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5G的发展会对电力电气行业产生哪些深远的影响

来源:智能电力网 时间:2020-12-17 19:38:14 发布信息

    随着5G商用化的铺开,各行各业都在积极探索5G赋能行业的方式。电力作为与通信息息相关的行业,5G的到来势必会为现有的电力行业运行带来变革。


短期内,在电力通信系统中5G难以替代光纤

      在电力行业领域中,电力设备分为一次设备、二次设备和三次设备。一次设备是指主电网从输电到配电,也就是把电从发电厂升压再降压直到客户可以使用的主要骨干设备,比如变压器、开关、线路、电缆等;二次设备主要是指使电力系统设备能继续保持供电的保护装置等设备;三次设备指能支撑远程动作和通信系统等设备。而这些全部整合起来就是完整的电力网。


      通信系统作为电力的三次设备,主要是保证一次设备和二次设备的安全可靠运行。通信系统除了实现远程人与人之间的语言交流外,另一个功能就是保证电网所有设备的信号及时传输并判断设备是否正常,如有异常可立即启动保护装置,切断故障,恢复正常的电网运行。早期电网通信主要通过载波,存在很多弊端,有信号盲区也有信号叠加。随着电力光纤的发展,彻底实现了远距离的信号准确无障碍传输,且光缆内的所有通信对数之间的传输信号互不交叉影响。


      从传输的稳定性上看,5G靠递次基站传递信号达到功能目的,中间传递信号的基站一旦出现故障或者电源故障,那么整个区间的信号覆盖率会受到极大影响,传递质量无法保障。无线传输在任何时候都会遇上此类可能的情况产生,这也是无线传输难以解决的问题。而有线传输只有在高度人为破坏的因素或者战争情况下才会发生断网。因此,对电力行业来说,维护电网的稳定运行是最基础的前提,在没有完全改进和验证5G传输稳定性的情况下,5G目前很难替代现有的光纤。


      而从成本上看,光纤在20年前就已经全部商业化,所以5G即使全面完成商业化,其成本也会远高于光纤。所以目前情况下,将传统光纤替换成5G并不能有效降低成本。


5G对电力行业的六大革新

      虽然短期内5G难以替代光纤,5G也拥有其独有的优势:在地貌非常复杂的情况下,如在河流不断交叉的山区架设电力设备,光纤接入难度和成本将远高于5G,此时,5G的商用价值就能大大增强。同时也为在环境恶劣情况下铺设电力设备提供了可能性。


      电力系统已经有相对成熟的通信模式和数据中心的应用,而5G的应用更适合体现在移动终端上的使用。5G网络的超快速响应可以提高现有电网的可靠性,并将一些以前无法实现的管理功能变为现实,拓宽电力行业的边界。


      第一,5G使能低压用电的信息采集,低压主要指电网中220V~380V这一层的电压等级,低压用电客户主要为居民客户和商业客户。低压用电信息采集是指把居民家里和商户的表计所采集数据传输到电力公司的相应平台上,后台用这些数据来判断居民和商店用电的合理性。未来随着5G基站的全面铺开,5G高覆盖的特性将全面改变低压用电采集的效率,从而降低成本。另外,5G的高速率将能支撑更大量的数据采集,为未来AI和数据中心的相关应用建立基础。


      第二,5G助力实现毫秒级精准负荷控制。毫秒级精准负荷控制指对大工业客户一般35kV供电以上的客户群体,如果电网有频率波动大机组跳闸等异常情况,要在毫秒内准确定向切除工业企业负荷,保证电网安全。5G的低延迟特性使得在电网有频率波动时能做到及时反馈,及时应对,最大程度保证工业用电安全。中国电信江苏公司、国网南京供电公司与华为公司在南京今年成功完成了全球首个基于5GSA网络的电力切片测试。测试证实切片具备安全隔离性,能够实现电网对于负荷单元毫秒级精准管理的业务需求。


      第三,在可再生能源发电领域,5G可实现高效的分布式电源接入调控。可再生能源发电指风力发电、光伏发电和生物质发电等,他们的共同特点是根据风场、光场的特点,进行分布式建设,有别于集中发电的集中能源模式,被称为分布式能源。5G可满足其实时数据采集和传输、远程调度与协调控制、多系统高速互联等功能,并使通信的模式传输方式更加稳定快速。


      第四,5G其适合移动终端的特性,在电力巡检过程中也将发挥很大的作用。电力对其所属的电力设施巡查具有刚性的规定:35kV及以上的设备每月必须巡查一次,10kV及以下设备每周巡查一次。此前城区的设备巡检都是用车辆载人进行定期例巡,农村区域都是靠人翻山越岭,跋山过河进行例巡。现在国家电网有了户外户内的智能机器人巡检、直升飞机加无人机的巡视手段,加持5G,智能巡查设备将能够搭载更多监测功能,加强搜集信息范围和效率。如使用具备行为数据分析功能的移动布控球能对划定区域进行监控,当有异物或无关人员出现就会自动报警,同时还能确保作业区域内施工人员正确佩戴安全帽和工作服。红外设备能实时监测设备温度和环境温度,一旦情况异常,数据会被立即发送至调控服务器,并在温度越限时,自动报警至智能巡检平台,从而提升响应速度、提高安全性。在4G的情况下,由于传输速率的限制很难做到多维度的监控事实反馈,而5G使得未来巡查全面智能化成为可能。


      第五,在智能电网的建设过程中,5G以更快、更细、更准的差异化和确定性网络能力,为配电通信网接入通信覆盖提供了新的解决方案。目前的配网计量全部依赖光纤,将电力配网终端采集的数据如电流、电压、负荷、功率因素、线路损耗等传输到平台。如果城市的5G覆盖全部完成,未来电力行业可能会考虑租用通道替代目前没有光纤到位而租用4G通道作为无线传输的一些终端设备,也可能作为全备用传输数据保障。而对于一些特殊的大跨径、大长度的特殊设备,如跨江隧道及大桥内的电缆的在线监测,这些通道非常狭小,人员正常通行检测非常困难,5G为这种非常特殊环境中的设备在线检测提供了新的途径。


      第六,5G行业本身的发展也会拉动对电力的需求,电力行业应在5G部署的大趋势下积极与5G行业领头公司积极寻求合作,探索新的商业模式,实现双赢。2020—2023年将是我国5G基站建设的高峰期,5G基站在运行期间的耗电能力十分惊人,相比4G基站平均高出2~3倍。在高昂的电费成本下,未来5G运营商和电力公司的相互合作会更为紧密。


      目前运营商正在积极试点5G基站削峰填谷供电的应用:在用电低谷时段储存能源,在高峰时段使用储存能源为5G基站供电,可以平衡电网用电高峰和低谷时段的整体负荷。据测算,单基站可节省用电费用20%,大大降低5G基站运维成本。另外由于5G基站布点密集,目前已广泛布局的电力杆塔是建设5G基站可利用的优良资源。国网浙江电力正积极参与浙江省智慧杆产业联盟,实现社会基础资源的共建共享共用。


      综上所述,5G对电力行业带来的变革影响是深远的。虽然5G替代目前现有的基础电力设备通信模式可能性较小,但在电力行业的移动终端设备通信中,5G的优势不言而喻。5G的三大技术特性为电网的不同业务提供了差异化网络的服务能力,同时为智慧电网的建设带来新机遇。同时,5G基站的用电也会为电力行业带来巨大的经济效益,可以预见,不久的将来5G和电力行业将形成相互受益、共同促进的局面。

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