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5G 赋能 未来 电力5G 赋能未来电力 | 目录 1 前言 5G 改变社会，电力点 亮未来。5G 如何赋能智慧电网 ？应用场景有 哪些？主要挑战在 哪里？从技术 创新到商业落地如 何穿越？这些 问题催生了这份报 告的诞生。 从 2014 年开启 5G 场景需求的制 定、技术研发和测 试验证工作， 到 2018 年全面开展 5G 规模试 验，再到 2019 年实现 5G 试点商 用和 2020 年全面商用，5G 价值 体现由实验室走向 垂直行业应 用，赋予各个行业 完善现有产品 开发、服务提升和 开拓新业务的 更多可能性。 据估算，到 2026 年，5G 将为全 球十个主要产业带来 1.3 万亿美 元的数字化市场规 模，其中能源/ 公用事业（水、电 、燃气等）占 比高达 19% ，市场规模约为 2500 亿美元。电力行业 无疑是 5G 垂 直应用的重点赛道 和风口之一， 5G 通信特点与电力通 信需求高度 契合，在智慧电网 的各大应用场 景中，5G 均可充分赋 能，5G 能 为电力行业带来深 远的社会影 响，并产生巨大的 经济价值。 在这样的背景下， 全球能源互联 网研究院（以下简 称“联研 院”）与德勤中国 共同撰写本报 告。依托国家电网 公司电力通信 网络技术实验室， 联研院的周飞 先生、李炳林先生 、吴鹏先生、 郭云飞先生基于对 电力行业的深 刻理解，对 5G 在电力行业 四大 应用场景进行了仔 细梳理，并对 各场景下的具体应 用、体系架构 和通信需求进行了 详细分析。德 勤中国的蒋颖女士 、郭晓波先 生、张慧女士和屈 倩如女士基于 多年咨询服务经验 及电力行业深 度观察，指出了 5G 电力行 业应 用的主要挑战，并对 5G 在电 力 行业商业落地的关 键措施提出了 建设性意见。这些 有益的研究、 分析、探讨紧扣生 态内企业对 5G 赋能电力的主要疑 问，报告撰写 团队也进行了深度 思考和建设性 建议，这必将帮助 相关企业积极 应对挑战，实现从 技术创新到商 业应用的跨越。 过去未去，未来已 来。祝大家开 卷有益，阅读愉快 。 胡新春 博士 德勤 5G 应用研究院 院长5G 赋能未来能源 | 一、5G 驱动未来能源 2 目录 一、5G 驱 动未来电力 1 1.1 从电力行业看 5G 1 1.2 全球及中国 5G+ 电力行业发展 3 二、5G 电 力行业主要应用场 景 7 2.1 控制类业务 8 2.2 采集类业务 11 2.3 移动应用类业务 13 2.4 电网新型业务 14 三、5G 电 力行业应用挑战 17 3.1 安全性与电力业务适配性仍需验 证 17 3.2 找到商用价值与成本的平 衡点 18 3.3 业务模式尚不清晰 19 四、从技术到商业 21 4.1 深度参与标准制定 21 4.2 选择最具潜力应用场景 22 4.3 商业模式创新 23 五、联系我们 275G 赋能未来能源 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 15G 赋能未来电力 | 一、5G 驱动未来电力 1 一、5G 驱动未来电力 未来大部分的电力 场景将搭建在 能源互联网之 上， 能量像信 息一样在网络中随 时随地产生和 共享，其发展 呈现 出新的趋 势和特征：发电清 洁友好，融合 多种清洁分布 式电 源，融合 储能和电动汽车， 融合分散可靠 负荷，具备清 洁低 碳、网源 协同、灵活高效的 特征；输变电 安全高效，具 备态 势感知、 柔性可靠、协调优 化的特征；配 电灵活可靠， 具备 可观可 控、开放兼容、经 济适用的特征 ；用电多样互 动， 具备多元 友好、双向互动、 灵活多样、节 约高效的特征 。 通信技术是各项数 字技术在电力 行业应用的基 础， 是发展能 源互联网的技术支 撑。目前，电 网可以通过不 同类 型的通信 网络进行互联，但 日益多样化的 电力需求需要 一个 更精密、 包容和创新的系统 以满足海量设 备互联互通和 数据 传输。 1.1 从电 力行业看 5G 5G 定义的三大场景 增强移动带宽 （eMBB ） 、 超可靠低 时延通信（uRLLC ）和大规 模机器通信（mMTC ）， 具备超高 带宽、超低时延、 超大连接的技 术特点，在电 力系 统的发电、输电、 变电、配电、 用电、调度， 以及应急通信各个 环节，均可发 挥重要作用， 能够 深刻变革电力通信 网，全面提升 电力信息化水 平。据估算，到 2026 年，5G 将为全球十个 主要产 业带来 1.3 万亿美元的数字化市场规 模，其中 能源产业/ 公用 事业（水、电 、燃气等） 占比最高 为 19% 1 ，约为 2500 亿美元。 图表 1 ：到 2026 年 5G 将 带动 1.3 万亿美元 产业数 字化市 场规模 5G 将带动产业数字化 转型市场 1.3 万亿美元（2026） 来源：Ericsson The Industry Impact of 5G ，德勤研究 19% 18% 13% 12% 10% 9% 8% 6% 4% 1% 能源/ 公用事业 制造业 公共安全 健康养老 公共交通 媒体/ 娱乐 汽车产业 金融服务业 零售业 农业5G 赋能未来电力 | 一、5G 驱动未来电力 2 5G 通信特点与 电力通信 网络需求高 度契合 5G 网络技术的峰值速 率、区域速 率、边缘速率 ， 都比 4G 大幅提高。5G 峰值速 率最高可达 20Gbps ，满足高清视 频、虚拟现 实等数据的大 量传 输。5G 的通信时延比 4G 少一 个数量级， 空中 接口的时延在 1ms 左右，因此 为电力差动保 护、精 准切负荷等超低时 延业务应用创 造了条件。5G 网络容量更大，每 平方公里能够 连接 100 万个终端，包括智能家电和 各种智能终端 ，能够满足电 力物联网的海量智 能终端的接入 需求。5G 技术 通 过通信原理的优化 ，会降级传感 器或节点的能 耗，不需要对通信 设备进行更换 电池或者充电 ，给 万物互联提供了很 好的技术条件 。 图表 2 ：5G 通信 特点与 电力通 信系 统需求高 度契合 电力通 信网络 需求 5G 通信 特点 解释 确保可 靠运 行 高可靠 性 电力系 统安 全可靠 运行 为基本 要求 ，5G 高可 靠性 可提 升电 网可靠 度 灵活响 应与 精准控 制 低时延 电力系 统需 灵活响 应， 部分业 务达 到零 中断，5G 毫秒 级时 延可满 足电网 实时 通讯需 求 海量数 据传 输 高速率 电网物 联网 应用规 模持 续提升 ，带 来海 量实时 测量 数据 于 视频皆 空数据 ，5G 告诉 率特 性可提 供有 力支 持 万物信 息互 联 广连接 电网超 大规 模智能 终端 设备连 接需 求可 以被 5G 广连 接性 满足 设备电 池寿 命保障 低能耗 5G 优化通 信硬件 协议 ，提升 电网 设备 使用寿 命 来源：电网技术 、德勤研究 5G 特点与智能 电网性能高 度匹配 基于 5G 的智能电网将充分 支持分布式新 能源、分 布式储能、电动汽 车、大功率电 动智能机器等 各种新型电器进入 家庭、商业建 筑、工厂和园 区， 为满足个性化、多 样化、市场化 的能源供应服 务提供连接的桥梁 。5G 为电力终 端接入网提供 了 泛在、灵活、低成 本、高质量的 全新技术选择 ， 为打造更加安全、 可靠、绿色、 高效的智能电 网提 供了强大的基础能 力。5G+ 智能电 网不仅能够 大幅降低用户平均 停电时间、有 效提升供电可 靠性 和管理效率；同时 可以极大的丰 富和扩展电网 应用场景，降本增 效，助力电网 向综合能源服 务商 转型，为用户提供 更好的电力综 合服务。在为 用户供电服务方面 ，其电能质量 、响应速度、 服务 内容均将因 5G 而发生重要 变化。因 5G 而全面 实现智能电网的有 关业务，将大 幅提升电力系 统的 服务质量，基于 5G 的电能 质量监测和治 理， 也将减少因供电引 起的故障或失 效，用户的服 务响 应速度也将十分迅 捷，新能源报 装、电动充电 桩报装、电费结算 、账单查询、 精确到分钟级 的用 电查询都将十分快 捷方便。5G 赋能未来电力 | 一、5G 驱动未来电力 3 1.2 全球 及中国 5G+ 电力行业发 展 目前全球已有 42 个国家和地区部署 5G 商用 ，386 家运营商已宣布对 5G 进行 投资，81 家运营商 已经推出了一项或 多项支持 3GPP 标准的 5G 服务。 标准制定 标准化将确保连入 5G 网络 的各个设备和 解决方案 的互操作性和网络 安全。3GPP（第三代合作 伙 伴计划）是最重要的 5G 标 准制定国际组 织，重点 覆盖交通、能源等 重点通信垂直 应用行业相关 单位。该组织目前 已成功吸纳中 国移动、中国 电信 、中国联通三大电 信运营商及华 为、中兴主要 通信设备制造商等 来自 40 多个国家的 500 家会员单位。 中国电科院（国 网能源互联网 技术研究 院）于 2020 年 4 月成功加入 3GPP 国际标准化组织，标志着电力企业 在参与 5G 国际标准制 定方 面迈出重要步伐。 2020 年 8 月，由中国电信牵头并联合国家电 网、中 国南方电网、华为 、中国移动、 中国联通等 5G 确定性网络产业联 盟成员单位 ，以及海内外 运 营商、设备商等 28 家成员单位提 交的 5G 智能 电网研究项目在 3GPP R18( 第 18 版) 标准中成功立项。该项目研究范围 包括传统能源 系统服务、远 程控制、远程保护 、计量以及高 级计量基础设 施、 分布式发电、分布 式自动化、需 求响应、能源 管理系统和配电管 理系统等智能 电网服务。是 第一 次定义 5G+ 智能电网端到端 标准体系架 构，为 5G+ 智能电网的快速 发展奠定标准 框架和平台。 商用部署 全球各国高度重视 5G 发展 。欧盟将发展 5G 作 为构建“ 单一数字市场” 的关键举 措，计划 2020 年 底在所有成员国部署 5G ，重 点放在 5G 垂直行业 如 汽车、医疗及电力 领域的应用。 美国 5G 发展 规划主要围绕美国 三大运营商开 展，截至目前 AT&T 和 T-Mobile 已宣布实现全美 境内的 5G 网络低 频段覆盖。美国 5G 规划重 点在于建立共 通的 5G 软 件标准，使之适用 于任何 5G 硬件设备， 以摆 脱对 5G 设备商的依赖；目 前考虑使用美 国公司包 括戴尔、微软、AT&T 作为发展美国 5G 基础 设 施的主导者。2020 年 3 月日本三大电信运营 商相继 推出 5G 服务，标志日本正 式进入 5G 时代。 韩国已经在 2018 年平昌冬奥会期间开展 5G NSA 预 商用试验，并在 2019 年 3 月开始商用部署。 中国自 2014 年便开始 5G 场景需求的制定、技术 研 发和测试验证工作 ，2018 年全面开展 5G 规模 试验，2019 年实现 5G 试商用，2020 年实现全面商 用。 2020 年是中国 5G 建设的关键年。三大运营 商计划 年底建成 55 万个 5G 基站，其中中国移动 计划 目标是 30 万个，中国联通和中国 电信计划联合 建 设 25 万个 5G 基站。然而根据运营商前三 季度 财报，5G 建网任务现 已超额完成 ，SA 核心 网覆盖 31 个省区市所有地级以上 城市。据工信 部数 据，至 9 月底，全国累计开通 5G 基站 69 万个，超 过全球总数的 75% ，连接用 户数超过 1.6 亿， 行业应用的基站数 超过 3.2 万个，涌现出数据采集 和感知、高清视频 、机器视觉、 精准远程操 控、现场辅助、数 字孪生等典型 应用场景。5G 赋能未来电力 | 一、5G 驱动未来电力 4 图表 3 ： 全球 5G 商用 中国稳 居领 导地位 主要国家 5G 商用进 度 2017 2018 2019H1 2019H2 2020 After2021 第一波 中美日韩 ，欧洲部分国家 5G 技术研 发试验 商用 大规模 商用 第二波 欧洲大部 分国家 5G 技术研 发试验 商用 大规模 商用 第三波 亚太，美洲新兴国家 5G 技术研 发试验 商用 中国领 跑 5G 美国 5G 综合 实力领 先 中国已 经成 为 5G 技术 引领 者。5G 商 业合 同覆盖 30 个国家， 其中 20 个来 自欧 洲 中国已 经开 始使用 商用 5G 的城市 数量 处于 全球 前列 预计 2030 年 5G 对 经济增 加值 的直 接贡献 将超 过 3 万亿元， 对当 年 GDP 增长 的贡 献率将 达到 5.8% 2020 年中国 5G 手机 出 货量 预计 达到 1.4 亿 台， 全球占 比近 8 成 中国已 经启 动 6G 技术 研发 中国目 前 5G 基 站占 比全 球超 60% 目前美 国 AT&T 公 司实 现了 5G 网络 全国 覆盖， 企 业用户 及个 人用户 均可 接入 T-Mobile 日前 宣 布其 中频 5G 覆 盖已扩 展至 81 个 新城市 ，并 且正在 推进 一项计 划， 以在 2020 年底 前在数 千个 地方将 Sprint 的 2.5GHz 频谱 资产利 用 起来 2020 年苹果公 司推 出 5G iPhone ， 考虑 到该 品牌 在美国 智慧 手机市 场近 40% 的份 额，预 计 2020 年 5G 手 机将占 美国 手机总 销量 的大 约 20% 美国四 大移 动运营 商的 5G 用户数 已达 408.2 万户 来源：德勤研究 产业落地 2020 年 3 月，工信部与国家发改委印发关 于组织 实施 2020 年新型基础设施建设工程( 宽 带网络 和 5G 领域) 的通知， 明确提出了重 点支持面向智 能电网等七大领域的 5G 创 新应用。通知 指出 在面向智能电网的 5G 新技 术规模化应用 方面，将 基于 5G 新型网络架构及智 能电网场景， 开展 5G 端到端网络切片及 资源调度系 统研发，研发 网 络关键设备和原型 系统，提供融合 5G 技 术的智 能电网整体解决方 案。 在国家政策指引下 ，各地纷纷提 出了 5G 智能电网 建设计划，雄安、 内蒙古、云南 、海南等地纷 纷启动 5G 智能电网建设。 以雄安为例，5G 正在与 电网工程建设深度 融合，现已开 展基于 5G 网5G 赋能未来电力 | 一、5G 驱动未来电力 5 络的电力业务适配 性试点验证工 作，选取配电 自动 化、用电信息采集 业务进行了业 务承载性能测 试。此外，国内首 个基于 SA （独立 组网）架构的“5G+MEC （移动边 缘计算）” 电力保护物联 示范 工程于 2020 年 10 月在雄安正式投运，核心技术达 到国际领先水平。 电网公司是 5G 智能电网技 术攻关及工程 实践的引 领者和主导者。国 家电网开展了 广泛的 5G 业务 研究和应用实践， 主要在 5G 智能电网架 设、控制 类业务如配网差动 保护、移动巡 检类业务如视 频交互上着力。国 网青岛供电公 司、中国电信 青岛 分公司和华为公司 联合开发的青岛 5G 智能 电 网项目一期工程于 2020 年 7 月正式交付投产。据 报道，此项目既实 现了电网对配 电线路故障在 几十毫秒内自动切 除，又通过削 峰填谷电源节省 5G 单基站电耗 20% ，缓解“ 功耗过高” 这一困扰 5G 运营的最大难题。 南方电网也 积极开展了试 点 和应用合作，重点 攻克 5G 智能电网的控 制类业 务如配网差动保护 。南方电网与 中国移动在广 州市 南沙区明珠湾区域 建立最大 5G 智能电网 应用 示范区，应用场景达 54 个，目前 已完成上线业务 14 个。 与此同时，运营商 也加快了与电 力行业开展 5G 合 作的步伐，进行了 一系列 5G 赋能电力行 业的 实践。实践横跨控 制类业务如精 准负荷控制和 配网 差动保护，采集类 业务如用电信 息采集，以及 移动巡检类业务。 此外，一些电 力设备企业也 蓄势 待发，积极入场， 与通讯设备企 业进行深度 合作。5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 6 s5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 7 二、5G 电力行业主要应用场景 5G 在电力行业主要有 四大应用场 景，分别为控 制 类业务、采 集类业务、移动应 用类业务、以 及以多站融合 为代 表的电网 新型业务。在控制 类业务中，5G 技术将优化能 源 配置，避免 大面积停电以影响 企业和居民用 电，同时也将 满足 于配电网 实时动态数据的在 线监测应用。 在采集类业务 中，5G 将推动 收集和提供整个系 统的原始用电 信息。在移动 应用 类业务 中，5G 预防安全事故 和环境污染 ，减少人工巡 检 工作量，在 未来可进行简单的 带电操作。在 多站融合业务 中，5G 技术将 推进平台型、共享 型企业建设。 图表 4 ：5G 电力 行业四 大应用 场景 场 景 细分 场景 5G 赋能 通信需 求 带宽 时延 可 靠性 连 接密度 安 全需求 控制 类业 务 1 精准 负荷 控制 根据直流损失 功率的大小通 过精准控制分 散 海 量电力用户可中断负 荷， 实 现电 网与电源、 负 荷互 动 ，达到电力供需瞬时平衡 99.999% 1000 个/ 百 km 强安全需求，要 求资源独享，物 理隔离 2 配网 差动 保护 业务 收集终端采样数据 和运行信息， 通 过 差动保 护算 法对故障进 行快速响应， 若判定为故 障发 生， 断开其中的 开关，精确定 位和隔离配 电网 故障 。 特点是速度快、可动态适应、故障判别 可靠 99.999% 1000 个/ 百 km 强安全 需求，要 求资源独享，物 理隔离 采集 类业 务 3 用电 信息 采集 实 现用电信息的 自动采集 、计量异常监测、 电能质量监测、用电 分析和管理等 功能，用电 信息采集系统由主站 、远程及本地 通道、集中 器和采集器/ 电表组成，移 动 式现场施 工作业 管控 上行2Mbps ， 下行1Mbps 公变/ 专变检测、 低压集抄3 秒， 精准费控99.99% 10000 个 /km 高安全需求，安 全加密认证，安 全接入区认证， 物联网切片，逻 辑隔离 移动 应用 类业 务 4 移动 巡检 类业 务 包含变电站巡检机 器人、移动式 现场施工作 业管控、应急现场自 组网综合应用 三大场景。 监控 机房整体环 境， 预防安全事故 和环境污 染， 减少人工巡 检工作量，提 高运维效率 ，针 对低 速率移动场 景，监控整体 环境 根据场景不同， 要求可持续稳定 的保障 4100Mbps 多媒体信息时延要 求小于 200ms 。控 制信息时延迟小于 100ms 多媒体信息可靠性 要求 99.9% ，控制 信息可靠性要求 99.999% 集中在局部 区域 210 个 不等 电网 新型 业务 5 多站 融合 业务 提供变电站数据的 本地存储与边 缘计算能 力，网络边缘计算作 为云计算的延 伸，对内支 撑坚强智能电网业务 ，对外拓展能 源服务渠 道，助力 电力物联 网发展，向 社会提供资 源共 享服 务 传输带宽 100Mbps 1G ， 时延 5ms 20ms 集中在局部 区域 101000 个 不等 来源：全球能源互联 网研究院、德 勤研究5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 8 2.1 控制 类业务 电网控制类对通信 需求的典型特 征是低时延、 高可 靠、安全性要求高 ，适合 5G 技术体制下 的 uRRLC 应用场景，典型的业 务有精准切负 荷控制业 务和配网差动保护 业务。 2.1.1 精准 负荷控制 （1 ）应用场景 精准负荷控制技术 是指当多直流 馈入电网发生 多直 流连续换相失败和 故障导致直流 闭锁、受端电 网有功大幅缺额、 频率急剧下降 时，根据直流 损失 功率的大小通过精 准控制分散性 海量电力用户 可中断负荷，实现 电网与电源、 负荷友好互动 ，达 到电力供需瞬时平 衡，支撑能源 大范围优化配 置，避免了大面积 停电的发生， 将电网损失降 至最 小，对企业和居民 用电的影响降 至最低。 基于 5G 通信网络的精准负荷控制 系统由业务 终端 、需求响应终端、 通信网络和主 站系统构成。 其中，业务终端通 过本地网络接 入楼宇需求响 应终 端，需求响应终端 通过 5G 通信网络接入需求 响应系统主站，具 体应用场景如 下图所示。 图表 5 ： 基于 5G 通 信网络 的精准 负荷控制 业务应 用场景 来源：全球能源互联 网研究院5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 9 （2 ）通信需求 精准负荷控制系统 需快速恢复大 电网供需平衡 、确 保电网频率在直流 闭锁故障发生 后约 650 毫秒 内恢复至正常值（50Hz ），因此主 站至终端的切 负 荷指令通信通道传 输时延不能超 过 50 毫秒。精 准 负荷 控制系 统整 组动作 时延 越少， 恢复 电网 故障就 越快 。因此 ，对 通信的 时延 是越低 越好 。 对 通信的需求中，重 点强调时延、 可用性、安全 性、 可靠性。具体通信 需求如下： 带宽：256kbps 时延：控制主（子 ）站到终端时 延 50ms 通信可靠性：99.999% 连接密度：1000 个/ 百 km 网络切片：端到端 硬切片，独享 切片资源 安全：强安全需求 ，要求资源独 享，物理隔离 授时精度：10us 通信方式：主从方 式，永久在线 ，连续高频通 信； 2.1.2 配网 差动保护业 务 （1 ）应用场景 配网差动保护技术 作为一种在高 压输电网中成 熟应 用的电网技术，可 以很好地解决 分布电源接入 对配电网带来的诸 多困扰。其原 理是配电差动 保护 终端比较两端或多 端同时刻电流 值（矢量）， 当电流差值超过整 定值时判定为 故障发生，断 开其 中的断路器或开关 ，执行差动保 护动作，从而 实现了配电网故障 的精确定位和 隔离。 随着大规模分布式 新能源接入配 电网，电动汽 车充 电负荷出现快速增 长，用户供需 互动日益频 繁，配电网的源、 网、荷因其更 强的时空不确 定性 呈现出常态化的随 机波动和间歇 性，配电网的 双向潮流、多源故 障等诸多问题 日益凸显。针 对配 电网多谐波、强噪 声的系统特征 ，采用高精 度、微型化同步相 量测量装置（PMU ） ，满足于配 电网实时动态数据 的在线监测应 用。 配网自动化系统一 般由下列层次 组成：配电主 站、 配电子站（常设在 变电站内，可 选配）、配电 远方终端（FTU 、DTU 、TTU 等）和通信网 络。配电 主站负责对整个配 电系统建模、 实时监控和时 钟同步；配电管理 系统负责对整 个配电网络进 行拓 扑动态分析，将拓 扑变化数据传 递给各个 DTU 或 FTU 终端，同时对各终端的差 动保护功能动 态分 析，并决定其保护 功能投入/ 退出状态。 而配网 差动保护作为配网 自动化系统的 一个子系统，DTU 和 FTU 负责将各自采样数据和跳 闸信息传递给 相邻的终端，并收 集相邻终端的 采样数据和运 行信 息，通过差动保护 算法对故障进 行快速响应。 其特点就是速度快 、可动态适应 、故障判别可 靠等 ，具体应用场景如 下图所示。5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 10 图表 6 ： 基于 5G 的差 动保护 系统 架构 来源：全球能源互联 网研究院 （2 ）通信需求 差 动保 护对电 流差 值的判 断需 基于同 一时 刻的 电流值 ，要 求相互 关联 的两个或 多个 差 动保 护终端 必须保证时间同步 ，其时间同步 精度 10 s ，交互 信息的传输时延最 大不超过 12ms(peer to peer 的 最大时延) ，对 通信的需求中 ，重点强调时 延、可用 性、可靠性。具体 通信需求如下 ： 带宽：10Mbps 时延：业务系统端 到端 15ms ，通信系统 端到端 1 0m s 通信可靠性99.999% 连接密度：1000 个/ 百 km 网络切片：端到端 硬切片，独享 切片资源 安全：强安全需求 ，要求资源独 享，物理隔离 授时精度：10us 通信方式：多方通 信，主从( 自动化业务) 、设备到 设备；永久在线， 连续高频通信5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 11 2.2 采集 类业务 电网采集类业务对 通信需求的典 型特征是点多 面广 ，有线通信方式覆 盖难度大，对 通信时延要求 不高，适合 5G 技术体制下的 mMTC 应用场景， 典 型的业务有用电信 息采集等。 2.2.1 用电 信息采集业 务 （1 ）应用场景 用电信息采集业务 可实现用电信 息的自动采集 、计 量异常监测、电能 质量监测、用 电分析和管理 等功能，用电信息 采集系统由主 站、远程及本 地通 道、集中器和采集 器/ 电表组 成，用电信 息采集 的数据流向包括上 行和下行两类 。上行数据流 是指 低压工商业、居民 用户和公配变 用户的电能表 数据经过采集器（ 可选）上传到 集中器，集中 器经 上行通信通道传到 用电信息采集 系统主站；专 变用户电能表的数 据上传到专变 终端，专变终 端经 上行通道传到用电 信息采集系统 主站。终端多 部署于楼道、屋檐 及小区配电房 等，部分位于 地下 室。 用电信息采集系统 在逻辑上分为 主站层、通信 信道 层、采集设备层三 个层次。主站 层又分为营销 采集业务应用、前 置采集平台、 数据库管理三 大部 分。业务应用实现 系统的各种应 用业务逻辑； 数据采集负责采集 终端的用电信 息，并负责协 议解 析；控制执行是业 务终端执行控 制操作；前置 机用于实现对终端 进行通信管理 和调度。通信 信道 层是主站和采集设 备的纽带，提 供有线和无线 通信信道，为主站 和终端的信息 交互提供链路 基础 。主要有：光纤专 网、无线公网 、无线专网、 中压电力线载波等 通信方式。采 集设备层是用 电信 息采集系统的信息 底层，负责收 集和提供整个 系统的原始用电信 息。具体应用 场景如下图所 示。5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 12 图表 7 ：用电 信息采 集系统 框架图 来源：全球能源互联 网研究院 （2 ）通信需求 用电数据 采集业务 根据不 同用户 的通信速 率不低 于 1.05kbps ，对 于负荷控 制指令 ，传输 速率不低 于 2.5kbps 。具体通信需求如下： 带宽：上行2Mbps ，下行1Mbps 时延：公变/ 专 变检测、低压 集抄3 秒，精 准费控200ms 通信可靠性：99.99% 连接密度：10000 个/km 安全：高安全需求 ，安全加密认 证，安全接入 区认 证，物联网切片， 逻辑隔离 通信方式：永久在 线，频次5 分钟/ 次；5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 13 2.3 移动 应用类业务 移动应用类业务对 通信需求的典 型特征是通信 带宽 要求高，安全性要 求高，适合 5G 技术体 制下 的 eMBB 应用场景，典 型的业务有移 动巡检类业 务 。 2.3.1 移动 巡检类业务 （1 ）应用场景 移动巡检类业务主 要包含变电站 巡检机器人、 移动 式现场施工作业管 控、应急现场 自组网综合应 用三大场景。主要 针对电力生产 管理中的中低 速率 移动场景，对配电 柜、开关柜的 图片、视频进 行采集、识別，提 取其运行状态 、开关资源状 态等 信息，监控机房整 体环境， 预防安全 事故和环 境污染，减少人工 巡检工作量， 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。未 来可进行简单 的带电操作。 变电站巡检机器人 业务主要针对 场景为 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。主要 应用 场景如下图所示： 图表 8 ：移动 巡检类 业务应 用场景 来源：全球能源互联 网研究院5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 14 （2 ）通信需求 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 ）。移动巡检 业务 对未来的通信需求 包括： 带宽：根据场景不 同，要求可持 续稳定的保障 4100Mbps 。 时延：多媒体信息 时延要求小于 200ms 。控制信息 时延迟小于 100ms 。 可靠性：多媒体信 息可靠性要求 99.9% ，控制信 息 可靠性要求 99.999% 隔离要求：基本属 于电网 III 区业务，安全性要求低 于 I/II 区。少量控制功能如巡检机器 人需 远程操作的控制信 息属于 I/II 区。 连接数量：集中在 局部区域 210 个不等。 移动性：移动速率 相对较低，在 10120km/h 范围内。 2.4 电网 新型业务 电网新型业务是随 着智能电网和 电力物联网的 深入 建设而出现的一类 业务，这类个 性化通信需求 较多，缺乏存量业 务前期的通信 积累，而 5G 技术 的出现，能更好地 与传统通信方 式结合，满足 各种电网新型业务 的个性化通信 需求。典型的 业务 有多站融合业务等 。 2.4.1 多站 融合业务 （1 ）应用场景 多站融合业务充分 利用变电站、 新能源场站、 储能 站、电动汽车充电 站、供电营业 厅所、抽水蓄 能电站等场地环境 建设不同等级 和应用场景的 数据 中心站。数据中心 站提供变电站 数据的本地存 储与边缘计算能力 ，网络边缘计 算作为云计算 的延 伸，通过把云计算 平台及其能力 迁移到变电 站、新能源场站等 网络边缘，具 备对高带宽、 低时 延、本地化业务的 更强支撑功能 ，向社会提供 资源共享服务。 多站融合是探索利 用变电站资源 建设运营数据 中心 站、5G 基站、北斗地 基增强站、 充电桩、储能 站等，对内支撑坚 强智能电网业 务，对外拓展 能源 服务渠道，助力电 力物联网发展 ，推进电力企 业搭建共享平台， 更好的为社会 创造价值。典 型应 用场景如下图所示 ：5G 赋能未来电力 | 二、5G 电力行业主要应用场 景 15 图表 9 ： 基于 5G 网络 的多站 融合 应用场景 架构图 来源：全球能源互联 网研究院 （2 ）通信需求 基于多站融合和边缘计算技术可以开展的相关业 务有车联网、高清视频、AR/VR 、智慧安防等业 务，对未来的通信 需求包括： 车联网和高清视频 类业务：传输 带宽 100Mbps 以上 ，时延 10ms 以下。 AR/VR 类业务：传 输带宽 100Mbps-1G 之间，时延 5ms 以下。 智慧安防类业务： 传输带宽 20Mbps 以 上，时延 20ms 以下。 连接数量：集中在 局部区域 101000 个不等。5G 赋能未来电力 | 三、5G 电力行业应用挑战 165G 赋能未来电力 | 三、5G 电力行业应用挑战 17 三、5G 电力行业应用挑战 3.1 安全 性与电力业 务适配性仍 需验证 现阶段 5G 垂直行业应用普 遍面临 5G 网络覆盖尚 不 全面、技 术成熟度有待提升 、应用配套产 业处于培育期 等问 题，电力 行业也不例外。5G 网络 与 4G 网络相比， 可根据业 务需求针 对切片定制安全保 护机制，可基 于切片实现用 户所 需安全分 级服务、切片之间 的安全隔离， 也可实现基于 用户 虚拟网络 的安全部署和安全 管理，在网络 设计上强化了 安全 性。但电 力系统对于通信网 络的可靠性和 安全性有着特 殊的 要求，且 5G 网络切片、核心网 下沉、超低 延时业务承载 、 海量连接等 网络特征对现有电 力安全防护架 构及网络管理 提出 了新的要 求。目前，在尚不 成熟的 5G 技术和 5G 商用环境 下 ，5G 技 术如何满足能源互 联网下的电力 业务安全需求 仍有 待验证。 不同主体需要协同 配合，明确安 全责任边界， 同步 推进 5G 发展与安全防护。 电力企业、网 络运 营商和设备供应商 需要进一步量 化网络的技术 指标 和架构设 计，包括 5G 网络切片 安全性、业务 隔离、端到端业务 时延，协商网 络能力开放、 网络 管理界面等要求， 以提供满足电 力行业多场景 差异化的解决方案 ，并进行技术 验证和示范。 同时 ，发挥政府部门、 标准化组织、 企业、研究机 构等各方的能动性 ，打造多方参 与的 5G 安全治理 体系。5G 赋能未来电力 | 三、5G 电力行业应用挑战 18 图表 10 ：5G 电 力行业 应用安 全风 险 安全风险 挑战 终端安全 海量终 端接 入认证 安全 海量设 备连 接到网 络带 来风险 即使设 备认 证标准 严格 ，设备 厂商 出于 降成本 的考 虑， 可 能仅满 足最 低限度 的终 端安全 要 求 网络安 全 差异化 安全 保护需 求 ： 空口侧 加密 认证 与隔离 安全 5G 网络 切片安 全需 求： 如果没 有采 用适 当隔离 机制 ，当 某 个低防 护能 力的网 络切 片受到 攻 击，攻 击者 可以此 为跳 板攻击 其他 切片 ，进而 影响 电力 系 统正常 运行 网络边 界安全防护需求： 核心网下沉带来的 网络边界模糊，难以 对边界实施细粒度 、高强 度防控 带来 的安全 隐患 新型商 业模 式安全 需求 应用安 全 现阶段 5G 切片并 非为 电力 业务设 计， 使用 过程中 资源 匹配 度不高 ，难 以满足 电力 业务差 异化安 全保 护需求 5G 边缘计 算可部 署多 个应用 ，共 享相 关资源 ，一 旦某 个应 用防护 被攻 破，将 会影 响在 5G 边缘计 算平 台上其 他应 用安全 运行 ，边 缘计算 部分 附加 功 能并非 电力 行业所 需， 导致电 网 资源浪 费和 效率降 低 应用的 产业 链不成 熟， 特别是 在终 端和 模组方 面， 厂家 少 、价格 高、 形式单 一、 业务适 配 差，无 法满 足电力 业务 应用需 求 5G 与电力 业务的 适配 性测试 场景 较为 局限， 需要 在更 大范 围内开 展测 试验证 数据安 全 数据安 全 用户隐 私需 求 来源：德勤研究整理 3.2 找到 商用价值与 成本的平衡 点 5G 的建设和运营成本 仍是行业面 临的挑战。运 营 商曾公开表示，5G 的 高成本来自 “三个 3 ”： 5G 基站数量比 4G 多 3 倍 2 ；单座 5G 基站耗电量 是 4G 基站的 3 倍；单座 5G 基站的价格可能是 4G 基站的 3 倍。5G 基站功率更 大、能耗更高 使得 建设成本和维护成 本大幅增加 据测算一座 宏基站的建设成本 （包括主设备 、动力配套设 施、 土建施工、软件费 用等）约为 40 万元人民 币，单个基站租户 年综合电费约为 2-3 万元 3 。一 边是快速扩张 5G 基站的需 求，一边是尚 不明朗 的投资回报和商业 模式，企业面临 5G 带 来的建设 和运维成本压力。 对运营商而言，2C 用户饱和， 市场增长放缓 ；2B 将成为潜在收入增 长点和主要赛 道。对电力企 业而言，5G 通信的高 速率、高容 量、高可靠性 、 低延时、低能耗与 智能电网电力 系统可靠性、 灵 活响应与协同控制 、海量数据传 输以及电池寿 命与 保障的基本需求相 匹配。5G 能够 助力电网智能 化，并创造新的商 业价值。5G 赋能未来电力 | 三、5G 电力行业应用挑战 19 在国家推动 5G 超预期提速 的背景下，企 业找到商 用价值与成本的平 衡点尤为重要 。企业需要选 择最有潜力的应用 场景，探索共 建共享模式降 本增 效，从而逐步实现