5G助力智能电网应用白皮书.pdf

2018.06近年来，南方电网努力践行“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念和能源发展“四个革命、一个合作”战略思想，全力打造安全、可靠、绿色、高效的智能电网，积极服务清洁低碳、安全高效的能源体系构建，推动电网实现高质量发展，提升电网优质服务水平，为全面建成小康社会提供了坚强电力保障。电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。经过多年建设，35kV 以上的骨干通信网已具备完善的全光骨干网络和可靠高效数据网络，光纤资源已实现35kV及以上厂站、自有物业办公场所 / 营业所全覆盖。在配电通信网侧，由于点多面广，海量设备需实时监测或控制，信息双向交互频繁，且现有光纤覆盖建设成本高、运维难度大，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控。随着大规模配电网自动化、低压集抄、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要构建安全可信、接入灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”配电通信接入网，并采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术予以支撑，实现智能电网业务接入、承载、安全及端到端的自主管控。“4G改变生活，5G改变社会”。作为新一轮移动通信技术发展方向，5G把人与人的连接拓展到万物互联，为智能电网发展提供了一种更优的无线解决方案。5G 时代不仅能给我们带来超高带宽、超低时延以及超大规模连接的用户体验，其丰富的垂直行业应用将为移动网络带来更多样化的业务需求，尤其是网络切片、能力开放两大创新功能的应用，将改变传统业务运营方式和作业模式，为电力行业用户打造定制化的“行业专网”服务，可更好地满足电网业务差异化需求，进一步提升了电网企业对自身业务的自主可控能力和运营效率。经过南方电网、中国移动和华为前期的技术探讨，本白皮书基于智能电网的发展趋势给出了 5G 网络在智能电网的方案建议，未来我们将继续深耕电力行业，使 5G 能更好地在泛在接入、安全可靠、可管可控等方面助力智能电网典型业务应用，推动能源由粗放型管理向精细化转变，实现清洁能源替代和电能替代的核心战略落地。引 言5G 助力智能电网应用白皮书目 录123智能电网发展、趋势及新挑战 0202020305080809091320212122255G+智能电网典型业务场景5G概述及其对智能电网的价值1.1 智能电网定义 1.2 智能电网发展现状 1.3 智能电网发展趋势 1.4 智能电网对电力通信网的新挑战 5G 助力智能电网应用白皮书2.1 5G+ 智能电网应用概述2.2 典型业务场景分析 2.2.1 控制类业务 2.2.2 采集类业务2.3 业务指标小结3.1 5G 的概念与特征 3.2 5G 网络切片关键技术3.3 5G 对智能电网的价值 目 录455G智能电网端到端网络切片解决方案 272728282830303031323434353636363738总结与展望4.1 总体体系 4.2 终端部分 4.2.1 业务类型与网络切片间映射关系 4.2.2 5G 电力通信终端形态展望 4.3 网络部分 4.3.1 电力业务网络切片概述 4.3.2 电力业务网络切片隔离方案 4.3.3 电力业务网络切片可靠性保障方案4.3.4 电力业务网络切片能力开放方案 4.4 电力业务通信管理支撑平台 4.4.1 电力业务通信管理支撑平台总体架构 4.4.2 电力业务通信管理支撑平台功能模块 4.5 安全体系 4.5.1 智能电网安全体系整体要求 4.5.2 管侧安全方案4.5.3 端侧安全方案5G 助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书02 0355GG1.1 智能电网定义国家发展改革委、国家能源局联合印发关于促进智能电网发展的指导意见（发改运行20151518 号），明确指出“智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。”智能电网的概念涵盖了提高电网科技含量，提高能源综合利用效率，提高电网供电可靠性，促进节能减排，促进新能源利用，促进资源优化配置等内容，是一项社会联动的系统工程，最终实现电网效益和社会效益的最大化，代表着未来发展方向。智能电网以包括发电、输电、配电、储能和用电的电力系统为对象，应用数字信息技术和自动控制技术，实现从发电到用电所有环节信息的双向交流，系统地优化电力的生产、输送和使用。总体来看，未来的智能电网应该是一个自愈、安全、经济、清洁的并且能够提供适应数字时代的优质电力网络。图 1-1 智能电网基本环节1.2 智能电网发展现状智能电网概念自 2001 年较为明确地提出以来，得到世界范围的广泛认同。十几年来，世界各国政府、电力企业、科研机构结合各自经济社会发展水平、能源资源禀赋特点和电力工业发展阶段，进行了深入研究和实践探索，智能电网的概念和特征、内涵与外延不断得到丰富发展。特别是随着全球新一轮科技革命和产业变革的兴起，先进信息技术、互联网理念与能源产业深度融合，推动着能源新技术、新模式和新业态的兴起，发展智能电网成为保障能源安全、应对气候变化、保护自然环境、实现可持续发展的重要共识。(1) 国外智能电网发展概况美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区开展了大量智能电网的研究工作。欧美智能电网主要关注点在用电侧电能分析与管理，配网主要着重点在于分布式能源接入、微网运行管理，根据各自的国情，确定了不同的发展愿景和计划方案，启动一系列的研究、示范和平台项目。日韩等亚洲发达国家主要关注新能源的研究及使用，加大对光伏、风能和可燃冰、储能、电动汽车方面的研发应用，通过政府的顶层设计及立法保障，保障智能电网基础设施的有序建设。(2) 国内智能电网发展概况南方电网公司：公司以促进电网向更加智能、高效、可靠、绿色的方向转变为目标，以应用先进计算机、通信和控制技术升级改造电网为发展主线，在大电网安全稳定运行、分布式能源耦合系统、新能源并网、输变电智能化、配电智能化、智能用电等领域开展了广泛技术研究和诸多示范工程建设，建成了世界首个 800 千伏特高压直流输电示范工程，建成了世界上容量最大、电压等级最高的 20 万千瓦 STATCOM 工程，建设了世界第一条多端柔性直流输电工程，通过永富直流、鲁西背靠背实现云南电网与南方主网异步互联等；在广东佛山、贵州贵阳等地区开展集成分布式可再生能源的主动配电网示范，试点应用智能配电网自愈控制技术，实现了智能配电网的“自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复”；在广西南宁开展了灵活互动的智能用电关键技术研究示范，实现电力用户与供电系统的信息交互、智能家庭能效评测、客户用电优化调度、节能潜力优化分析、充放电与储能接入管理以及分布式电源接入管理等功能建设；建成国内首个兆瓦级电池储能电站，开展大规模间歇式新能源消纳示范。国内电网公司：公司于 2009 年 5 月提出了立足自主创新，加快建设特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网的发展目标，力图打造“坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网”，2009-2010 年为规划试点阶段，2011-2015 年为全面建设阶段，2016-2020 年为引领提升阶段。公司在特高压电网、输电设备运行监测、智能变电站推广、配电自动化、信息化平台、电动汽车充换电网络、大规模可再生能源接纳等方面开展了相关建设，已建成充换站超过 1500 座，充电桩 3 万个，建立了风电研究检测中心和太阳能发电研究检测中心，建成了世界上规模最大的张北风光储输联合示范工程，完成了大规模风电功率预测及运行控制系统的全面推广建设。1.3 智能电网发展趋势根据国家能源发展“十三五”规划、电力发展“十三五”规划、关于促进智能电网发展的指导意见、关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见等指导文件，1. 智能电网发展、趋势及新挑战清洁友好发电安全高效输电灵活可靠配电多样互动用电办公楼 大学城风力发电燃料电池智能小区 调峰电厂光伏发电并 网工 厂主电厂 商业区逆变器微型燃机小型燃机小型燃机可见光摄像头红外摄像头照明装置通道林木监控山火监控 外力破坏预警检测覆冰监控5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书04 0555GG为实现“安全、可靠、绿色、高效”的总体目标，围绕智能电网发输配用全环节，未来发展趋势包括五大重点领域，分别为清洁友好的发电、安全高效的输变电、灵活可靠的配电、多样互动的用电、智慧能源与能源互联网。图 1-2 智能电网发展目标及重点方向(1) 清洁友好的发电关键特征为“清洁低碳、网源协同、灵活高效”。核心作用是增强系统灵活性，提升非化石能源消费比重，推动能源结构转型升级。以风能、太阳能为主的可再生能源开发利用技术日益成熟，成本不断降低，逐渐成为替代传统化石能源的重要选择，未来可再生能源逐步替代化石能源。另一方面，随着储能、分布式能源、微网等技术发展，能源供给形态将从集中式、一体化的能源供给向集中与分布协同、供需双向互动的能源供给转变。(2) 安全高效的输变电关键特征为“安全高效、态势感知、柔性可控、协调优化”。核心作用是提升输变电设备的智能化水平，构建全生命周期管理体系，提升电网安全防御能力、资源配置能力和资产利用效率。随着电力一次设备与在线监测传感器及过程层智能设备的有机整合，输变电环节将趋于测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等，进而输电智能化水平、智能变电站智能运维水平将全面提升。同时，为保障城市在台风、低温、雨雪、凝冻等严重自然灾情下的基本运转，需构建纵深防御、安全可靠的城市保底电网为保障建设城市防灾保底电网。(3) 灵活可靠的配电关键特征为“灵活可靠、可观可控、开放兼容、经济适用”；核心作用是加强配电网自动化、柔性化建设，实现配电网可观可控，满足多元负荷“即插即用”的接入需求，提升电网供电可靠性、电能质量和服务水平。城市内电动汽车、充电桩等新能源业务及农村更多的光伏扶贫、农光互补、渔光互补等新能源需保障接入和消纳将逐步普及，配电网需适配更多元负荷的“泛在接入”、“即插即用”的需求。同时，随着智能分层分布式控制体系逐步建立，配电网自动化水平将全面提升，其精准控制的能力将进一步加强。(4) 多样互动的用电关键特征为“多元友好、双向互动、灵活多样、节约高效”；核心作用是打造全方位客户服务互动平台，全方位加强客户互动，满足智慧用能的需求，提高终端能源利用效率，推动能源消费革命。电动汽车、电供暖（冷）、港口岸电等终端将逐步普及，电能占终端能源消费比重将不断上升；随着未来高级量测体系将被广泛部署，智能家居与智能小区业务将进一步丰富，随着阶梯电价、实时电价、用电负荷需求侧响应等业务将逐步渗透，用户将可更多地参与到自身的用电管理中。(5) 智慧能源与能源互联网关键特征为“多能互补、高效协同、开放共享、价值创新”；核心作用是打造具有独特竞争力的新型综合能源服务商，创新企业价值，促进互联网技术与能源系统深度融合，促进能源耦合系统基础设施建设，推动能源市场开放和产业升级，支撑低碳、清洁、高效的社会发展。随着传感、信息、通信、控制技术与能源系统的深入融合，传统单一能源网络向多能互补、能源与信息通信技术深度融合的智能化方向发展，电、热（冷）、气等各领域的能源需求将逐步统筹，从而实现多能协同供应和能源综合梯级利用。同时，随着综合能源服务业务、智慧能源的发展、及互联网技术的深入应用，能源耦合系统基础设施将逐步完善，能源市场将逐步开放，能源产业将进一步转型升级。1.4 智能电网对电力通信网的新挑战电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。构建大容量、安全可靠的光纤骨干通信网，以及泛在多业务灵活可信接入的配电通信网，这是通信网络建设的两个重要组成部分。在骨干通信网侧，经过多年建设，35kV 以上的主网通信网已具备完善的全光骨干网络和可靠高效数据网络，光纤资源已实现35kV及以上厂站、自有物业办公场所/营业所全覆盖。在配电通信网侧，由于点多面广，海量设备需要实时监测或控制，信息双向交互频繁，且现有光纤覆盖建设成本高、运维难度大，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控。随着大规模配电网自动化、高级计量、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要构建安全可信、接入灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”配电通信接入网，并采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术及系统予以支撑，这是智能电网发展对配电网通信提出的新需求。清洁友好的发电安全高效的输变电智慧能源与能源互联网多样互动的用电灵活可靠的配电安全、可靠绿色、高效5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书06 0755GG因此，从发展趋势看，未来智能电网的大量应用将集中在配电网侧，应采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术及系统，丰富配电网侧的通信接入方式，从简单的业务需求被动满足转变为业务需求主动引领，提供更泛在的终端接入能力、面向多样化业务的强大承载能力、差异化安全隔离能力及更高效灵活的运营管理能力。(1) 电力通信网络是支撑智能电网发展的基础平台智能电网的发展强调多种能源、信息的互连，通信网络将作为网络信息总线，承担着智能电网源、网、荷、储各个环节的信息采集、网络控制的承载，为智能电网基础设施与各类能源服务平台提供，安全、可靠、高效的信息传送通道，实现电力生产、输送、消费各环节的信息流、能量流及业务流的贯通，促进电力系统整体高效协调运行。图 1-3 电力通信网络在智能电网中的定位(2) 通信网络需要从被动的需求满足，转变为主动的需求引领目前业务系统通信需求均基于设备的生产控制为主，未兼顾人、车、物等综合的管理场景需求。随着智能电网的发展，通信的需求及业务类型具有多样性、复杂性及未知性等特点，通信网络需适度超前，提前储备，提前满足未来多元化的业务承载需求，如智能化移动作业、巡检机器人、数字化仓储物流、综合用能优化服务、电能质量在线监测、能源间协调、源网荷储互动、双向互动充电桩等。(3) 通信网络需具备更强大的承载能力，差异化的安全隔离能力及更高效灵活的运营管理能力为满足智能电网的五大发展重点，通信网络需具备更强大的承载能力（如百万千万级的连接能力、单站具备 n*10Mbps 的带宽承载能力，具备毫秒级的时延能力）、对电力不同生产区业务能提供差异化的安全隔离能力，同时能针对不同终端，提供终端、连接甚至网络资源的灵活开放的运营管理能力。图 1-4 面向智能电网的通信网整体功能需求(4) 通信网作为统一的通信平台，实现业务的集约化承载，进一步促进智能电网的数据共享及业务发展通信网络需尽可能多地解决各类业务的接入需求，最大限度地利用电网自身资源，通过统一的通信平台，提供可靠、安全的通信通道，提高网络效率。同时，通过通信网提供的灵活便捷的接入方式，进一步促进能源互动、数据共享或有偿服务等能源互联网业务的发展提供帮助。清洁友好的发电安全高效的输变电智慧能源与能源互联网多样互动的用电灵活可靠的配电更大的通信宽带(n*10Mbp s级)更多的连接数量(百万、千万级别)更可靠及更低的网络时延(时延ms级)更高效的网络运营(终端连接管理、网络运行管理、资源管理等)更安全的隔离承载(细分业务差异化安全保护及隔离)智能变电站通信配电智能楼宇智能家居智能电表分布式光伏电动汽车充电用电变电储能电力通信网支撑配电流电力流信总流火电输电光伏风电发电核电水电5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书08 0955GG2.1 5G+ 智能电网应用概述智能电网无线通信应用场景总体上可分为控制、采集两大类。其中，控制类包含智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等；采集类主要包括高级计量、智能电网大视频应用。控制类业务场景：当前整体通信特点为采用子站/主站的连接模式，星型连接拓扑，主站相对集中，一般控制的时延要求为秒级。未来随着智能分布式配网终端的广泛应用，连接模式将出现更多的分布式点到点连接，随着用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等应用，主站系统将逐步下沉，出现更多的本地就近控制，且与主网控制联动的需求，时延需求将达到毫秒级。采集类业务场景：未来采集频次、内容、双向互动方面将有较大变化。采集频次：当前基本按照月、天、小时为单位采集，未来为满足负荷精确控制，用户实时定价等应用的发展，采集频次将趋于分钟级，达到准实时能力。采集内容：当前主要以基础数据、图像为主，码率为 100kbps 级。随着智能电网、物联网的迅速发展，采集对象将扩展至电力二次设备及各类环境、温湿度、物联网、多媒体场景，连接数量预计至少翻一倍；中远期若在产业驱动下，集抄方式下沉至用户，采集内容将深入到户内用电设备的信息，连接数预计翻 50-100 倍；另外，采集内容亦从原有的简单数据化趋于视频化、高清化，尤其在无人巡检、视频监控、应急现场自组网综合应用等场景将出现大量高清视频的回传需求，局部带宽需求在 4-100Mbps 级。双向互动：随着家庭能源管理应用的推广，通过智能电表实现家电用电信息采集；通过智能交互终端，以 APP 的方式，给用户提供实时电价和用电信息，实现对用户室内用电装置的负荷控制等各类互动服务与电力增值服务功能，达到需求侧管理的目的。表 2-1 智能电网应用场景及整体发展趋势2.2 典型业务场景分析2.2.1 控制类业务2.2.1.1 智能分布式配电自动化智能分布式配电自动化终端，主要实现对配电网的保护控制，通过继电保护自动装置检测配电网线路或设备状态信息，快速实现配网线路区段或配网设备的故障判断及准确定位，快速隔离配网线路故障区段或故障设备，随后恢复正常区域供电。该终端后续集成三遥、配网差动保护等功能。(1) 业务现状及发展趋势当前现状及未来的发展趋势早期的配网保护多采用简单的过流、过压逻辑，不依赖通信，其不足之处在于不能实现分段隔离，停电影响范围扩大。为实现故障的精准隔离，需要获取相邻元件的运行信息，可采用集中式或分布式原理。集中控制型，中心逻辑单元负责主要保护逻辑运算及发出保护跳闸指令，就地逻辑单元负责就地的信息采集并处理、执行就地保护跳闸指令，将处理后的就地信息传送给中心逻辑单元。图 2-1 集中控制型保护典型拓扑分布式控制型，根据网架结构划分设备组，分组内的每台终端都可以起到中心逻辑单元的作用，就地执行跳闸操作。各终端处理后的就地信息传送给运维中心。在配网领域推广应用差动保护，可以进一步缩短故障持续时间，提高供电可靠性。2. 5G+ 智能电网典型业务场景业务类型 典型场景 当前通信特点 未来通信趋势控制类智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源1、连接模式：子站/主站模式，主站集中，星型连接为主2、时延要求：秒级1、连接模式：分布式点对点连接与子站主站模式并存，主站下沉，本地就近控制2、时延要求：毫秒级采集类高级计量、智能电网大视频应用（包括变电站巡检机器人、输电线路无人机巡检、配电房视频综合监控、移动式现场施工作业管控、应急现场自组网综合应用等）1、采集频次：月、天、小时级2、采集内容：基础数据、图像为主，单终端码率为100kbps 级3、采集范围：电力一次设备，配网计量一般采用集抄方式，连接数量百个/km21、采集频次：分钟级，准实时2、采集内容：视频化、高清化，带宽 在 4-100Mbps 不等3、采集范围：近期扩展到电力二次设备及各类环控、物联网、多媒体场景，连接数量预计至少翻一倍；中远期若产业驱动将下沉至用户，并深入到户内，连接数预计翻 50-100 倍配网保护（就地逻辑单元）保护通信关联保护通信关联保护通信关联保护通信关联配网保护（就地逻辑单元）配网保护（就地逻辑单元）配网保护（就地逻辑单元）配网保护中心逻辑单元配网保护（就地逻辑单元）配网保护（就地逻辑单元）5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书10 1155GG图 2-2 分布式控制型保护典型拓扑(2) 未来的通信需求 带宽：差动保护带宽要求 2Mbps。 时延：差动保护要求延时小于 10ms，时间同步精度为 10us, 电流差动保护装置所在变电站距离 40km 主备用通道时延抖动在 50us。同时，为达到精准控制，相邻智能分布式配电自动化终端间在信息交互时必须携带高精度时间戳。 可靠性：要求高，99.999% 隔离要求：配电自动化属于电网 I/II 生产大区业务，要求和其它 III/IV 管理大区业务完全隔离 连接数量：X*10 个 /km2。2.2.1.2 用电负荷需求侧响应需求响应即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。用电负荷需求侧响应主要是引导非生产性空调负荷、工业负荷等柔性负荷主动参与需求侧响应，实现对用电负荷的精准负荷控制，解决电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、省际联络线功率超用、电网旋转备用不足等问题。未来快速负荷控制系统将达到毫秒级时延标准。图 2-3 用电负荷需求侧响应示意图(1) 业务现状及发展趋势 当前现状传统需求侧响应对负荷的控制指令在终端与主站之间交互，终端横向之间无数据交互。对负荷的控制，通常只能切除整条配电线路。以直流双极闭锁故障为例，若采用传统方式，以 110KV 负荷线路为对象，集中切除负荷，将达到一定的电力事故等级，造成较大社会影响。 后续发展趋势未来用电负荷需求侧响应将是用户、售电商、增量配电运营商、储能及微网运营商等多方参与，通过灵活多样的市场化需求侧响应交易模式，实现对客户负荷进行更精细化的控制，控制对象可精准到企业内部的可中断负荷，如工厂内部非连续生产的电源、电动汽车充电桩等。在负荷过载时，可有线切断非重要负荷，将尽量减少经济损失，降低社会影响。(2) 未来的通信需求 带宽：负荷管理控制终端 50kbps 2Mpbs。 时延：毫秒级负荷管理控制时延小于 50ms。 可靠性：要求高，99.999% 隔离要求：属于电网I/II生产大区业务，要求和其它III/IV管理大区业务完全隔离。 连接数量：X*10 个 /km2。数据交互核 定核 定购 买购 买市电力需求侧管理平台自动需求响应统计模块供电局需求响应管理系统负荷产品生成模块 负荷产品交易模块需求响应集成服务公司负荷控制服务平台企业1企业2企业n企业1企业2企业n反 馈分 配集团企业或工业园区配网保护 配网保护配网保护配网保护 配网保护配网保护保护通信关联 保护通信关联 保护通信关联保护通信关联保护通信关联5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书12 1355GG2.2.1.3 分布式能源调控分布式能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷热电三联供等多种形式。其一般分散布置在用户/负荷现场、或邻近地点，一般接入35kV及以下电压等级配用电网，实现发电供能。分布式发电具有位置灵活、分散的特点，极好地适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输配电网升级换代所需的巨额投资；与大电网互为备用，也使供电可靠性得以改善。分布式能源调控系统主要具备数据采集处理、有功功率调节、电压无功功率控制、孤岛检测、调度与协调控制等功能，主要由分布式电源监控主站、分布式电源监控子站、分布式电源监控终端和通信系统等部分组成。图 2-4 分布式能源构成及并网结构图(1) 业务现状及发展趋势在风暴和冰雪天气下，当大电网遭到严重破坏时，分布式电源可自行形成孤岛或微网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。同时，分布式电源并网给配电网的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。分布式电源接入配电网后，网络结构将从原来的单电源辐射状网络变为双电源甚至多电源网络，配网侧的潮流方式更加复杂。用户既是用电方，又是发电方，电流呈现出双向流动、实时动态变化。未来需增加配电网的可靠性、灵活性及效率。(2) 未来的通信需求 带宽：带宽综合在 2Mbps 以上 时延：采集类小于 3s，控制类小于 1s 可靠性：采集类要求 99.9%, 控制信息要求 99.999% 隔离要求：同时有 I/II/III 区的业务。安全 I 区包括分布式电源 SCADA 监控信号和配网继电保护信号是生产控制信号。安全 II 区包括电源站计量业务、保护信息管理与故障录播业务，安全 III 区包括电源站运行管理业务、发电负荷预测、视频监控业务。 连接数量：海量接入，随着屋顶分布式光伏、电动汽车充换电站、风力发电、分布式储能站的发展，连接数量将达到百万甚至千万级。2.2.2 采集类业务2.2.2.1 高级计量高级计量将以智能电表为基础，开展用电信息深度采集，满足智能用电和个性化客户服务需求。对于工商业用户，主要通过企业用能服务系统建设，采集客户数据并智能分析，为企业能效管理服务提供支撑。对于家庭用户，重点通过居民侧“互联网+”家庭能源管理系统，实现关键用电信息、电价信息与居民共享，促进优化用电。(1) 业务现状及发展趋势 当前现状当前主要通过低压集抄方式进行计量采集。目前多以配变台区为基本单元进行集中抄表，集中器通过运营商无线公网回传至电力计量主站系统。目前一般以天、小时为频次采集上报用户基本用电数据，数据以上行为主，单集中器带宽为10kbps级，月流量35MB。 后续发展趋势未来在现有远程抄表、负荷监测、线损分析、电能质量监测、停电时间统计、需求侧管理等基础上，将扩展更多新的应用需求，例如支持阶梯电价等多种电价政策、用户双向互动营销模式、多元互动的增值服务、分布式电源监测及计量等。近期主要呈现出采集频次提升，采集内容丰富、双向互动三大趋势。采集频次提升，为更有效地实现用电削峰填谷，支撑更灵活的阶梯定价，计量间隔将从现在的小时级提升到分钟级，达到准实时的数据信息反馈。采集内容丰富，对于家庭用户，未来除用电家庭为单位的整体用电信息，采集内容将延伸至用户住宅内的室内网络（HAN），实现户内用电设备的信息计量。此外，随着以双向方式将分布式电源、电动汽车、储能装置等用户侧设备接入电网，电网计量观测范围将进一步加大。双向互动，通过推广部署家庭能源管理系统，通过智能交互终端，辅助用户实现对家用电器的控制，包括家电用电信息采集、与电网互动、家电控制、故障反馈、家电联动、负荷敏感程度分类等，同时，给用户提供实时电价和用电信息，并通过 APP 的方式，实5G助力智能电网应用白皮书5G助力智能电网应用白皮书14 1555GG现对用户室内用电装置的负荷控制，达到需求侧管理的目的。中远期，为了减少集中器对所辖大量电表轮询采集而产生的时延，避免集中器单点故障导致的大面积采集瘫痪，提升网络集约化水平，在技术产业推动下，智能电表、智能插座等直采的方式将逐步推广。这种情况下，网络连接数量将有 50-100 倍的提升。图 2-5 未来高级计量场景(2) 未来的通信需求 带宽：上行 2Mbps，下行不小于 1Mbps 时延：一般的大客户管理、配变检测、低压集抄、智能电表为在 3 秒以内，需要精准费控的场景，时延要求小于 200ms。 可靠性：要求高，99.9% 隔离要求：属于电网 II 区业务，安全性要求低于 I 区，但须与 I 区实现逻辑隔离，与 III 区实现物理隔离。 连接数量：集抄模式 X*100 个 /km2；下沉到用户后翻 50100 倍，可达千级 /km2，甚至万级 /km2。2.2.2.2 智能电网大视频应用主要包含变电站巡检机器人、输电线路无人机在线监测、配电房视频监控、移动式现场施工作业管控、应急现场自组网综合应用五大场景。主要针对电力生产管理中的中低速率移动场景，通过现场可移动的视频回传替代人工巡检，避免了人工现场作业带来的不确定性，同时减少人工成本，极大提高运维效率。(1) 业务现状及发展趋势 变电站巡检机器人该场景主要针对 110kV 及以上变电站范围内的电力一次设备状态综合监控、安防巡视等需求，目前巡检机器人主要使用 WIFI 接入，所巡视的视频信息大多保留在站内本地，并未能实时地回传至远程监控中心。未来变电站巡检机器人主要搭载多路高清视频摄像头或环境监控传感器，回传相关检测数据，数据需具备实时回传至远程监控中心的能力。在部分情况下，巡检机器人甚至可以进行简单的带电操作，如道闸开关控制等。对通信的需求主要体现在多路的高清视频回传（Mbps 级），巡检机器人低时延迟的远程控制（毫秒级）。图 2-6 智能巡检机器人应用场景 输电线路无人机巡检该场景主要针对网架之间的输电线路物理特性检查，如弯曲形变、物理损坏等特征，该场景一般用于高压输电的野外空旷场景，距离较远。一般两个杆塔之间的线路长度在200-500米范围，巡检范围包括若干个杆塔，延绵数公里长。典型应用包括通道林木检测、覆冰监控、山火监控、外力破坏预警检测等。目前主要是通过输电线路两端检测装置，通过复杂的电缆特性监测数据计算判断，辅助以人工现场确认。目前亦有通过无人机巡检，控制台与无人机之间主要采用 2.4G 公共频段的 WIFI 或厂家私有协议通信，有效控制半径一般小于 2Km。可见光摄像头红外摄像头照明装置变压器智能 电表 智能 电表智能 电表低压集 抄终端非侵入式负荷识别95598 . 网上营业厅微信 . 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