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2020/1/8 10:09

大唐移動5G智能電網端到端切片解決方案

C114通信網  

一、概述

5G作為當前移動通信技術的最新發展方向,其eMBB,mMTC和URLLC三大典型應用場景,將實現真正的“萬物互聯”,為移動通信帶來無限生機。智能電網作為新一代電力系統,具有高度信息化、自動化、互動化等特點,而電力通信網作為支撐智能電網發展的重要基礎設施,保證了各類電力業務的安全性、實時性、準確性和可靠性要求。目前隨著大規模配電網自動化、高級計量、分布式能源接入、用戶雙向互動等業務快速發展,各類電網設備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發式增長,迫切需要構建安全可信、接入靈活雙向實時互動的“泛在化、全覆蓋”電力通信網,5G網絡所具備的優越性能,可以更好地滿足智能電網業務的安全性、可靠性和靈活性需求,實現差異化服務保障,提升企業效率和供電可靠性,使得電網更堅強。

電力通信網作為支撐智能電網發展的重要基礎設施,保證了各類電力業務的安全性、實時性、準確性和可靠性要求。其主要由大容量、安全可靠的光纖骨干通信網和支持多業務靈活可信接入的配電通信網,經過多年建設,35kV以及部分10Kv電網通信網已具備完善的全光纖網絡和可靠高效的數據網絡,光纖資源這些區域廠站、自有物業辦公場所/營業所全覆蓋。但是在配電通信網側,采用全光纖覆蓋建設成本高、運維難度大,當前公網承載能力有限,難以有效支撐配電網各類終端可觀可測可控。當前隨著我國能源清潔低碳轉型的深入推進,可再生能源大規模開發利用,分布式能源、儲能、電動汽車等交互式能源設施快速發展,各種新型用能形式不斷涌現;必須發展泛在電力物聯網推動電網向能源互聯網升級,以數字技術為傳統電網賦能,有力支撐各種能源接入和綜合利用,持續提高能源效率。有線+5G無線通信的技術方案是建設智能泛在電力物聯網的有效方法。

二、解決方案

大唐移動智能電網5G解決方案,采用可靈活部署的5G網絡切片+邊緣MEC節點的整體解決思路;根據電力傳輸數據保密和安全性要求,可采用運營商公網切片部署方案,亦可采用獨立建設5G專網專用部署方案;運營商公網切片方案指的是運營商根據電力企業的業務需求,在5G公網內劃分物理或邏輯隔離的5G端到端網絡切片資源,用于承載電力企業數據和業務,做到公網專用;獨立5G專網專用方案指的是運營商為電力企業建設5G專網,建設的5G專網僅可為企業所專用,其他用戶無法接入該網絡,用于滿足電網企業數據的安全性和隔離性需求。

針對公網專用和專網專用方案,可進一步劃分不同的切片,以滿足電力業務的差異化需求,如對差動保護、精準負荷控制等低時延場景,可部署uRLLC網絡切片,滿足其對毫秒級通信時延需求;對高級計量、分布式電源、泛在電力物聯網等大連接場景,建設mMTC切片,滿足其大連接數和采集信息傳輸的需求;對電力高清語音通信,變電站機器人巡檢監控、電力應急多媒體調度指揮、遠程培訓和指導等業務場景,部署eMBB網絡切片。

大唐移動5G智能電網解決方案安全體系主要包括終端、網絡和業務三個層次,業務層面主要是電力業務系統,根據電力行業及國家相關要求,電力生產控制類業務通過5G公網進入電力業務平臺前,將接入安全接入區,進行必要的網閘隔離。5G智能電網安全手段,重點聚焦在網絡和終端側。在采用5G專網時,整個網絡采用5G SA獨立組網模式,網絡屬于電力企業所獨有,核心網同時支持用戶面和控制面功能,企業的生產信息流在通過5G網絡傳輸時,局限在電力企業指定地域內部,從而保證其傳輸的信息數據是安全性。當采用公網切片方案時,根據電力業務需求,可對保密性要求較高的業務(如一二區實時監控類業務),采用物理隔離的網絡切片承載,下沉部署UPF,使得保密要求嚴格的數據落地企業內部,從而保證網絡的安全性;同時通過3GPP統一的認證框架,多層次網絡切片安全管理,提升網絡的安全性。

在終端側主要利用5G網絡所提供的統一的認證框架、密鑰管理的新功能進-步提升終端側的安全管理能力。

(1) 5G終端和5G核心網的雙向鑒權,保證終端接入的合法性以及接入的網絡合法性。5G網絡采用一種統一的認證框架,實現靈活并且高效地支持各種應用場景下的雙向身份鑒權,進而建立統一的密鑰體系。

(2)終端信令和數據采用5G信令的完整性保護算法、數據加密算法,防止竊聽。

大唐移動5G智能電網解決方案為電網企業提供了一種更優的無線解決方案。可為電力企業提供差異化、安全可靠的“行業專網”服務,實現智能電網低成本、快速便捷、安全可靠的無線通信接入承載及更自主可控的網絡管理能力。

三、應用場景

大唐移動5G智能電網解決方案可應用到場景包括:智能分布式配電自動化、差動保護、精準負荷控制、電網巡檢和綜合監控、高級計量、語音和應急多媒體。

(1)分布式配電自動化

主要是通過5G的高可靠傳輸特性,快速完成配電環節數據和指令交互,并通過5G的廣覆蓋解決海量終端與主/子站連接問題。

其場景主要用于配電網日常檢測和供電可靠性環節;分布式配電自動化主要是配電網三遙業務,包含遙信(設備狀態的監視)、遙測(被測變量的測量值)和遙控(改變運行設備狀態的指令)。在電網中各類配電智能XTU(包括DTU、FTU、TTU等)設備與配電主站之間通過5G網絡進行通信,上行傳輸遙信狀態和遙測數據,下行傳輸遙控指令;

(2)差動保護

差動保護把被保護的電氣設備連同其線路看成是一個節點,正常時流進被保護設備的電流和流出的電流相等,差動電流等于零。當設備或線路出現故障時,流進被保護設備的電流和流出的電流不相等,差動電流大于零。通過對差動電流進行判斷,進行線路和設備保護;采用5G網絡的差動保護主要用于分布式新能源和配電網之中。

目前的差動保護主要采用光纖網絡時間,是通過光纖將傳輸輸電線兩端的電氣量,從而進行比較以判斷故障范圍,實現故障的精準隔離。但35kv以下配網未實現光纖覆蓋,且部署場景復雜多樣,通過5G低時延和高可靠,可代替光纖網絡完成差動信息在電網智能終端之間的傳輸,通過對比電流等參數變化,就地執行跳、合閘操作,實現故障隔離及恢復功能。

(3)精準負荷控制

傳統配網由于缺少通信網絡支持,通常只能切除整條配電線路。通過精準控制,優先切除可中斷非重要負荷,例如電動汽車充電樁、工廠內部非連續生產的電源等。

通過5G的低時延、高可靠傳輸,可快速將配電環節電網負荷信息反饋到控制中心,按照用電客戶重要性,進行快速負荷切換,提升供電可靠性。

(4)電網巡檢和綜合監控

電網中的高壓配變電站、高壓輸電線路、危險地域、人員不易抵達地域采用機器人、無人機等方式攜帶高清攝像機或專業設備,通過5G無線網絡可將現場采集的視頻實時回傳至分析中心,代替人工方式對危險地域的電網進行信息采集,并通過綜合分析減小險情,在提升效率的同時提升電網可靠性;

大唐移動智能電網解決方案中,針對電網巡檢和綜合監控,采用智能巡檢機器人/無人機來替代變電站原有的人工巡檢,利用智能巡檢機器人的自主/手動巡檢、紅外測溫、圖像識別、視頻監控、環境參數監測等功能,對變電站進行全天候的巡檢和數據測量,以保障機器人在變電站內能夠及時發現設備外部和內部的安全隱患,形成報表和告警信息,提醒工作人員及時處理。在發生異常緊急情況時,巡檢機器人還可以作為移動式的監控平臺,由人工手動控制到指定位置,查看設備情況,及時查明設備故障,減低人身安全風險。

該場景主要是通過5G的大帶寬、高可靠特性,將輸變電線路、變電站高清視頻傳輸到電網,按照用數據分析中心,進行綜合分析,進行險情預判和處理,提升電網堅強性。

(5)高級計量

當前電網主要采用低壓集抄方式進行用電信息采集,采集頻率低,數據量小;為更有效地實現用電削峰填谷,實現用戶雙向互動營銷模式,支撐更靈活的階梯定價,未來計量間隔將從現在的小時級提升到分鐘級,每個終端的數據量將達到Mbps,從而達到準實時的數據信息反饋;同時在產業技術的推動下,未來智能電表,智能插座等直采方式將逐步推廣,終端連接數量和目前相比將有50-100倍的提升。

高級計量就是各類智能電力終端通過5G網絡進行通信,傳輸用電數據。

其主要是通過5G大連接特性將海量電表數據反饋到電網子站/主站,并通過廣泛覆蓋的特性解決復雜環境中,部署的應用終端連接問題。

(6)語音和應急多媒體

5G可為應急通信現場多種大帶寬多媒體裝備提供高帶寬回傳能力,支撐電力應急現場高清視頻通信、語音通信、集群通信、多媒體指揮調度等業務。

通過融合無線網關、5G應急通信車,采用5G大帶寬和邊緣特性,利用5G無線公網,實時變電站等應急場所高清視頻回傳,開展遠程協商,高效監控現場狀態,為決策提供依據。

大唐移動5G智能電網解決方案提供了一種電網更優的無線解決方案。對于電力企業,利用5G網絡為電力業務提供差異化、安全可靠的“行業專網”服務,實現智能電網低成本、快速便捷、安全可靠的無線通信接入承載及更自主可控的網絡管理能力。對于電信運營商,智能電網應用是5G解決方案的典型,通過5G 智能電網解決方案可逐步完善5G網絡的建設規劃,并為5G在其他行業的進行應用探索并提供推廣經驗。

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寫得不太好

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