5G技术在智慧新能源中的应用

刘德君

（青海黄河上游水电开发有限责任公司电力营销中心，青海 西宁 810000）

1 智慧能源与5G技术结合的意义与发展要求

1.1 智慧能源与5G技术结合的意义

利用5G技术，结合大数据、人工智能等数字技术，可以改变电力企业垂直行业核心业务的运营方式和作业模式，全面提升运营效率和智能化决策水平。同时，5G技术有助于清洁能源的智能化管理和企业社会价值的提升。

1.2 智慧能源与5G技术结合的发展要求

1.2.1 安全可靠

《电力监控系统安全防护总体方案》（国能安全〔2015〕36号）中要求电力工控系统安全防护需满足安全分区、网络专用、横向隔离以及纵向加密4大要求[1]。由于电网调度遥控需求，场站内通信时延要求在30 ms以内，可靠性要求达到99.999%。对此，一方面应有统一、灵活以及可伸缩的5G网络安全架构来构建“三横一纵”的端到端安全体系，打造覆盖5G基础设施、网络、业务和管理的全域安全能力，以满足不同安全级别的需求。另一方面，5G网络切片应提供不同业务场景的差异化专网服务。5G网络切片可提供端到端、多种灵活手段、“逻辑+物理”的QoS保障能力；端到端网络切片可以完全专用，也可以共享组成部分（无线、传输、核心网等），在SLA层面满足垂直行业应用差异化服务的需求。

1.2.2 经济协同

通过遥测、遥信、遥控以及完成智慧测量、智慧监控、智慧调整以及智慧视频。与前期的无线通信制式相比，5G三大业务特性催生新的生产管理方式有质的提升，可助力能源生产，实现远程管理和控制，加速“机器换人”[2]。

1.2.3 降本增效

5G边缘计算实现内容、应用与计算的下沉，可兼顾业务时延和计算能力等需求，分场景灵活选择MEC部署位置，降时延省成本；推动互联网、大数据、人工智能和能源系统深度融合，打通能源生产、输送、储存、消费各环节，使能源更智慧，实现优化生产、远程集控、智能巡检以及智能运维[3]。

2 5G智慧能源发展现状

联合国家电力投资集团有限公司（简称“国家电投”）在江西光伏电站成功完成全国首个基于5G网络的、多场景的智慧电厂端到端业务验证，通过中国移动超大带宽、超低时延、超高可靠的5G网络，成功实现无人机巡检、机器人巡检、智能安防以及单兵作业4个智慧能源应用场景，打造无线、无人、互联、互动的智慧场站，这是5G技术在智慧能源行业应用的重要突破。

2.1 机器人巡检

2.1.1 业务场景描述

利用5G大带宽技术，实现5G网联机器人多路巡检视频及各种传感信息（红外、温感、湿感、辐射）综合回传，以及集控中心远程操控作业。

2.1.2 5G应用价值

替代现有WiFi+专线方式，扩展机器人巡检范围，实现5G网联机器人百兆级巡检视频回传、百毫秒级远程控制。

2.2 无人机巡检

2.2.1 业务场景描述

利用5G大带宽技术，实现5G网联无人机巡检视频图像实时高清回传，以及集控中心远程操控作业。

2.2.2 5G应用价值

替代现有WiFi+专线方式，扩展无人机巡检范围，实现5G网联无人机百兆级巡检视频回传、百毫秒级远程控制。

2.3 智能安防

2.3.1 业务场景描述

利用5G大带宽技术，通过全景鹰眼摄像头连接5G CPE模组，实现场站全景高清视频的实时监控及综合环控。

2.3.2 5G应用价值

替代现有专线方式，实现百兆级监控视频回传。

2.4 单兵作业

2.4.1 业务场景描述

利用5G大带宽技术，通过智能穿戴设备连接5G CPE模组，实现智能穿戴设备百兆级以上音视频的实时回传和人员定位。

2.4.2 5G应用价值

替代现有4G/WiFi方式，实现音视频和人员定位信息实时回传以及远程作业指导。

3 青海省发电企业场站通信现状与要求

针对青海省发电企业场站生产环节现状及痛点，本文开展了5G智慧能源应用示范项目交流。现以全球最大的青海省海南州共和县光伏发电基地为例开展进一步探讨。

3.1 通信现状

生产对无线通信有需求，之前曾探索过专网、4G、WiFi等多种方式，但由于以往无线通信方式无法满足电力生产对安全性、可靠性的要求，同时受制于能源局36号令以及电网企业对安全隔离管控的要求，目前生产一、二大区只能用有线方式接入。

3.2 通信需求

（1）要求服务于生产环节的无线网络超低时延、超高可靠；（2）满足上级单位要求的安全隔离——内外网隔离、生产控制大区与其他业务之间物理隔离、各大区内部不同业务之间逻辑隔离；（3）对网络可管可控；（4）光伏电站面积大，希望实现人员、车辆精准定位及管控。整体上，要求服务生产的5G网络安全可靠、可管可控。

4 5G技术助力智慧新能源体系建设的方案探索

4.1 5G智慧新能源电站解决总方案

5G智慧新能源电站解决方案见图1。对于生产控制大区，针对安全隔离要求较高、交换时延要求较高的生产数据，采用5G边缘计算实现核心网下沉场站，数据本地交换。对于管理信息大区，针对非实时、长周期分析的管理数据，可将数据回传至集控中心远程处理，实现远程集控、智能运维、无人值守。

4.2 场站通信管理

新能源场站行业专网如图2所示。

4.2.1 光伏生产类

“旗舰‘定远号’居中，‘镇远号’在右侧护卫旗舰，‘靖远号’‘致远号’在左侧护卫，‘来远号’‘经远号’‘广甲号’‘济远号’‘超勇号’‘扬威号’两两一组，各分左右，排成人字阵型！”伴随着紧张的传令声，荷塘北岸的孩子们认真地握紧手中遥控器，控制着从荷塘北岸缓缓朝南行驶的十艘悬挂黄龙旗的航模舰艇。

利用5G实现场站设备间的无线通信与设备控制，中央控制算法下沉至场站中控室实现生产设备实时遥控，并实现生产控制大区与管理信息大区的安全隔离。

图2 新能源场站行业专网

（1）场站设备遥控采集。5G提供场站全量信息百兆级带宽接入能力及毫秒级信息采集能力，实现中控室到组件、支架、逆变器等生产单元数据遥控及采集，助力精细化生产管理。

（2）集中控制算法下沉。通过5G边缘计算架构实现中央云算法应用下沉到场站中控室，加大数据采集频次和维度，实时调控光伏板支架倾角及逆变器有功无功参数，提升发电量。

（3）生产管理业务隔离。通过5G网络切片技术实现生产控制大区与其他业务的物理隔离，以及各大区内部不同业务之间的逻辑隔离，满足安全隔离要求。

4.2.2 风电生产类

利用5G实现场站设备间的无线通信与设备控制，中央控制算法下沉至场站中控室或风机主控实现生产设备实时遥控，并实现生产控制大区与管理信息大区的安全隔离。

（1）场站设备遥控采集。5G提供场站全量信息百兆级带宽接入能力及毫秒级信息采集能力，实现中控室到风机主控生产数据遥控及采集，不同风机间协同控制。

（2）集中控制算法下沉。通过5G边缘计算架构实现中央云算法应用下沉到场站中控室或风机主控，加大数据采集频次和维度，实时调控风机变频、变流、变桨等相关参数，提升发电量。

（3）生产管理业务隔离，同光伏生产类。

5G方案优势：网络扁平化，有效解决现有光纤环网后适配困扰；降低施工维护成本及电磁干扰影响；提高生产管理效率及数据接入灵活性，拓展应用场景。

4.3 新能源管理

4.3.1 智能巡检

利用5G结合无人机和机器人应用，实现巡检终端视频实时回传及作业远程控制，扩展巡检范围，助力实现无人值守场站。

4.3.2 智能安防

利用5G结合物联网及人工智能，提供全景高清视频监控及综合环控能力，实现人车物精准识别定位，有效防范非法入侵、违规作业等不安全行为。

4.3.3 智能运维

利用5G实现场站设备运行状态采集监控，支撑集中调控、大数据精准分析及诊断应用。

4.3.4 应急指挥

利用5G实现多路高清视频单兵终端同时接入，更全面、详实地掌握现场情况，支撑多媒体的应急调度指挥应用。

5 结 论

本文主要就智慧能源与5G技术结合的必要性、5G智慧能源发展现状、青海省发电企业场站通信现状与要求、5G技术助力智慧新能源体系建设方案探索4个方面进行了具体介绍。通过此次5G智慧能源应用示范项目交流、5G技术在智慧新能源中的应用探究，有望针对新能源生产场景开展更多应用示范，从而达成5G垂直行业应用合作，助力能源互联网发展。