5GDN配电网应用关键技术及组网架构研究_崔俊彬.pdf
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1、电网技术GRID TECHNOLOGY5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5GDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDNGDN配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研
2、究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组
3、网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究配电网应用关键技术及组网架构研究崔俊彬1,王天祥2,张家驹1,纪春华1(1.国网河北省电力有限公司信息通信分公司,河北 石家庄 050000;2.国网河北综合能源服务有限公司,河北 石家庄 050000)摘要:目前我国配电网通信主要采用有线通信技术,有线通信存在扩展性差、覆盖率低、建设成本高等问题,随着新型电力系统建设工作推进,无线通信在配电网中的大规模应用已成为必然,5G网络作为最新一代的移动通信技术,其通道安全确定,同时兼具大带宽、低时延、广连接等特点,这些特点与现有配电网及未来规划中
4、的配电网都具备十分高的契合度,文中首先对配电网特点进行了分析,结合配电通信网络现状与发展趋势,讨论和阐述了 5G 技术在配电网应用可行性和主要优势,指出 5G 技术在配电网应用中涉及的关键技术和组网架构。关键词:配电网;5G关键技术;5G组网架构中图分类号:TM 64文献标志码:B文章编号:1006-348X(2023)03-0046-050引言配电网是我国城市供电的最主要部分,是中国城市规划内连接供电企业与终端用户之间的最主要结点,其安全和可靠性与城市主网比,配电网仍显脆弱和经济发展水平比较落后。但由于城市供电系统的智能化技术发展目前重点仍集中在城市核心区,大规模、系统化还做不到,应用性较强
5、的能力也亟须进一步提高。同时,随着应用侧分布式网络架构等新能源技术的逐步并网,再加上城市供电系统网络中缺乏内部资源和外部环境间的有效互动与联系,使得新能源吸收到技术发展和城市供电的平稳运转之间的矛盾也日益突出1。在配电网潮流计算业务“最后一公里”的安全可靠接入上,无线技术成为了快捷、灵活部署的最好方式。而 5G 是新型无线通信技术,具有高带宽、低时延、强连接的特性,与配电网潮流计算通信要求高度结合,5G技术对于新型电力系统下的智能配电网建设具有积极的推动作用。1配电网通信技术需求分析随着新型电力系统建设,我国电力系统逐渐向科技性、智能化将得到长足发展,提升配电网系统的时效性、互动性是其中的关键
6、步骤。配电网系统运行中对各种数据与信号传输利用十分重视,提升数据与信息传送的时效精准,是提升配电网稳定运行的核心所在。目前,电力系统配电网典型业务场景可分为控制、采集两大类2,分别包括以下场景:1)控制类。典型应用场景包括分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调节等。随着精确控制、分布式能源接入等业务的发展,主站系统逐渐下沉,更多地本地就近控制,与主网需要控制联动,时延需求将达到毫秒级;2)采集类。典型应用涉及低压集中读取、智能电网大型视频站内外应用等,未来采集对象将更加多媒体和深入的用户行为分析;收集的内容将倾向于视频和高清;采集频率也会趋于准确和实时,从单向往收稿日期:2022-
7、11-17基金项目:国2021年到2022年国网河北省电力有限公司科技项目(5204XA20004K)。作者简介:崔俊彬(1989),男,硕士,工程师,主要研究方向为电力通信规划、建设运维及新技术应用。462023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023双向交互发展。各类型配电网典型应用场景通信需求如表 1所示。表1配电网业务通信技术需求指标表业务名称控制类采集类业务类型智能分布式配电自动化精准负荷分布式能源调控低压集抄电站巡检机器人配电线路无人机巡检配电房视频综合监控移动作业施工现场作业管控应急现场自组网综合应用通信需求时延15ms200ms采集类3s
8、控制类1s3s200ms带宽2Mbps10Kbps2Mbps2Mbps1 Mbps2Mbps4 Mbps10Mbps20 Mbps100Mbps可靠性99.999%99.999%99.999%99.999%视频200ms控制100ms99.9%安全隔离生产控制大区I区生产控制大区I区综合包括I、II、III区业务管理信息大区III区管理信息大区III区连接数X10个/km2百万千万级集抄模式X100个/km2下沉至用户后增长50100倍集中在局部区域12个局部区域510个随着新型电力系统概念的提出,现有配电网通信技术可扩展性受限、覆盖面积不足、接入能力有限、建设陈本高昂等问题日益凸显,无线通信
9、在配电网中的应用日益迫切。电网公司作为大型的行业无线网络应用者,已完成大量电力物联终端通过自建专网与租用公网接入,但受限于无线通信安全、时延、带宽等方面的不确定性,无线通信在配电网中的应用范围十分有限。25G技术配电网应用可行性分析目前配电网通信技术研究主要包括通信网络自主管理、安全承载与灵活接入等方面3。伴随网络通信技术不断升级,相较之前的通信技术,以5G技术为代表的移动网络通信技术,表现出对于多场景配电网业务的适配性,见图1。基于配电网通信现状与未来通信需求,5G技术天然的大带宽、低时延、广连接优势,以及5G技术安全隔离、QoS保障等特征,为5G技术在配电网中应用提供了可能,其在配电网中的
10、应用可行性主要表现在以下方面。图15G与4G-LTE技术性能指标对比2.1通道安全确定配电系统是负责对电力供给与配置的科学规划、精准配送,在配电系统整体运行中安全稳定十分关键。针对业务开展的网络通信是负责对配电各个区域的综合数据采集、处理与传输,在安全方面传统无线通信技术无法满足安全时效性。5G技术在配电网通信应用中主要体现其灵活机动性,其自身的安全网隔离网络切片技术可完成逻辑隔离,并具有一定的环境适应性,核心网、无线网中均可应用安全网隔离网络切片技术,其特点如下:1)网络功能自主制定,通过其虚拟技术应用对网络功能进行灵活设定,可实现与应用场景与实际需求的整体配合。2)资源全动态配置,待完成切
11、片网络后,可进行全面网络资源释放,在调整方面具有较强的灵活效应,对相关网络资源的科学利用具有价值性推动作用。3)通道资源隔离,经分析后发现,5G技术自身的切片技术具有隔离效果,即安全隔离。在网络资源隔离中可对其不同切片的网络资源进行壁垒构建,也包括对私有数据的有效隔离,通过安全隔离全面巩固整个网络系统的稳定性。同时5G技术的安全效能还体现在多方面,如电力终端保护、密钥保护等。2.2网络低时延配电网运行控制过程中所需的通道时延要求低于 15 ms,4G 网络在轻负荷下的理想延时只能达到40 ms,不能满足配电网运行中纵向差动保护和区域保护的延时要求。相对来说,5G网络中所采用的边47电网技术GR
12、ID TECHNOLOGY缘计算技术促使网络系统中的网关得到下沉式部署,缩短了用户与边缘计算之间的距离,提高本地流量处理和逻辑运算效率,进而将端对端之间的通信时延控制在10 ms以内,满足配电网运行控制的实际需求。2.3网络大带宽根据现行规定中要求配电网低压采集每帧采样长度应控制在169226 bit,基于每周波80点的采样值进行计算分析,可以最终确定具体配电网运行过程中的单终端数据传输速率约为5.47.2 Mbps,以4G技术为例,最佳传输速率可达20100 Mbps,目前尚能满足通信需求,然而随着新型电力系统建设,配电网低压采集将下沉到户,采集数据量将上涨50100倍,带宽需求将飙升至10
13、0 Mbps甚至1000 Mbps,4G技术已经无法满足带宽需求。5G技术的最高数据传输速率可达可20 Gbps,对于未来配电网具有天然带宽适配性。2.4低速率海量连接配电网具有点多面广、海量设备实时监控、信息双向交互频的特点,现有4G单位面积终端接入能力为10级,5G技术的单位面积用户容量提升了10倍,未来分布式能源调度的终端接入需求将达到单位面积100万级,根据现行统计分析,5G技术可以支持单位面积100万级的设备连接数量,该特征为未来新型电力系统中给配电网海量物联终端的接入夯实了基础。35G技术配电网应用关键技术及组网架构3.15G技术配电网应用关键技术5G技术相较于之前的移动通信技术,
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