5G+电网,一场变革正在路上

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冰箱不运转,电视不工作,手机没旗子,工场停工,银行关门,地铁停运,城市交通瘫痪...一切都戛然而止,整个世界仿佛末日光降!

[转载出处:www.777y.com]


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有人被困在电梯里,重症监护室里的病人只能靠手动呼吸器维持生命,交通事变频发...人们已经被逼到了溃逃的边缘!


这不是科幻片。


2019年3月,专家称因为电力底细行动老化和维护不足,委内瑞拉遭遇了连续数次全国局限的大面积停电事变。在这个月里,这个南美国度至少有10天没有电力供给,导致整个社会陷入一片杂沓。



然而,委内瑞拉并非个例,这样的大停电事变在全球屡次发生。


2019年6月16日,因为输电线路跳闸,阿根廷、乌拉圭和巴拉圭遭遇了被阿根廷总统形容为“史无前例”的大停电事变,导致约4800万人没有电力供给。


2019年8月4日,因为输电线路故障,印尼发生了20多年来最大规模的停电事变,停电时间长达9个小时。

...


今天,我们生活在一个灯火永不熄灭的世界,电力已成为人类生发生活弗成或缺的部门。哪怕是一次短暂的停电,也会给人们带来惊恐。而若是是大停电事变,会给社会和经济带来伟大的损失。


跟着人类社会对电力的消费和需求络续增进,迫切需要高效、不乱、安然的电力供给,打造固执的智能电网已是世界各国合营的方针。现代通信手艺作为辅助手艺,可赋能电网收集化、数字化,提升电网自瞻望、自响应和自愈能力,削减甚至避免停电事变。当前,全球电力收集正加速向智能电网升级,信息通信也迅速向5G时代迈进,两大高速演进中的超级底细行动之间,正在发生一些巧妙的化学回响。当瓦特赶上比特,5G将若何赋能智能电网?


带着疑问,本文将带你走进全国规模最大的5G智能电网实验网,采访相关专家,一探事实。




智能电网为什么需要5G?


先来看看电网长啥样?



我们经常看到的电线杆、高压电力塔、配电柜... 都是电网的组成部门。


具体的说,基于电能潮流的走向,电网生意分为发电、输电、变电、配电、用电5个首要环节,电能从发电厂出来,经由变电升压,进入高压输电线路,再经由变电降压,配电给各个用户。



在整个发、输、变、配、用环节中,除了我们经常看到的电力塔、配电柜、输电线等,还有断路器、隔离开关、接触器等我们平时看不到的设备,这些设备都直接用于生产、输送和分配电能,称为“一次设备”。


此外,电网中还有一些珍爱装配、把握开关、继电器等设备,它们对一次设备进行监控、测量、调节和珍爱等,称为“二次设备”。5G赋能电网后,5G收集就属于“二次设备”范畴。


那智能电网是若何定义的呢?


它是竖立在集成的、高速双向通信收集的底细上,经由提高的传感和测量手艺、提高的设备手艺、提高的把握体式以及提高的抉择撑持系统手艺的应用,实现电网的靠得住、安然、经济、高效、情形友好和使用安然的方针。


这定义是不是有点难懂得?简练的说,就是在电网上“叠加”通信收集,让从发电厂到用户端整个输配电过程中的所有节点之间可双向通信和电流举动,从而实现把守和把握每个节点。


竖立在通信收集的底细上,那光纤有线收集行不成?


“对应发电、输电、变电的电力通信网称为骨干通信网,在中国已实现光纤专网的周全笼盖;对应配电及用电的电力通信网称为终端接入网,具有点多面广、全程全域全笼盖的特征。而传统光纤专网的培植成本高、生意开通时间长,在桥梁、高架等稀奇地形场景下有较大局限性,无法知足广域的泛在接入需求,这就决意了今朝仍存在相当大的笼盖盲区;同时变电站机械人巡检、输配电线路无人机巡检等移动性场景也对无线通信提出了刚需,是以智能配、用电网亟需泛在、无邪、经济、靠得住的无线通信手艺。”国度电网电力规划领军人徐群在接管采访中注释道。


安置泛在、无邪、广笼盖的配、用电的电力通信网需要移动通信收集,那4G收集行不成呢?


要回覆这个问题,先来看看智能电网的一些典型应用场景?看看这些应用场景对移动通信收集有哪些需求?


1)超低时延超高靠得住(uRLLC)


典型应用场景包括智能分布式配电自动化、精准负荷把握等。


以配电自动化为例,你或许不知道,电网最怕的是雪崩效应,单条输电线路发生故障,若是不实时将故障线路隔离和处理,就或许激发连锁回响,让一大片区域陷入阴郁。为此,智能电网需要能实时发现故障,并实时将故障电路隔离,以避免发生大面积停电事变。


在传统的集中式配电自动化体式下,所有的配电终端都需要将数据上报给集中安置的主站/子站系统,由主站/子站负责基于采集到的数据来进行配电线路的故障定位、隔离和恢复把握。这种体式相同于IT的云角力安置模式,对于通信的时延要求为百毫秒级,或许导致停电时间为分钟级或许小时级。


而智能分布式配电自动化经由配电终端之间点到(多)点通信,可自立完成故障的就地定位、隔离和恢复,实现配电网故障快速自愈,从而让停电时间更短、停片子响区域更小,幻想景遇下甚至可以做到一向电。


智能分布式配电自动化经由去中心化实现信息的快速互动,与集中式配电自动化对比,就像分布式的边缘角力与集中式的云角力之间的分歧,可大幅降低时延,提升效率,大幅提升配电靠得住性和不乱性,但它对收集能力要求非常高,要求通信时延达到毫秒级(配网差动珍爱要求小于15ms,智能分布式FA要求小于20ms),靠得住性达4个9。此外,分布式配电自动化属于电力生产把握大区生意,遵循电力信息系统“生意分区、收集专用、横向隔离、纵向认证”的十六字指导方针,还需要确保电力生产把握大区生意与电力治理信息大区生意、以及此外行业生意间实现严峻物理隔离,以保障安然隔离性。


2)大带宽(eMBB)


典型应用场景包括变电站视频监控、机械人巡检、输电线路无人机巡检等,这些应用需将多路4K超高清视频实时回传,要求收集具备大带宽能力,稀奇是供给上行大带宽生意保障。


3)大规模连结(mMTC)


典型应用场景包括低压集抄、现场情形监测等,需撑持百万级甚至过亿的海量终端连结,要求收集具备大规模连结能力。


显然,智能电网生意存在多样化、不同化特点,各类生意对收集带宽、时延、连结密度、安然性、靠得住性、隔离性都有不合需求。


而4G首要面向移动宽带生意(MBB),是一张“一刀切”和“全力而为”的收集,所有的生意几乎都被无分歧的对待,就像一条交通大道,中央没有实线隔离,所有车辆可互相抢道,会造成交通拥堵,这无法知足智能电网的生意需求。


5G收集就不一样了,它可凭证不合生意对收集带宽、时延、安然性、靠得住性、地舆笼盖局限等SLA需求,经由收集切片手艺从一张底细收集上“切”出多个互相隔离的、安然的、SLA可保障的虚拟专网,为不合的生意供给不同化处事。这就好比凭证不合的车辆、运营体式将交通大道进行实线隔离,比如设置BRT快速公交通道,非天真车专用通道等。

 

  

5G收集切片手艺不单可以知足电网不合应用场景对于大带宽、低时延、大连结、安然性、靠得住性、隔离性、SLA保障的不合需求,还能经由收集切片治理平台和收集能力开放让电网行业客户可自运维、自治理自己的切片收集。


  

华为云核心网财富成长高级总监杨晓华透露,整个智能电网对5G收集的关键需求可总结为生意可用、安然可托、可管可控的三层需求马斯洛模型。


  

第一层是不同化+确定性的SLA/QoS生意保障需求。


因为电力行业在发、输、变、配、用各个环节的不合应用场景对于收集的带宽、时延、股栗、授时等有不合的需求,这需要我们基于统一个收集底细行动,知足不合生意场景的不同化+确定性收集需求。


第二层是生意安然隔离需求。


安然是电网公司胜过一切的根基性需求,是以应按照“安然分区、收集专用、横向隔离、纵向认证”的安然防护总体原则,经由收集切片来供给端到端的无邪的软硬隔离的解决方案,以及撑持安然加密芯片、IPSec、空口完保、二次认证等不同化的安然防护能力等,来供给安然可托的5G电力行业的虚拟专网。


第三层是自力自运维自治理需求。


电网企业向运营商购置了5G收集切片处事后,可对自己的切片收集做到可视、可管、可控,甚至必然水平的自运营,做到简简练单地购置、明领略白地消费。


恰是在这样的需求背景下,中国电信青岛分公司连系国网青岛供电公司、华为及财富链上鄙俗合作伙伴在青岛成功建成了中国规模最大、场景雄厚、生态周全的5G智能电网实验网,并慢慢成为了业界最佳实践。


现在就让我们走进这个实验网,看看5G智能电网事实有哪些应用场景?采用了哪些手艺方案?



走进全国规模最大的5G智能电网实验网


自2019年10月以来,青岛5G智能电网项目先后在青岛古镇口、金家岭、奥帆中心以及青岛供电公司调剂大楼四大示范区培植5G站点29个,安置电力专用MEC 2套,建成了今朝国内甚至是国际上规模最大的5G智能电网实验网。


本次项目聚焦智能分布式配电(包括5G纵差珍爱、5G智能分布式FA)、电力切片&安然隔离、变电站功课监护及配网态势感知、5G基站智能削峰填谷四大专题,无论是生意场景的雄厚性,照样手艺验证的深度和广度,都走在了行业前列。


5G智能分布式配电


5G纵差珍爱和智能分布式FA(馈线自动化)属于智能分布式配电自动化的生意场景。如前所述,智能分布式配电自动化是固执智能电网的关键应用,对收集的时延、靠得住性、隔离性保障要求极高,非常考验5G收集切片能力。为此,中国电信青岛分公司、国网青岛供电公司和华为就5G纵差珍爱和5G智能分布式FA开展了全国首次外场验证测试,并成功验证了5G可知足生意需求。


2020年1月12日,在青岛古镇口区域,“基于5G收集切片的5G配网纵差珍爱外场试点”上线。基于5G SA电力切片虚拟专网的实测事实浮现,环网柜智能终端STU和STU之间单向通信的平均时延为9.8ms,可知足差动珍爱15ms的通信要求,故障隔离差动珍爱剖断悉数正确,立异性解决了配网线路差动珍爱的通信难题。

  

 

2020年1月15日,在青岛崂山区金狮广场,“基于5G切片的智能分布式FA试点商业应用”上线。和纵差珍爱相同,同属智能分布式配电自动化手艺的智能分布式FA同样对于超低时延超高靠得住存在刚需。基于5G SA电力切片虚拟专网解决方案,环网柜智能终端STU间的单向平均通信时延低至6.5ms,完全知足智能分布式FA系统20ms的通信要求,从而使能100ms的故障隔离。  



电力切片&安然隔离


因为电力行业对安然隔离性要求非常严峻,本次项目一路头就把5G的安然隔离性放在了首位。


依据电力监控系统安然防护总体方案要求,连络5G承载电网生意模型,本次项目从终端(含电力终端和通信终端)、基站、传输网、核心网、边缘角力到切片治理,端到端验证了5G切片体验及安然隔离能力。


中国电信青岛分公司5G应用总监陈增辉介绍,本次中国电信青岛分公司为国网青岛供电公司供给了业内首发的端到端多维、智能、动态切片方案。在无线5G SA基站侧,采用5QI(QoS优先级)体式在大区内部实现了基于生意优先级调剂的逻辑软隔离;在传输侧,采用FlexE手艺实现了物理硬隔离,采用VPN或许信道子接口体式实现了逻辑软隔离。在核心网侧,针对生产把握大区、治理信息大区和变电站区,拜别安置独享的MEC设备,打造了2张5G广域切片专网和1张5G局域切片专网,同时新建三层架构的收集切片治理平台,经由北向API接口与电力综合生意治理平台对接集成,实现电力切片的可视、可管、可控。


变电站功课监护及配网态势感知


针对变电站内部的治理信息大区生意(如视频监控、机械人巡检等),为了将变电站园区采集的现场信息快速回传和AI处理,并保障数据不出园区,本次项目还经由核心网用户面和MEC下沉安置到变电站园区内部,并在5G NR侧采用专用基站与公网生意之间物理硬隔离的体式,培植了一张5G电力局域专网切片,以知足变电站的高安然隔离需求。


  

5G配电态势感知行使5G收集实时采集配电网电压、电流向量类数据,将数据距离周期性上传主站,由主站进行状况估算和态势感知,以提前瞻望负荷和回收法子,避免负荷过重造成设备故障和跳闸停电风险。早在2019年10月,国网青岛供电公司连系中国电信青岛分公司和华为就立异性上线了“基于5G切片的变电站配电感知系统”,为2019年跨国公司青岛峰会供给5G+保电处事。


  

雄厚的应用场景和提高的手艺方案验证让本次项目获得了业界遍及认可。该项目于2019年11月获得了山东省移动互联网5G应用立异名堂大赛一等奖,于2020年3月作为独一工业能源领域案例入选GSMA 5G自力组网驱动应用案例集,于2020年4月在Layer123举办的第三届收集自动化峰会上荣获“5G自动化最佳立异商业项目奖”,国际影响力凸显。



首个5G智能电网商业合同签署,规模应用决心倍增


最值得欣喜的是,青岛5G智能电网项目的成功进展让行业对5G智能电网的未来布满了决心。


2020年新年伊始,中国电信青岛分公司与国网青岛供电公司正式签署了5G电力切片商业合同,这是全球5G智能电网领域的首个商业合同


首个5G智能电网商业合同降生将助力中国电信和国度电网建成中国最大的基于5G SA的电力切片商业收集,也将对鼓动5G智能电网规模商用起到极大的示范效应。


专家们透露,接下来将在阶段性功能的底细上,从手艺、商业、生态、标准、政策等全方位持续鼓动财富成长,推进5G智能电网规模商用。


1、在手艺与商业应用方面,一是要提升收集切片治理及能力开放平台撑持赋能,实现动态电力切片端到端定制、自动化安置,知足5G电力生意平时运维管控需求;二是要进一步开展端到端5G切片的安然隔离验证;三是扩大应用试点规模和生意场景,打造一批可复制、可推广的生意应用场景。


2、在生态方面,考虑今朝5G电力终端普及存在体积较大、成本较高档不足,下一步需鼓动财富链上鄙俗企业加快合作,加快配电自动化终端、智能电表、无人机、巡检机械人、高清摄像优等5G电力终端的研发和量产。


3、在国际标准输出方面,近期由中国电信牵头,连系国度电网和欧洲运营商沃达丰,西班牙电信,法国电信,以及华为等28家公司在3GPP成功鼓动了R18 5G智能电网立项成功。立项成功离不开青岛5G智能电网项今朝期的阶段性功能作为关键输下手艺。后续三方公司还将持续依托本项目,在基于3GPP R18的标准框架下,进一步将项目的更多功能转换为国际标准输入,在标准化上提升国际影响力。


4、在财富政策方面,将连系中国电科院、华为、电信研究院等合营开展5G电力切片安然专题测试,鼓动相关5G电力安然标准制订,慢慢鼓动行业政策与时俱进的刷新。



跟着5G规模安置,财富链越来越成熟,5G智能电网正一天天走进实际,相信在不久的将来5G将周全助力电力行业数字化、智能化转型。而5G与电力行业的融合经验也将被复制到更多垂直行业,最终真正实现5G赋能千行百业,5G改变社会的大使命。


电力与通信已是人类生发生活弗成或缺的底细行动。回首以前,电的发现和行使掀起了第二次工业革命,信息手艺成长鼓动了第三次工业革命,如今进入5G新基建时代,5G与电网这两大超级底细行动的融合和互相赋能,让沟通和亮光无处不在,必将掀起一场新的时代变革。


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