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摘要：智能电网是智慧能源的基本保障，是推动我国经济社会协调、可持续发展进程的重要物质基础;本文通过5G网络切片技术来研究变电站的智慧化提升。
5G技术“超高带宽”、“超大规模连接”、“超低时延”的特征契合智能变电站无人机巡检、高清AI监控和高级计量等新型应用场景;通过研究5G网络切片技術在智能变电站中的应用，有利于使能更多的智能电网应用创新，从而建设安全、可靠、高效、环保的现代化电网。
关键词：5G;网络切片;智能变电站
引言：近年来，随着用电信息采集、分布式能源接入、电动汽车服务等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要适用于电力行业应用特点的实时、稳定、可靠、高效的新兴通信技术及系统支撑，实现智能设备状态监测和信息收集。5G技术的出现，极大地契合了坚强智能电网的需求，使泛在物联成为可能，提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全、自由的连接，也将驱动更多新的业务场景。
1 5G技术关键特性
5G网络最重要且显著的特征是它的网络管理，它使得运营商可以基于单个5G网络的物理层构造多张虚拟网络，也称作“网络切片”[1]。5G网络切片提供按需网络定制，业务隔离和自动化运维。客户可以通过差异化SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）协议，按需定制一张虚拟专属网络。以下是5G技术最为显著的特征，它们都可以应用于智能变电站：
1.1 增强型移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB ）
eMBB聚焦对带宽有极高需求的业务，该类型网络切片的特征是其增强型的移动宽带，用户平均移动宽带可达到10Gbit/s，峰值宽带为20Gbit/s;增强型移动宽带不仅可将蜂窝网覆盖至更广阔的地区，并且可带来对巨大数据量的处理性能提升，使得数据传输更高效，成本更低。
1.2 海量机器类通信/大规模物联网（Massive Machine Type Communications ，mMTC）
mMTC覆盖对于联接密度要求较高的场景，该类型网络切片支持连接数密度达100万/平方公里，达4G参考值10倍;这将有效促进物联网规模的扩大，真正实现“泛在物联网”的落地并推动更多移动技术的应用用来处理大型物联网的应用。
1.3 超高可靠超低时延通信 （Ultra-reliable and Low-latency Communications ，uRLLC）
uRLLC聚焦对时延极其敏感的业务，例如自动驾驶/ 辅助驾驶，远程控制等，满足人们对于数字化工业的需求;该类型网络切片空口时延为0.5ms，约为4G参考值的十分之一。
2 5G网络技术在智能变电站中的应用
2.1 基于无人机的电网智能巡检
5G无人机可用于站区高空设备巡检及电力线巡检;传统人工巡视检查线路及设备缺陷的效率较低;另外，输电铁塔、导线、绝缘子等设备位处高空，应用无人机巡查，既能避免高空爬塔作业的安全风险，亦可以360°全视角查看设备细节情况，提高巡视质量。当前4G网络只能支持1K的图传，对于某些细节检查，视频和图片的清晰度明显不足，而5G网络切片技术可实现上行单用户体验速率100Mbps以上，空口时延10ms，将使得实时视频12更加流畅、更加清晰、巡查效果更优。
5G网络的大带宽、低时延实时视频流回传至控制中心，融合AI深度学习能力，快速视频分析实现多手段的目标锁定及实时跟踪监控，控制中心能通过5G网络向无人机飞行控制系统发送控制指令，实现空地巡检一体化，极大地提升传统无人机用于巡视和安防等场景的效率。
2.2 5G高清AI摄像头
5G高清AI摄像头可回传4K/8k高清视频及图片，具备分区侦测、红外侦测、劳保识别、非法车辆/人员入侵警示、双向语音通话等功能。5G技术具有的海量链接的特性也进一步扩大了安防监控的范围，能够为IT系统上智能安防云端提供更多维、更全面的参考数据。而且，5G的高传输率、高宽带、高可靠的特性，使其以更快的速度为云端提供更加高清的监控数据，从而助力安防云端做出更精确、更有效、更快速的安全防范决策。
2.3 智能电表和智能传感器等高级计量技术
5G智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能（当前4G电表以数据上行为主、以小时为单位、频次低、信息粗放）、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。
温湿度传感器、压力传感器、电压电流传感器、距离传感器、红外传感器、噪声传感器、烟雾粉尘传感器、倾斜传感器等已经覆盖了日常生活各种应用场景的边边角角，然而，受限于传统3G/4G等通信技术的限制，传感器的应用呈独立分散和无序的状态。5G技术的支持海量机器类通信特征可真正实现“万物互联”，使企业可充分利用5G带来的数据改进，并实现实时分析。
3 5G技术应用展望
3.1 “共享铁塔”
由于5G基站的建设密度要求高，借助共享电力塔等方式增加基站布局十分必要。共享铁塔即在电力杆塔上加装通信设备，将光缆、通信基站、移动天线等通信设施附属在输电电力杆塔上，使电力通道资源获得再利用和综合利用。共享铁塔不仅充分盘活存量铁塔资源，实现电力铁塔功能延伸，而且显著降低5G基站的建造成本，减少新增通信铁塔基站占用土地资源及其对环境的影响。
3.2 智能分布式配电自动化实现故障毫秒级定位
智能分布式配电自动化是未来配网自动化发展的方向和趋势之一[2]。其特点在于将原来主站的处理逻辑分布式下沉到智能配电化终端，通过各终端间的对等通信，实现智能判断、分析、故障定位、故障隔离以及非故障区域供电恢复等操作，从而实现故障处理过程的全自动进行，最大可能地减少故障停电时间和范围，使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。然而，智能配电化终端的对等通信不仅仅依赖于5G通信技术的进步，还需依赖智能电表、SCADA系统、馈线终端单元以及电子工业等的共同进步来实现。
结论：本文研究了5G“超高带宽”、“超大规模连接”、“超低时延”三种特征网络切片技术在智能变电站无人机巡检、高清AI监控和高级计量等方面的新型应用，有利于全面提升智能电网的运营效率和决策智能化水平等。为“十九大”提出的人民生活更美好、环境更清洁、社会更和谐提供有力支撑;从而推动能源由粗放型管理向精细化转变，真正实现清洁能源替代和电能替代的核心战略的落地。
参考文献：
[1] 王睿，张克落. 5G网络切片综述[J]. 南京邮电大学学报（自然科学版），2018，38（5）：19-27
[2] 何富昌.配电自动化在智能电网中的建设研究[J].科技资讯，2019，13（05）：62-65.
5G技术“超高带宽”、“超大规模连接”、“超低时延”的特征契合智能变电站无人机巡检、高清AI监控和高级计量等新型应用场景;通过研究5G网络切片技術在智能变电站中的应用，有利于使能更多的智能电网应用创新，从而建设安全、可靠、高效、环保的现代化电网。
关键词：5G;网络切片;智能变电站
引言：近年来，随着用电信息采集、分布式能源接入、电动汽车服务等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要适用于电力行业应用特点的实时、稳定、可靠、高效的新兴通信技术及系统支撑，实现智能设备状态监测和信息收集。5G技术的出现，极大地契合了坚强智能电网的需求，使泛在物联成为可能，提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全、自由的连接，也将驱动更多新的业务场景。
1 5G技术关键特性
5G网络最重要且显著的特征是它的网络管理，它使得运营商可以基于单个5G网络的物理层构造多张虚拟网络，也称作“网络切片”[1]。5G网络切片提供按需网络定制，业务隔离和自动化运维。客户可以通过差异化SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）协议，按需定制一张虚拟专属网络。以下是5G技术最为显著的特征，它们都可以应用于智能变电站：
1.1 增强型移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB ）
eMBB聚焦对带宽有极高需求的业务，该类型网络切片的特征是其增强型的移动宽带，用户平均移动宽带可达到10Gbit/s，峰值宽带为20Gbit/s;增强型移动宽带不仅可将蜂窝网覆盖至更广阔的地区，并且可带来对巨大数据量的处理性能提升，使得数据传输更高效，成本更低。
1.2 海量机器类通信/大规模物联网（Massive Machine Type Communications ，mMTC）
mMTC覆盖对于联接密度要求较高的场景，该类型网络切片支持连接数密度达100万/平方公里，达4G参考值10倍;这将有效促进物联网规模的扩大，真正实现“泛在物联网”的落地并推动更多移动技术的应用用来处理大型物联网的应用。
1.3 超高可靠超低时延通信 （Ultra-reliable and Low-latency Communications ，uRLLC）
uRLLC聚焦对时延极其敏感的业务，例如自动驾驶/ 辅助驾驶，远程控制等，满足人们对于数字化工业的需求;该类型网络切片空口时延为0.5ms，约为4G参考值的十分之一。
2 5G网络技术在智能变电站中的应用
2.1 基于无人机的电网智能巡检
5G无人机可用于站区高空设备巡检及电力线巡检;传统人工巡视检查线路及设备缺陷的效率较低;另外，输电铁塔、导线、绝缘子等设备位处高空，应用无人机巡查，既能避免高空爬塔作业的安全风险，亦可以360°全视角查看设备细节情况，提高巡视质量。当前4G网络只能支持1K的图传，对于某些细节检查，视频和图片的清晰度明显不足，而5G网络切片技术可实现上行单用户体验速率100Mbps以上，空口时延10ms，将使得实时视频12更加流畅、更加清晰、巡查效果更优。
5G网络的大带宽、低时延实时视频流回传至控制中心，融合AI深度学习能力，快速视频分析实现多手段的目标锁定及实时跟踪监控，控制中心能通过5G网络向无人机飞行控制系统发送控制指令，实现空地巡检一体化，极大地提升传统无人机用于巡视和安防等场景的效率。
2.2 5G高清AI摄像头
5G高清AI摄像头可回传4K/8k高清视频及图片，具备分区侦测、红外侦测、劳保识别、非法车辆/人员入侵警示、双向语音通话等功能。5G技术具有的海量链接的特性也进一步扩大了安防监控的范围，能够为IT系统上智能安防云端提供更多维、更全面的参考数据。而且，5G的高传输率、高宽带、高可靠的特性，使其以更快的速度为云端提供更加高清的监控数据，从而助力安防云端做出更精确、更有效、更快速的安全防范决策。
2.3 智能电表和智能传感器等高级计量技术
5G智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能（当前4G电表以数据上行为主、以小时为单位、频次低、信息粗放）、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。
温湿度传感器、压力传感器、电压电流传感器、距离传感器、红外传感器、噪声传感器、烟雾粉尘传感器、倾斜传感器等已经覆盖了日常生活各种应用场景的边边角角，然而，受限于传统3G/4G等通信技术的限制，传感器的应用呈独立分散和无序的状态。5G技术的支持海量机器类通信特征可真正实现“万物互联”，使企业可充分利用5G带来的数据改进，并实现实时分析。
3 5G技术应用展望
3.1 “共享铁塔”
由于5G基站的建设密度要求高，借助共享电力塔等方式增加基站布局十分必要。共享铁塔即在电力杆塔上加装通信设备，将光缆、通信基站、移动天线等通信设施附属在输电电力杆塔上，使电力通道资源获得再利用和综合利用。共享铁塔不仅充分盘活存量铁塔资源，实现电力铁塔功能延伸，而且显著降低5G基站的建造成本，减少新增通信铁塔基站占用土地资源及其对环境的影响。
3.2 智能分布式配电自动化实现故障毫秒级定位
智能分布式配电自动化是未来配网自动化发展的方向和趋势之一[2]。其特点在于将原来主站的处理逻辑分布式下沉到智能配电化终端，通过各终端间的对等通信，实现智能判断、分析、故障定位、故障隔离以及非故障区域供电恢复等操作，从而实现故障处理过程的全自动进行，最大可能地减少故障停电时间和范围，使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。然而，智能配电化终端的对等通信不仅仅依赖于5G通信技术的进步，还需依赖智能电表、SCADA系统、馈线终端单元以及电子工业等的共同进步来实现。
结论：本文研究了5G“超高带宽”、“超大规模连接”、“超低时延”三种特征网络切片技术在智能变电站无人机巡检、高清AI监控和高级计量等方面的新型应用，有利于全面提升智能电网的运营效率和决策智能化水平等。为“十九大”提出的人民生活更美好、环境更清洁、社会更和谐提供有力支撑;从而推动能源由粗放型管理向精细化转变，真正实现清洁能源替代和电能替代的核心战略的落地。
参考文献：
[1] 王睿，张克落. 5G网络切片综述[J]. 南京邮电大学学报（自然科学版），2018，38（5）：19-27
[2] 何富昌.配电自动化在智能电网中的建设研究[J].科技资讯，2019，13（05）：62-65.