5G通信与泛在电力物联网的融合:应用分析与研究展望王军

王军杜娟

国网山西省电力公司忻州供电公司山西省034000

摘要：泛在电力物联网是物联网在电力行业的一种具体表现形式，是互联互通的电力网与通信网深度融合的产物，是实现能源互联网的重要举措。第五代移动通信(5G通信)因具有高带宽、低时延、低功耗等优势，受到各行各业青睐，也将于泛在电力物联网深度融合。

关键词：5G通信；泛；电力物联网；融合；应用；研究展望

引言

作为新兴的网络互连技术，物联网技术为各种物品与网络之间架起了互连的桥梁，在电力系统中，电力用户之间以及电力用户与电网公司之间的关系是最为主要的两种关系，而通过物联网与电力系统的融合能够把它们联系在一起，实现了网络数据的互联，提升了电力系统运行的时效性。

1泛在电力物联网概念

电力系统为迄今为止世界上最复杂的人造系统。电网安全、经济、可靠运行的需求与日俱增。推进电网信息化智能化的升级已成为世界各国共识。美国能源部发布的“Grid2030”远景规划明确提出在电力装置等基础级集成传感器与控制装置，实现“源－网－荷”通信网络无缝连接，进而实现信息共享与互操作，全面提升电力系统的安全运行能力和资产管理、供电服务水平。欧盟委员会制定的“欧洲电网倡议”提出，电网的角色是电力用户与运营商间的服务网，倡导依托先进的信息通信技术与广泛分布的电力终端，整合多样的可再生能源装置，提升能源管理智能化水平和用户参与积极性。

日本、韩国等国家则强调电力网络与信息网络的深度融合，例如日本“DigitalGrid”以及韩国“绿色电力IT”项目，旨在通过在发电站、输配电设备和智能家居全面集成传感器，实现电网信息化升级，支撑电力设备状态监测、信息化能源管理等高级应用。我国国家电网有限公司在2019年1月17日明确提出建设“三型两网”世界一流能源互联网企业的战略目标，打造“枢纽型、平台型、共享型”企业，建设“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。同年3月8日，该公司又专门召开泛在电力物联网建设部署会议，加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施，提出到2024年全面建成泛在电力物联网。国家电网有限公司对“泛在电力物联网”的定义:将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理与高级电力应用实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。

2支撑泛在电力物联网的5G通信

2.1移动通信技术发展历程

移动通信技术在近几十年来得到了长足发展，也发生了革命性的变化。第一代(1G)通信技术主要使用FM调频技术，传输模拟信号，开始应用于实现远程无限通话；随着集成电路等的发展，第二代(2G)通信技术应运而生，该技术不再传输模拟信号，而是数字信号，提升了通信的抗干扰性能，各种信息服务开始出现，这是通信技术一次质的变化。第三代(3G)通信技术和第四代(4G)通信技术在2G通信基础上进一步提升了网络传输速度：3G通信从真正意义上带来了整个移动互联网；而目前使用的4G通信，网络速度得到极大提升，进一步推动移动互联网发展，手机不再局限于通话短信，数据传输显得更为重要，为物联网的发展创造了想象空间。移动通信技术的每一代革新都在移动通信性能、通信速度等有较大的提升，都会给这个社会带来全新的变化和机遇。5G通信时代已经到来，2016年已经开始了5G通信标准的制定工作，并于2018年结束，2019年被成为5G通信的元年，我国预计在2020年将实现5G通信的规模商用。

2.25G通信基本特征

1）高速率。5G通信速率包含峰值速率、区域速率和边缘速率三方面指标，峰值速率是指最好条件下的最大速率，要求不低于20Gbps；区域速率是指通信系统同时支持的总速率，一般用单位面积速率描述，较4G通信将提升1000倍以上；边缘速率(5%速率)是指最差的5%分位数用户获取的通信速率，一般要求在100Mbps和1Gbps之间。电力服务面广，需要采集包括系统实时量测数据、视频监控数据等在内的海量数据，高速率为海量数据传输提供强有力支撑。2）高容量。传统4G通信所连的终端数量有限，一般以手机为主，而5G通信能够连接海量设备，每平方公里可以支撑100万个移动终端，包括家用电器、各种穿戴设备等，为真正实现电力系统中的万物信息互联提供了巨大的想象空间。3）高可靠性。5G发送一个32字节的第2层协议数据单元的成功概率需要高达99.999%，电力通信可靠性也将有效提升电力系统本身可靠性。

3研究展望

3.1“5G通信网–电力网”联合仿真

电力仿真是电力系统分析的重要手段，能够帮助判断未来电力系统运行状态，判断提出的方案是否存在不安全、不可靠等潜在的风险。目前针对电力系统仿真，国内外厂家面向不同应用开发了多元化的电力系统仿真软件，例如PSCAD等；在通信领域，为了保证通信系统的安全可靠运行，在系统规划或运行之前可需要进行仿真分析，例如OPNET等。未来的泛在电力物联网是电力网络与通信网络进一步深度耦合的系统，对整个泛在电力物联网的分析需要开展5G通信网与电力网的联合仿真，需要研究新的联合仿真方法与软件系统，或者打通不同仿真软件接口，深入分析5G通信网与电力网之间的相互影响，分析某一个网络扰动对自身网络以及另一网络的影响与互动机理。

3.2“5G通信网–电力网”联合优化

5G通信系统虽然单位功耗低，但是由于未来通信量急剧增加，所以5G通信系统功耗可观。泛在电力物联网需要为分散的不同型号的5G通信基站提供可靠的电力保障，也意味着通信网络与电力网络能够开展能量上的交换，实现供需互动，存在5G通信网与电力网的联合电力流优化控制与规划的可能性。此外，5G通信虽然能实现万物互联，但是电力系统可能存在薄弱的部分，或者对通信需求较大较高的地方，此处的通信系统可能需要进一步加强，所以也需要结合实际开展5G通信网与电力网的联合信息流优化控制与规划的研究。

3.3“5G通信网–电力网”安全与隐私

5G通信虽然具有“三高两低”的优势与特点，但万物互联也给通信安全与隐私带来了挑战。5G通信的建设与实施也将充分考虑未来信息安全挑战。而对于泛在电力物联网而言，信息安全与隐私显得尤为重要。例如电力系统中有些数据关乎电网安全稳定，具有较高的安全级别，需要设置较高的保密级别；又如用户用电数据关乎用户隐私，在数据传输和交换过程中，需要对不同的对象设置不同的数据获取权限，在保护不同参与主体隐私的情况下实现数据共享。总之，未来泛在电力物联网将采集传输海量数据，需要界定好数据密级，明确好数据归属，赋予好数据权限，实现5G通信网与电力网的安全与隐私。

结语

2019年是泛在电力物联网的元年，为未来能源互联网建设提出了更加明确的目标；2019年也是5G通信规模化商用揭开序幕的一年，5G通信将重塑未来生活方式，也将重塑“物理–信息–社会”深度耦合的电力与能源系统。

参考文献

[1]邓鹏，陈金鹰，陈俊凤.基于5G的物联网应用研究[J].通信与信息技术，2017（06）：37~38.

[2]董健康，赵建平，耿宏.下一代移动通信的思考[J].移动通信，2017（10）：64~65.

[3]马俐.浅谈基于5G技术的物联网应用研究[J].数字通信世界，2018（03）：195~196.