5G通信背景下继电保护技术研究

夏天雷，侯 洋，高佳平

（国网江苏省电力有限公司 常州供电分公司，江苏 常州 213000）

0 引 言

随着5G移动通信技术的不断发展，人们对电网规模化建设的质量提出了更高的要求，在增设电子装置的同时，提升系统的故障承受水平，配合更加可控的通信管理机制促进电网可持续发展。

1 5G通信背景下继电保护技术的应用意义

继电保护技术的应用能最大程度上满足5G通信背景下对信息传输和管理的需求，为供电稳定性和运维管理提供良好的技术支持。若变压器装置的保护动作在故障出现后完成，结合电流和故障能量等特点就会出现故障处理不及时的问题。而借助5G环境下继电保护技术的应用，打造全天候实时性数据采集和分析模式，提高对细微异常现象的分析灵敏度，确保统筹管理的效果最优化[1]。此外，继电保护技术的应用也能满足通信性能的需求，最大程度上提高电力系统运行统筹管理的可靠性，为通信管理效果的优化予以支持，配合5G通信环境更好地升级继电保护的性能结构。相关继电保护设备的性能如表1所示。

表1 相关继电保护设备性能

2 5G通信背景下继电保护技术的具体内容

结合各个电压级别的电力系统开展相关工作，依据电网建设的具体情况，在110 kV及以上级别的线路中配置光纤差动纵联保护和方向性纵联保护。若是出现内部故障，两侧保护均会判定为正向故障，从而开展相关保护动作[2]。内部故障时纵联方向保护原理如图1所示。

图1 内部故障时纵联方向保护原理

与此同时，将5G移动通信技术应用在高压系统中进行5G纵联保护，在关注远程通信延时的同时，利用端对端通信处理机制完成优化处理。

纵联保护技术具备数据同步分析的可用性，尤其是在数字化变电站发展进程中，各个基站之间要借助同类型技术完成协同工作，配合合并单元形成的信息数据就能更好地支持设备的保护管理，避免不稳定现象对其造成影响。站内可以借助时钟有效实现同步采样分析，构建组网传输处理模式，配合以太网交换机完成信号的获取和汇总，并将其直接传递到过程层总线。间隔层的保护设备则只需要进行采样序号的整理，就能更好地提高应用水平[3]。

借助电力线路、加工设备等建立有线通信通道，构建基于载波的线路纵联保护模式，如图2所示。

图2 基于载波的线路纵联保护原理

为了有效避免干扰问题造成的影响，当收信机在出发回路设有门槛电平时，要确保发信功率与总衰耗后收信功率的差值高于门槛电平，并且保留相应的裕度。借助串入衰耗的过程进行评估，若是此时通道、收发机工作依旧维持常态，则退出衰耗正常运行时确保裕度合理即可。

除此之外，要设置光纤通道，利用脉冲编码调制的方式提升通信容量。继电保护光纤通道光源则借助发光二极管（Light Emitting Diode，LED）完成。光纤通道运行原理如图3所示。

图3 光纤通道运行原理

基于5G移动通信技术建立设备保护和基站无线传输模式，从信息数据安全和稳定性出发，注重关注信息真实性、稳定性以及时效性，最大程度上避免误码或信号中断产生的影响。设定相关保护方案后，借助差动计算元件确保电流数据结果分析满足保护标准[4]。若延时超出12 ms，此时就会存在补偿增多的情况，混叠问题较为明显。基于此，要利用非同步命令式保护应用控制方式开展相关工作，针对不涉及动态采样信息的内容获取对侧信息，完成保护动作的启动处理。在系统运行过程中若是存在误码或丢帧现象，就要落实命令式保护操作。借助同步原理开展的保护操作能有效减少误动或拒动现象，在异常后立即闭锁并在延迟1个周波后返回，有效实现差动补偿，为采样点信息和相量分析工作的顺利落实提供保障[5]。

结合5G移动通信技术应用要求可知，纵联保护报文具有一定的延时性、可靠性以及网络宽带应用特性，相关参数内容均满足继电保护的具体需求。结合5G网络传输控制协议和网络协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）传输网络层报文的同时，要借助传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和用户数据报协议（User Data Protocol，UDP）等进行数据分析管理。利用5G移动通信技术进行继电保护资料传输时，会更倾向于以UDP形式呈现，结合运行网络处理，配合帧间距就能完成整体应用工作。

数据传输信息需要纵联差动保护装置予以确认，完成三相电流采样参数、三相电压采样参数、相量参数的采集和传送，及时评估地址码和机密认证字段，最大程度上提高扩展裕度的合理性[6]。除此之外，5G移动通信技术还能对时延抖动予以控制，将其约束在毫秒范围内。运营商、通信装置厂商可采取互联管理模式，利用深层次的资源整合更好地改善抖动问题，最大程度上降低空口误码，并设置传输优先级。

借助边缘计算处理分析方式，更好地维持信息交互接入环节的处理效果，配合纵联保护处理控制机制实现点对点信息管理[7]。最关键的是，保护设备和基站、5G接入环之间利用无线连接的方式处理相关工作，配合网络切片打造虚拟专用网络模式，为信息传输管理控制效能的优化予以保障。在边缘计算的基础上还能完成最优路径的选择，以确保传导延时问题得到有效管理，结合核心网中专网切片控制方式共同提升用户端口的管理效果[8]。

5G移动通信网络中，网络切片技术具有重要的应用价值，能支持数据的实时性隔离处理，最大程度上确保通信过程的安全性和规范性。网络切片架构如图4所示。

图4 网络切片架构

在物理控制中，对设备的传输和资源分配予以管理，最大程度上保证继电保护控制效果满足标准。而在逻辑控制环境中，能实现软隔离和硬隔离。软隔离要借助VLAN和网络切片模块进行标识隔离，有效进行时隙层任务的监管[9]。硬隔离则是利用以太网进行时隙控制，确保5G网络应用约束效果满足预期。

在5G移动通信技术支持下的继电保护模式融合数据加密处理手段，能更好地提升信息传输的稳定性和科学性，有效降低缺陷问题造成的影响，匹配继电保护标准的应用需求。实际操作中，选取适宜的应用层加密处理，结合UDP协议和智能变电站报文模式，在无须考量应用状态的基础上直接完成信息指令的下达和控制，更好地提升系统运行的时效性。除此之外，5G移动通信技术支持即时性指令管理，尤其是继电保护控制环节，报文头利用循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）计算即可，配合哈希摘要计算器报文体就能完成扩展域名的签字，在确保内容完整性的同时，还支持加密控制的安全管理[10]。

3 结 论

5G通信背景下的继电保护技术应用过程中，结合技术要点和应用要求打造全天候实时性数据采集和分析模式，从根本上维持应用效能，保证继电保护技术应用运行管理效果的最优化，为电力系统的可持续发展奠定坚实基础。