网是在传统电力系统基础上,通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术,形成的新一代电力系统,具有高度信息化、自动化、互动化等特征,可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行”。

智能电网作为一项社会联动的系统工程,实现电网效益和社会效益的最大化,代表着未来的方向。智能电网以包括发电、输电、配电、储能和用电的电力系统为对象,应用数字信息技术和自动控制技术,实现从发电到用电所有环节信息的双向交流,系统地优化电力的生产、输送和使用。总体来看,未来的智能电网应该是一个自愈、安全、经济、清洁的并且能够提供适应数字时代的优质电力网络。

智能电网发展的5大趋势

为实现“安全、可靠、绿色、高效”的总体目标,围绕智能电网发输配用全环节,未来发展趋势包括五大重要领域,分别为清洁友好的发电、安全高效的输变电、灵活可靠的配电、多样互动的用电、智慧能源与能源互联网。

 

清洁友好的发电

关键特征为“清洁低碳、网源协同、灵活高效”。核心作用是增强系统灵活性,提升非化石能源消费比重,推动能源结构转型升级,以风能、太阳能为主的可再生能源逐步替代化石能源。另一方面,随着储能、分布式能源、微网等技术发展,能源供给形态将从集中式、一体化的能源供给向集中与分布协同、供需双向互动的能源供给转变;

 

安全高效的输变电

关键特征为“安全高效、态势感知、柔性可控、协调优化”。核心作用是提升输变电设备的智能化水平,构建全生命周期管理体系,提升电网安全防御能力、资源配置能力和资产利用效率。。随着电力一次设备与在线监测传感器及过程层智能设备的有机整合,输变电环节将趋于测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等,进而输电智能化水平、智能变电站智能运维水平将全面提升。

 

灵活可靠的配电

关键特征为“灵活可靠、可观可控、开放兼容、经济适用”,核心作用是加强配电网自动化、柔性化建设,实现配电网可观可控,满足多元负荷“即插即用”的接入需求,提升电网供电可靠性、电能质量和服务水平。例如城市内电动车、充电桩等新能源业务和农村更多的光伏扶贫、农光互补、渔光互补等;

 

多样互动的用电

关键特征是“多元友好、双向互动、灵活多样、节约高效”,核心作用是打造全方位客户服务互动平台、全方位加强用户互动,满足智慧用电的需求,提升终端能源利用效率,推动能源消费革命。电动汽车、电供暖(冷)、港口岸电等终端将逐步普及,电能占终端能源消费比重将不断上升;随着未来高级量测体系将被广泛部署,智能家居与智能小区业务将进一步丰富,随着阶梯电价、实时电价、用电负荷需求侧响应等业务将逐步渗透,用户将可更多地参与到自身的用电管理中。

 

智慧能源与能源互联网

关键特征为“多能互补、高效协同、开放共享、价值创新”;核心作用是打造具有独特竞争力的新型综合能源服务商,创新企业价值,促进互联网技术与能源系统深度融合,促进能源耦合系统基础设施建设,推动能源市场开放和产业升级,支撑低碳、清洁、高效的社会发展。随着传感、信息、通信、控制技术与能源系统的深入融合,传统单一能源网络向多能互补、能源与信息通信技术深度融合的智能化方向发展,电、热(冷)、气等各领域的能源需求将逐步统筹,从而实现多能协同供应和能源综合梯级利用。

 

智能电网对通信网络提出的新挑战

电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施,保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。构建大容量、安全可靠的光纤骨干通信网,以及泛在多业务灵活可信接入的配电通信网,这是通信网络建设的两个重要组成部分。

  • 在骨干通信网侧,经过多年建设,35kV 以上的主网通信网已具备完善的全光骨干网络和可靠高效数据网络,光纤资源已实现35kV 及以上厂站、自有物业办公场所/ 营业所全覆盖。

  • 在配电通信网侧,由于点多面广,海量设备需要实时监测或控制,信息双向交互频繁,且现有光纤覆盖建设成本高、运维难度大,公网承载能力有限,难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控。


随着大规模配电网自动化、高级计量、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展,各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长,迫切需要构建安全可信、接入灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”配电通信接入网,并采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术及系统予以支撑,这是智能电网发展对配电网通信提出的新需求。

 

为满足智能电网的五大发展重点,通信网络需具备更强大的承载能力(如百万~千万级的连接能力、单站具备n*10Mbps 的带宽承载能力,具备毫秒级的时延能力)、对电力不同生产区业务能提供差异化的安全隔离能力,同时能针对不同终端,提供终端、连接甚至网络资源的灵活开放的运营管理能力。

5G助力现有电网加速智能化改造

随着4G 进入规模商用,面向2020 年及未来的第五代移动通信(5G)已成为全球通信发展热点。相对4G,5G 将以一种全新的网络架构,提供10Gbps 以上的带宽、毫秒级时延,及超高密度连接,实现网络性能新的跃升。ITU 定义了5G 三大场景:增强移动带宽(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)、大规模机器类通信(mMTC)。相对应ITU 的三大场景,我国IMT2020 提出了连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接四大场景。

 

5G实现“万物互联”,满足更多垂直行业需求

相比于4G 以人为中心的移动宽带网络,5G 网络将实现真正的“万物互联”,并缔造出规模空前的新兴产业,为移动通信带来无限生机。物联网扩展了移动通信的服务范围,从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联,使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。垂直行业是5G 时代重要的业务场景,从传统以人为中心的服务拓展至以物为中心的服务。能源、车联网、工业控制等物联网行业的业务特征和对网络的需求差异巨大,传统网络一种架构满足所有场景的设计模式难以满足5G 时代新业务新能力的要求。

5G 提供定制化的端到端网络切片服务,更好满足“行业专网”的需求

网络切片四大特征包括定制性、隔离和专用性、分级SLA 保障以及可基于统一平台

灵活构建、自动化运维。

  • 定制性:网络能力可定制、网络性能可定制、接入方式可定制、服务范围和部署策略可定制,有助于行业分步骤、按需、快速地开通新业务所需要的网络新特性。

  • 隔离和专用性:为不同的切片提供服务于特定的应用场景的差异化资源使用策略、数据访问安全、高可用性等保障,使得不同切片之间相互隔离,互不影响。

  • 按需连接服务:为垂直行业提供按需采购、稳定可靠的连接服务。

  • 统一平台:5G 引入了如SDN(软件定义网络)和NFV(网络功能虚拟化)。实现软件与硬件的解耦,网络功能以虚拟网元的形式部署在统一基础设施上,提升切片的管理效率,提供更为高效的行业服务。


  • 聚焦到智能电网领域,尤其在智能配用电环节,5G 技术为配电通信网“最后一公里”无线接入通信覆盖提供了一种更优的解决方案,智能分布式配电自动化、高级计量、分布式能源接入等业务未来可借力5G 取得更大技术突破。5G 网络可发挥其超高带宽、超低时延、超大规模连接的优势,承载垂直行业更多样化的业务需求,尤其是其网络切片、能力开放两大创新功能的应用,将改变传统业务运营方式和作业模式,为电力行业用户打造定制化的“行业专网”服务,相比于以往的移动通信技术,可以更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求,实现差异化服务保障,进一步提升了电网企业对自身业务的自主可控能力。


    5G+智能电网应用概述

    智能电网无线通信应用场景总体上可分为控制、采集两大类。其中,控制类包含智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等;采集类主要包括高级计量、智能电网大视频应用。

     

    控制类业务场景:当前整体通信特点为采用子站/ 主站的连接模式,星型连接拓扑,主站相对集中,一般控制的时延要求为秒级。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。


    采集类业务场景:未来采集频次、内容、双向互动方面将有较大变化。

    • 采集频次:当前基本按照月、天、小时为单位采集,未来为满足负荷精确控制,用户实时定价等应用的发展,采集频次将趋于分钟级,达到准实时能力。

    • 采集内容:当前主要以基础数据、图像为主,码率为100kbps 级。随着智能电网、物联网的迅速发展,采集对象将扩展至电力二次设备及各类环境、温湿度、物联网、多媒体场景,连接数量预计至少翻一倍;中远期若在产业驱动下,集抄方式下沉至用户,采集内容将深入到户内用电设备的信息,连接数预计翻50-100 倍;另外,采集内容亦从原有的简单数据化趋于视频化、高清化,尤其在无人巡检、视频监控、应急现场自组网综合应用等场景将出现大量高清视频的回传需求,局部带宽需求在4-100Mbps 级。

    • 双向互动:随着家庭能源管理应用的推广,通过智能电表实现家电用电信息采集;通过智能交互终端,以APP 的方式,给用户提供实时电价和用电信息,实现对用户室内用电装置的负荷控制等各类互动服务与电力增值服务功能,达到需求侧管理的目的。


      5G 在设计之初便面向更广泛的垂直领域,为智能电网,尤其在配电网领域,提供了一种更优的无线解决方案。对于电力企业,利用5G 网络为电力业务提供差异化、安全可靠的“行业专网”服务和网络自身的开放能力,实现智能电网低成本、快速便捷、安全可靠的无线通信接入承载及更自主可控的网络管理能力。

       

      5G 智能电网应用目前处于起步阶段,后续电力企业应与电信运营商、通信设备厂商共同引领电力通信领域技术加速标准化,推动电力通信终端模组通用化,做好通信业务管理支撑平台,实现差异化的电力网络切片服务,提升对通信业务的可管可控能力,支撑智能电网的可持续发展。

       

      (素材来源:5G助力智能电网应用白皮书)

作者: 中移OneMO, 来源:面包板社区

链接: https://www.mianbaoban.cn/blog/uid-me-3885570.html

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curton 2019-10-8 21:34

厉害了 5G
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