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“5G+數(shù)字電網(wǎng)”是世界一流電網(wǎng)亟需掌握的核心技術(shù)

沃e能源發(fā)布時(shí)間:2020-11-04 09:28:27

  當(dāng)前,5G正在悄然潛入千行百業(yè),用自身巨大的能量來給各行各業(yè)帶來更多價(jià)值。同時(shí),以特高壓為代表的電力網(wǎng)絡(luò)也正加速向數(shù)字化轉(zhuǎn)型,那么“5G+數(shù)字電網(wǎng)”將會(huì)帶來哪些巨變呢?近日,在華為全聯(lián)接大會(huì)2020的5G激發(fā)行業(yè)新價(jià)值峰會(huì)上,南方電網(wǎng)總調(diào)通信處處長洪丹軻分享了南方電網(wǎng)“5G+數(shù)字電網(wǎng)”融入新基建的應(yīng)用實(shí)踐。

  南方電網(wǎng)成立于2002年12月,供電范圍包括:廣東、廣西、云南、 貴州、海南五省區(qū),并與越南、泰國、緬甸、老撾等國家、地區(qū)電網(wǎng)相聯(lián)(其中香港地區(qū)超過25%用電量和澳門地區(qū)超過90%的用電量,都是由南方電網(wǎng)公司供應(yīng))。供電面積超100萬平方公里,供電人口達(dá)2.54億,占全國人口18.2%。同時(shí)2018年,南方電網(wǎng)正式成為3GPP全權(quán)會(huì)員代表(這里已經(jīng)隱含著南方電網(wǎng)要用好5G,邁向智能化的格局)。

  洪丹軻介紹說,電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢是安全、可靠、綠色、高效,包括,實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)各環(huán)節(jié)信息流、能量流及業(yè)務(wù)流貫通;服務(wù)發(fā)電側(cè)主動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行需求、負(fù)荷側(cè)主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié);綜合調(diào)配能源的生產(chǎn)和消費(fèi),滿足新能源開發(fā)和多元用電需求;促進(jìn)電力系統(tǒng)整體高效協(xié)調(diào)運(yùn)行。南方電網(wǎng)要努力實(shí)現(xiàn)清潔友好發(fā)電、安全高效輸變電、靈活可靠配電、多樣互動(dòng)用電的目標(biāo),為適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢,南方電網(wǎng)提出向智能電網(wǎng)運(yùn)營商,能源產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈整合商和能源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)商轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo),把數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為公司發(fā)展的戰(zhàn)略路徑之一。

  為了適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢,南方電網(wǎng)正在積極推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢主要包括以下四點(diǎn)。

  首先,“新能源、新業(yè)務(wù)”的大規(guī)模接入。新能源包括太陽能、風(fēng)能、分布式儲能等;新業(yè)務(wù)包括充電樁、智能家居、網(wǎng)荷互動(dòng)、遠(yuǎn)程診斷等;新需求包括狀態(tài)監(jiān)測、泛在感知、閉環(huán)控制等。

  其次,“控制”由局部向全域拓展。如今電源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化,電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力難度陡增;長距離、大容量、交直流混聯(lián),電網(wǎng)穩(wěn)定形態(tài)更加復(fù)雜;全局電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制成為必然;基于全景感知和實(shí)時(shí)決策,實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲多類控制資源的協(xié)同控制。

  第三,“響應(yīng)”由骨干向末梢延伸。從輸變電控制,向配電網(wǎng)、分布式電源和用戶側(cè)末端拓展;控制點(diǎn)數(shù)量從十萬級向百萬級升級;控制時(shí)延從準(zhǔn)實(shí)時(shí)向?qū)崟r(shí)升級;控制頻次由低頻向高頻升級。

  第四,信息“采集”爆發(fā)式增長。電表與電網(wǎng)互動(dòng)將產(chǎn)生海量非計(jì)量信息;采集頻次和實(shí)時(shí)性提高;各種智能傳感、態(tài)勢感知數(shù)據(jù)海量增加。

  洪丹軻表示,在南方電網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,配網(wǎng)通信是主要瓶頸之一。

  目前南方電網(wǎng)通信網(wǎng)的情況是,自建為主的主網(wǎng)通信加上以公網(wǎng)為主、自建為輔配網(wǎng)通信。主網(wǎng)通信:具備完善的光纖通信網(wǎng)絡(luò),光纜實(shí)現(xiàn)35kV及以上廠站、辦公場所/營業(yè)廳全覆蓋;配用電通信:配用電終端點(diǎn)多面廣,受限于配網(wǎng)光纜敷設(shè)成本高、投資大、運(yùn)維難,目前配網(wǎng)通信主要依賴于無線公網(wǎng),其中兩大業(yè)務(wù),計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)使用無線公網(wǎng)占比99.34%,配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)為89.08%。

  為支撐5G與電網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合,構(gòu)建電力5G虛擬專網(wǎng)。自2018年以來,南方電網(wǎng)聯(lián)合華為、中國移動(dòng)等單位,共同推進(jìn)“5G+數(shù)字電網(wǎng)”研究,并于2019年完成技術(shù)驗(yàn)證,計(jì)劃2020~2021年逐步推進(jìn)商用。

  在頂層設(shè)計(jì)方面,比如:南方電網(wǎng)要建設(shè)一個(gè)什么樣的5G虛擬專網(wǎng),運(yùn)營商的核心網(wǎng)該怎么布,到底控制面和用戶面在南方電網(wǎng)這邊怎么部署更好,以及冗余備份的方式等等,還有管理上存在哪些問題,目前南方電網(wǎng)跟運(yùn)營商已經(jīng)經(jīng)過了充分的溝通,初步達(dá)成了一些一致的意見。

  目前,南方電網(wǎng)的5G+數(shù)字電網(wǎng)已經(jīng)取得了豐富的實(shí)踐成果。

  首先,實(shí)現(xiàn)了切片端到端打通。拉通業(yè)內(nèi)首個(gè)5G SA切片端到端流程,支撐從售前、售中到售后的業(yè)務(wù)運(yùn)營,網(wǎng)絡(luò)切片從技術(shù)實(shí)現(xiàn)走向業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。

  第二,輸電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)巡檢無人化。南方電網(wǎng)輸電線路總長超30萬公里,電網(wǎng)公司的資產(chǎn)60%、70%是輸電線路,所以把輸電線路運(yùn)營好、管理好是很關(guān)鍵的技術(shù),通過輸電線路前端圖像視頻采集、AI邊緣計(jì)算分析、告警低時(shí)延回傳,減小線 路故障險(xiǎn)情風(fēng)險(xiǎn),提升巡線效率、提升電網(wǎng)可靠性,大幅度地提高勞動(dòng)的生產(chǎn)效率。

  第三,變電領(lǐng)域日常業(yè)務(wù)無人化智能化。目前有變電站超過7500個(gè),而這些變電站大部分是無人的,但是電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,變電站是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。5G技術(shù)用在變電站里面,有很多的應(yīng)用場景,比如說巡檢機(jī)器人,無人機(jī)、電房里面的機(jī)器人,這些技術(shù)通過5G攝象頭的回傳,包括精準(zhǔn)AI的技術(shù)能夠大幅度地提升變電站的勞動(dòng)效率,據(jù)測算,使用了5G等新技術(shù),變電效率至少提升了2.7倍。

  第四,配電領(lǐng)域用5G授時(shí)CPE來解決配電網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)保護(hù)。配電一直是電網(wǎng)通信的一個(gè)短板,長期以來,配網(wǎng)點(diǎn)多面廣,涉及到千家萬戶,所以說通信基本上是依靠運(yùn)營商,自己是很少有光纜建設(shè)的。南方電網(wǎng)在5G的探索方面,最重要的是用5G授時(shí)CPE來解決配電網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)保護(hù),這是一個(gè)什么概念,電網(wǎng)里面有一個(gè)差動(dòng)保護(hù),如果出了故障以后,能夠快速定位故障,同時(shí)能夠切除故障,這樣的話能夠大幅度的縮小停電范圍,提高用戶供電可靠性。

  “今年8月份南方電網(wǎng)在深圳首先商用了第一款全球5G授時(shí)的CPE終端,成功商業(yè)試運(yùn)營,滿足了電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)毫秒級的低時(shí)延和微秒級的高精度授時(shí),它的意義在于以前電網(wǎng)的控制業(yè)務(wù)是必須用有線來承載,包括國家層面的一些安全規(guī)定都必須用有線的方式來承載,用5G這種無線技術(shù)來承載電網(wǎng)的控制命令這是一個(gè)非常大的突破。”洪丹軻透露。

  第五,用電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主選擇用電。這看起來簡單,其實(shí)實(shí)施起來很有意思。洪丹軻解釋說:“用電領(lǐng)域涉及到千家萬戶,以前大家抄表,每家每戶都有電表,電網(wǎng)公司是一家抄兩次表,可能每個(gè)人一年一個(gè)月就交一次電費(fèi)。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn),我們要求電表的抄表的數(shù)量每15分鐘抄一次,一天要抄96個(gè)點(diǎn)的表,只有5G技術(shù)才能滿足這個(gè)要求,抄完表以后,用戶可能在手機(jī)上看什么時(shí)候電價(jià)是什么樣子,什么時(shí)候用電更合適,產(chǎn)生雙向互動(dòng),這也是一個(gè)非常大的應(yīng)用。”

  洪丹軻認(rèn)為,5G為電網(wǎng)帶來全方位升級,能大幅提升生產(chǎn)、運(yùn)營效率。首先,電網(wǎng)設(shè)備巡檢效率大幅提升。深圳供電局一份1330個(gè)檢查項(xiàng)目的巡 視表單,人工巡視原本需要3天時(shí)間,現(xiàn)在只需要1小時(shí)。巡視一回500千伏輸電線路,傳統(tǒng)人工巡視需要2個(gè)人巡視10天,現(xiàn)在用5G+無人機(jī)2 小時(shí)就可以完成。

  其次,停電零感知。5G低時(shí)延特性有效承載配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù),實(shí)現(xiàn)將故障隔離時(shí)間從秒級升級到毫秒級,大幅降低配網(wǎng)故障供電恢復(fù)時(shí)間。在深圳已實(shí)現(xiàn)輸變配典型業(yè)務(wù)應(yīng)用落地,未來將在南方電網(wǎng)五省區(qū)范圍內(nèi)陸續(xù)展開5G+數(shù)字電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐。

  “為了進(jìn)一步推動(dòng)南方電網(wǎng)勇于5G新基建的實(shí)踐,南方電網(wǎng)正與中國移動(dòng)合作,準(zhǔn)備在廣州的南沙建立一個(gè)103平方公里,進(jìn)行一個(gè)應(yīng)用場景全面的試點(diǎn)。技術(shù)驗(yàn)證,在2019年基本上完成了,沒有什么問題。還有一些業(yè)務(wù)的驗(yàn)證,希望能夠通過業(yè)務(wù)的驗(yàn)證,把各種業(yè)務(wù)類型的場景,由以前的一個(gè)點(diǎn)能夠變成一個(gè)面,來看看實(shí)際情況是怎么樣,希望在2021年的時(shí)候完成示范區(qū)內(nèi)50類業(yè)務(wù)的全場景的示范,”洪丹軻表示,“我們也希望通過南沙這個(gè)項(xiàng)目,把我們在應(yīng)用5G技術(shù)上可能遇到的一些問題能夠更好地展示出來。同時(shí)我們也希望能夠通過試點(diǎn)和移動(dòng)運(yùn)營商之間探討一下機(jī)制的問題。”

  總的說來,洪丹軻認(rèn)為,“5G+數(shù)字電網(wǎng)”是創(chuàng)建全球競爭力的世界一流電網(wǎng)亟需掌握的核心技術(shù)。下一步,南網(wǎng)電網(wǎng)公司將積極融入5G新基建應(yīng)用實(shí)踐工作,攜手各方,圍繞5G在數(shù)字電網(wǎng)領(lǐng)域的新技術(shù)、新模式、新應(yīng)用,充分發(fā)揮各自領(lǐng)域的資源優(yōu)勢,共同探索存在問題的解決方案,推動(dòng)5G技術(shù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合,打造“5G+數(shù)字電網(wǎng)”垂直行業(yè)應(yīng)用標(biāo)桿。

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