5G通信在电力系统中的应用

申小霜 国网山西省电力公司长治供电公司

近年来，电网通信一直以光纤网络为主，然而城市配电网光纤通道建设周期长、成本高，且难以解决配电网点无光纤覆盖的保护配置问题，已经成为配电网故障快速处理技术在推广过程中的主要影响因素。随着以5G为代表的新型通信技术的快速发展与应用，特别是在高带宽、低时延方面的突破，可通过增加信息量优化配电网保护原理，提升配电网保护的动作性能。

一、通信方案

5G通信技术是在4G通信技术基础上发展而来的通信技术，与4G通信技术相比，5G通信技术的网络传输速度大幅度提升。4G通信技术的网络传输峰值为150Mb/s，而5G通信技术的网络传输速度为15Gb/s，与此同时，5G通信技术能对网络延时进行有效的控制。由于5G技术具备超低时延、超高带宽、更高移动速率以及海量接入的优势性能，4G无法承载的时延敏感及大带宽业务将通过5G网络承载应用，根据ITU的正式定义，5G有3个主要应用场景：eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（大连接物联网）、uRLLC（低时延和高可靠通信），可有效满足用户对于大连接、大流量及低时延的基本需求。

二、5G通信在电力系统中的应用

（一）网络切片技术

5G标准面向不同的需求场景，导致网络的安全性、移动性、时延和可靠性的要求是不一样的，因此需要采用网络切片技术将一张物理网络分成多个虚拟网络，每个切片资源面向不同的应用场景需求，逻辑上进行隔离，相互独立。针对电网应用场景需求，网络切片不仅有助于业务数据隔离，还有助于提升数据的安全性，相对无线公网的“软”切片，可以采取更严格的“硬”切片技术，这样不仅要求对网络组网架构进行调整，而且要求对业务数据进行更精准的标识，所以从网络架构设计到端到端不同业务数据的流转，从无线频率的规划使用到核心网的分区而治，从通道隔离到处理板的分工，均需要详细设计。安全隔离设计严格遵守“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则，基站应通过独立的时频资源、基站传输单板/端口为特定业务提供专线通道，满足不同安全大区业务物理隔离的要求。

（二）规划5G无线网络分布式基站

在分布式基站的基础上规划5G无线网络时，相关人员应设计基本的规划方案，该计划方案主要指的是通过利用射频处理单元和基带处理单元对网络基站模式进行构建，从而为5G无线网络的建设工作奠定基础。在分布式基站基本规划方案中，主要是将基带处理单元设置在机房内部，将射频处理单元设置在机房外部，这里需要注意的是，射频处理单元要在覆盖区域内，进而能够通过铁塔以及天面等保证射频处理单元的稳定运作。通过这种布置方式，能够使射频处理单元能够统一实现射频滤波与放大，还能够进行变频处理，并且，通过设置馈线还能够与天线进行连接。这意味着，相较于其他基站，通过按照该方法建设5G无线网络能够有效提升分布式基站对频谱的利用效率，从而达到高频谱的利用目的。通过将基带处理单元统一放置在机房内部，能够有效实现信息数据传输、处理基带信号以及主控信号等功能。但是，该设置方案具有两个问题，第一个问题是：在将射频处理单元设置在机房外部、将基带处理单元设置在机房内部，运维成本得到了增加，且需要较强的风险管控能力；第二个问题是：给信息数据的传输接入方面提出了更高的要求。这主要是因为5G无线网络不同于3G和4G，该网络技术对带宽和容量具有更高的要求，这造成在以分布式基站为基础构建5G无线网络时，对信息数据的传输管道的性能提出了更高的要求。

（三）网络切片管理

网络切片管理应该考虑本行业的终端和服务器系统，针对分布式电源调控进行调整。可以应用网络功能虚拟化管理机制（MANO）提供管理方式，如虚拟资源的分配、上报和硬件故障报警等。网络切片管理由业务管理层、切片管理层和切片子网管理层组成。网络切片管理还将实现网络功能虚拟化所需操作，包括电力业务通讯顶层设计、工作票准备、网络配置、保护激活、实时监控、自动上传报告、参数修改以及工作终止等业务操作，实现业务全生命周期管理。

（四）安全性分析根据相关分析

基站服务中断现象中，50%与电源室相关的。对于2G、3G语音业务为主的移动通信系统，小范围的网络中断，影响的仅仅是语音业务或者少量的数据业务，相对属于可控范围之内；5G业务面对eMBB（移动增强宽带）、mMTC（海量物联）和uRLLC（高可靠低时延连接）三大应用场景，一旦电源中断，将导致移动支付、虚拟技术、人工智能等等万物互连的影响，将大面积影响工业生产、社会生活等等严重社会后果，带来的损失将无法估量。因此，5G基站建设中的电源安全可靠性，将是重点考虑的关键因素之一。

三、结束语

基站电源等基础设施的配置，是电源新设备技术应用的重要创新延伸。5G移动通信网络建设，需要大规模的基站网络部署，以满足高频率通信、大容量接入和高速率移动需求。现有网络切片技术、分布式基站、安全性等基础设施上做好规划和创新设计应用，是当前的一项重要任务，也是取得经济效益和社会效益的重要手段，我们有责任有义务做好这项基础工作，以促进5G通信在电力系统的应用。