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5G网络在电网行业的案例分析

中国电力网发布时间:2020-05-11 11:43:14
   5G在智能电网中的潜在机会主要在配网和用网这两部分,发输变三个网络是电网的核心骨干网络,肯定只能使用光纤专网,无线网络的机会在配电和用电网。配电自动化要求倒换时间1ms,停电时间短;对220V系统,系统要求切除故障的极限时间为100ms—120ms之间,110V系统在200ms—500ms之间。

  5G满足智能电网对安全的需求

  由于5G技术采用授权频段,因此移动运营商将除了提供高水准服务等级协定外,还可以提供身份验证和核心网信令安全。

  5G不仅提供了非常低的时延,还降低了许多新兴市场的能源公司建立智能电网的门槛,能源公司将可再生能源作为主要电力来源。

  可再生能源发电缺乏稳定性,导致输电网络能量出现波动,为了避免这种故障,产生的能量必须根据所消耗的能量进行调整。5G的低延迟广覆盖和快部署允许智能电网进行快速的信息交换,这在可再生能源为主要电能的市场非常有用。

  典型应用场景一:智能分布式配电自动化

 

  配电自动化(Distributed Automation)是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统,其目的是提高供电可靠性,改进电能质量,向用户提供优质服务,降低运行费用,减轻运行人员的劳动强度。

  配电自动化的发展大致经历了三个阶段:第一阶段是基于自动化开关设备互相配合的阶段,主要诶重合器和分段器,属于机械化阶段。第二阶段是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化阶段,起到监视配电网络运行状态和遥控改变运行方式的作用,故障能及时察觉。第三阶段在第二阶段的基础上增加了自动控制功能。

  通过各终端间的对等通信实现智能判断、分析、故障定位、故障隔离,以及非故障区域供电恢复等操作。从而实现故障处理过程全自动化,最大可能地减少故障停电时间和范围,使供电网故障处理时间从“分钟级”提高到“毫秒级”。

  典型应用场景二——毫秒级精准负荷控制

  电网负荷控制主要包括调度批量负荷控制和营销负荷控制系统两种控制模式。电网故障时,负荷控制主要通过第二道防线的稳控系统紧急切除负荷,防止电网稳定破坏;通过第三道防线的低频低压减载装置负荷减载,避免电网崩溃。这种稳控装置集中切负荷社会影响大,电网第三道防线措施意味着用电负荷更大面积损失。

  采用基于稳控技术的精准负荷控制系统控制对象精准到生产企业内部的可中断负荷,既满足电网紧急情况下的应急处置,同时仅涉及经济生活中的企业用户,且为用的可中断负荷,将经济损失、社会影响降至最低,是目前负荷控制系统的一大技术创新。

  精准负荷控制系统是利用毫秒级负荷平衡,以细粒度的控制延伸到末端,优先切除制冷等可中断负荷,代替了传统切除整条线路的方式。

  典型场景应用三——低压用电信息采集

  低压用电信息采集业务是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统,实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。

  电力用户用电信息采集业务当前主要用于计量,传输数据业务,包括终端上传主站的状态量采集类型业务以及主站下发终端(下行方向)的常规总召命令,特点是上行流量大下行流量小,通信方式主要包括230M、无线公网和光纤传输等。

  未来=新业务带来用电信息数据实时上报的新需求,同时终端数量进一步提升。信息采集将进一步延伸到家庭,能够获取所有用电终端的负荷信息,以更精细化的实现供需平衡,牵引合理错峰用电。

  典型应用场景四——分布式电源

  风力发电、太阳能发电、电动汽车充换电站、储能设备及微网等新型分布式电源是一种建在用户端的能源供应方式,可独立运行也可并网运行。新能源电源年均增长1%,到2020年占全国总装机的9.1%。

  随着能源变革发展的深入推进,对于清洁能源的快速并网等成为电网企业迫切需要解决的难题。分布式电源并网给配电网的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。分布式电源的并入,网络结构发生了根本变化,用户既是用电方,又是发电方,电流呈现双向流动,实施动态变化。

  智能电网5G网络切片方案

  智能电网5G网络安全体系

  5G网络使能智能化电网大视频应用

  变电站巡检机器人:主要针对110KV及以上变电站范围内的电力一次设备状态综合监控、安防巡视等需求,目前采用WiFi接入环境下的巡检机器人主要保留在站内本地,并未能实时回传至远程监控中心。未来采用5Gd 巡检机器人,将搭载多路高清摄像头或环境监控传感器,实时回传数据到远程监控中心,甚至可以进行简单的带电操作,如道闸开关控制。

  移动式现场施工作业管控:在电力行业,涉及强电作业,施工安全要求极高,该场景主要针对电力施工现场的人员、工序、质量等全方位进行监管,并针对方案变更、突发事故处理等紧急情况提供远程实时决策依据,提供事故溯源排查等功能。

  配电房视频综合监视:针对配电网重要节点(开闭站)的运行状态、资源情况进行监视。

  输电线路无人机巡检

  主要针对网架之间的输电线路物理特性检查,如弯曲变形、物理损坏等,一般用于高压输电的野外空旷场景,距离较远。两个杆塔之间线路长度在200-500米范围,巡检可包含若干个杆塔,延绵数公里。如通道内树木检测、覆冰监控、山火监控、外力破坏预警检测等。

  目前:主要通过输电线路两端检测装置靠复杂的电缆特性监测数据计算判断,辅助以人工现场确认。无人机则主要采用2.4G频段的WiFi或厂家私有通信协议,有效半径一般低于2Km。

 

  未来采用5G通信,伴随着无人机续航力的增强,结合边缘计算(MEC)的应用,将实现视频、图片、控制信息等他直接回传控制台,扩大无人机业务的连续性及覆盖范围,提升巡线效率。

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