电力5G切片在城市配电网中的应用及经济效益研究

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.01.009

摘要/Abstract

摘要：

“零停电”“零闪动”的背后是新时代一流城市配电网的坚强保障。为了高度匹配新型电力系统通信需求，解决业务接入难点问题，从城市配电网通信现状的局限性角度出发，技术上以5G网络的超高带宽（eMBB）、高可靠超低时延（uRLLC）、超大规模连接（mMTC）三大特点为基础，结合5G切片技术，构建配电自动化、差动保护、精准负控等专属网络应用场景，归纳其关键通信需求，使其管理更灵活、高效、经济与安全。根据部署的3种通信组网数据对比，电力5G切片给电网带来的经济效益更大，从技术应用和经济效益2个层面论证电力5G切片赋能城市配电网的可行性。

关键词: 城市配电网, 新型电力系统, 专属网络, 安全, 经济效益, 5G切片

Abstract:

A cutting-edge municipal distribution network is the powerful backing of "zero power outage" and "zero flash". Considering the limitations of current municipal distribution networks，5G network technology offering three generic services， ultra-high bandwidth（eMBB）， ultra-reliable and ultra-low delay（uRLLC） and ultra-large scale connection （mMTC）， is taken to support the upgrading of new power system's communication needs and to solve the difficulties in service access. Special network application scenarios such as distribution automation， differential protection and precise negative control are constructed based on 5G slicing technology. Key requirements for communication are summarized to make the network management more flexible， efficient， economical and secure. According to the comparison of the data from three deployed communication networks， the economic benefits brought by the 5G slice to the power grid is more prominent. The feasibility of the 5G-enabled municipal distribution network is verified from technical applications and economic benefits.

Key words: municipal distribution network, new power system, exclusive network, security, economic benefit, 5G slicing

中图分类号:

TK01

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图/表 16

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参考文献 20

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常规通信技术	城市配电网应用场景	城市配电网应用局限性
PLC	高级计量	扩展性差、带宽有限、维护难度大
光纤/SDH/OTN	配电自动化	施工难度大、周期长、工艺复杂、成本高
无线	无人机巡检	带宽有限、安全风险高、覆盖面积有限
3G/4G/LTE	高级计量/无人机巡检/配电自动化	功耗高/缺乏服务质量保证/LTE全覆盖成本高
5G	智能配电网	灵活性高、延迟低、带宽高、可靠性高

电力5G切片	技术特征
E2E传输	切片之间相互隔离，传输、核心网等相关子域共同构成了5G网络切片包括传输网、核心网和接入网
按需定制、编排	根据电力多样化业务需求提供按需编排的网络能力，分布式特征可以依据具体业务需求在指定位置部署，以此满足业务时延的实际需求
自动化运维	传统单一大网络中实现全自动化较难，通过切片技术切割成多张安全隔离的电力通信专属网络，对切片生命周期有关环节操作进行分割，每个环节均能支持人工、全自动的处理方式，扁平化的网络会实现运维自动化
安全隔离	从逻辑视角看，切割出多张专用网络不会干扰相互间的切片业务，根据所需应用场景配置相应的切片网络

项目	需求
带宽/（Mbit·s^-1）	≥2
时延/µs	集中式FA：遥测≤10 000，遥信<10，遥控<50；智能分布式FA：<20 000；设备到设备（Device-to-Device，D2D）单向时延
抖动/ms	≤15
可靠性/%	99.999
安全隔离	Ⅰ/Ⅱ区业务和Ⅲ/Ⅳ区物理隔离，资源独享（E2E硬切片）
5G终端需求	可用CPE（以太网/RJ45/RS232/RS485接口）

项目	光纤通信动作时间		5G通信动作时间		动作时间差
项目	STU3	STU4	STU1	STU2	S1-3	S2-4
装置记录	42.54	40.49	49.85	48.69	7.31	8.00
录波记录	52.31	50.31	59.92	58.46	7.61	8.15

项目	需求
带宽/（Mbit·s^-1）	≥2
时延/ms	<15（D2D单向时延，需要UPF下沉）
抖动/μs	±50
可靠性/%	99.999
安全隔离	Ⅰ/Ⅱ区业务和Ⅲ/Ⅳ区物理隔离，资源独享（E2E硬切片）
5G终端需求	可用CPE（以太网或RS485接口）