5G商用将大力推动泛在电力物联网建设,5G切片技

2019-11-08 作者:公司文化   |   浏览(161)

电科院信息通信研究所总工程师汪洋 以5G助推泛在电力物联网建设

原标题:5G与电力的“那些事儿”

国家电网携华为 中国电信 完成全球首个5G网络的电力切片测试

电力行业首个泛在物联网与5G联合应用实验室在沪成立

2019年7月10日

在第六届世界互联网大会·乌镇峰会期间,一款无人驾驶的5G电动微公交车亮相乌镇。这是全球第一款可以在开放道路混杂交通下自动驾驶的5G电动微公交车。跟随5G无人驾驶电动微公交一起亮相的还有5G电动公交车专用充电桩。

2019年4月9日

2019年4月26日

今年无疑是5G商用元年。6月6日,工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G牌照。这意味着中国成为继美国、韩国、英国后第四个5G商用国。

自5G概念提出以来,因其与电力的紧密联系而被业内人士关注。而国家电网公司今年明确提出建设“三型两网”,5G技术在电力行业各领域的应用逐步显现,其技术特性、电能需求、应用领域等正在改变和影响着电力生产运营模式。

近日,中国电信江苏公司、国网南京供电公司与华为在南京成功完成了业界首个基于真实电网环境的电力切片测试,这同时也是全球首个基于最新3GPP标准5GSA网络的电力切片测试。本次测试的成功标志着5G深入垂直行业应用进入到了一个新阶段。

国网上海市电力公司4月24日在沪发布泛在电力物联网5G创新应用阶段性成果,并与中国移动通信集团上海有限公司签署了5G创新应用合作战略协议,共同揭牌成立泛在电力物联网5G通信技术应用实验室。 国网上海电科院发布了泛在电力物联网5G创新应用阶段性成果——基于同步相量测量技术的智能配电网运行关键技术研究的5G通信实验室及示范建设。项目充分验证5G网络的高可靠性、低时延性完全满足配电网PMU测点多、频次高、时延小、数据复杂等要求。未来5G技术实现商用后,融合5G网络的泛在接入技术和切片技术,可有效支持能源互联网业务规模部署和安全接入,推进坚强智能电网和泛在电力物联网的融合发展。 今后,国网上海电力与上海移动将在长期战略合作基础上,在5G基础建设、应用试点、创新研究等领域开展重点合作,实现共赢发展。以双千兆5G应用示范城为平台,积极推进智能分布式配电自动化、精准负荷控制、配网PMU、分布式能源控制、用电信息采集、移动作业、综合视频监控、变电站巡检机器人等5G创新应用研究及示范,助力泛在电力物联网建设,将国网上海电力打造成为全国5G赋能泛在电力物联网示范标杆。双方共同建立电力行业首个泛在电力物联网5G通信技术应用实验室,将以技术研发、检验检测、标准建设、设备认证等方面作为重点建设内容,目标成为泛在电力物联网5G通信解决方案的创新者和5G工控通信安全的守护者。 “4G改变生活,5G改变社会”。5G通信技术为泛在电力物联网发展提供了一种更优的无线通信解决方案,为泛在电力物联网带来更美好的前景。未来,5G将推动电网实现高质量发展、提升客户优质服务水平、拓展新业务新模式,全面提升泛在电力物联网全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新能力。能源互联网的5G深化应用将为上海建成卓越全球城市提供坚强的能源保障。来源:中国经济网

根据中国信息通信研究院发布的《5G产业经济贡献》预测,2020至2025年,我国5G商用直接带动的经济总产出可达10.6万亿元,5G将直接创造超过300万个就业岗位。

关键技术

本次测试基于5G SA电力切片,能够充分利用5G网络的毫秒级低时延能力,结合网络切片的SLA保障,增强电网与电力用户间的双向互动,有效提升在突发电网负荷超载的情况下对电网末端小颗粒度负荷单元的精准管理能力,将因停电所造成的经济、社会影响降至最低。

今年无疑也是泛在电力物联网建设元年。年初,国家电网有限公司创造性提出“三型两网、世界一流”的战略目标。其后不久,公司又召开会议进一步部署,强调当前最紧迫、最重要的任务是加快泛在电力物联网建设。

作为5G前沿技术的一大重要分支,5G切片技术在电力行业存在十分丰富的应用场景,具体包括智能分布式FA、低压用电信息采集、毫秒级精准负荷控制以及能源互联网的分布式电源。这些应用场景都是电力行业的刚需,而5G网络的超低时延、超低能耗、超低成本、高移动性、高带宽等网络能力均能够满足电力业务的实际需要。

华为联合中国电信南京分公司与南京电网,在外场测试环境中基于5G SA网络环境与真实电力终端对电力切片进行了端到端测试。通过中国电信在鼓楼和溧水部署的5G基站,分别进行了室内和室外的近端、中端、远端和障碍遮挡测试,测得电力服务器处理、网络指令传输和电力负控终端处理的端到端时延合计约35ms,时延波动较小,切片的隔离性也得到了充分的验证,满足电网在通信网络下对负荷单元毫秒级精准管理的关键需求。

5G商用将大力推动泛在电力物联网建设,全面提升电网的全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的能力。5G在推进泛在电力物联网建设方面具体有哪些应用?未来电网运营管理将会出现哪些新变化?本刊专访了中国电力科学研究院有限公司信息通信研究所总工程师汪洋。

随着5G技术的成熟应用和物联网的快速发展,能源行业将能够构建起数百亿电力设备和终端互联互通、数据毫秒级实时传输的能源物联网,对分布式电网发展将起到极大推动。凭借传感器、云计算、大数据分析以及低成本的电池系统,若干分布式电网 (微电网)可以自动运行,传统的电力消费者将成为电力生产者,实现电能的自给自足。多个微电网之间可以通过集中式电网有机连接、集中调配控制,实现微网内及整个电网的平衡和最优化配置,也可以通过物联网技术互相连接,整合多分散式的能源、分散式的储能以及分散式的用能,互相调剂余缺,提高能源供应可靠性和利用效率。当分布式电网普及后,集中式电网将受到较大冲击,从电能的主要提供者转变为供电可靠性的保障者,通过发展自动化的本地即时控制技术,确保故障情况下的本地重新配置和电力供应稳定。

中国电信江苏公司政企客户部副总经理詹明非表示:“此次成功测试是在5G行业应用领域基于SA网络取得的突破性成果。下一步三方将继续利用好国家重大专项课题和中国电信5G试点资源,持续联合创新,共同构建5G电力生态圈。5G电力切片的深入实验,也将为中国电信在各个垂直行业提供高标准的5G解决方案能力积累经验。”

《国家电网》:5G 技术在泛在电力物联网领域有哪些典型的应用?

5G基站电力消耗

国网南京供电公司副总经理高昇宇表示:“5G电力切片能够为电网新型业务需求、新型服务模式和新型作业方式提供通信系统的重要保障。未来,国家电网希望与中国电信及华为继续深入合作,增强电网末端用户、设备的感知能力,持续推进泛在电力物联网建设,为构建具备枢纽型、平台型、共享型特征的世界一流能源互联网企业提供助力。”

汪洋:4G时代推动人与人的连接,5G时代将实现人与物、物与物的连接,一个真正的万物互联时代即将到来。

5G设施对能源的要求较高。此外,5G要保证其高速率,就必须通过更高的频段来承载,而高频信号的波长更短,穿透力更弱,这使得5G单基站覆盖面积相比4G要小。也就是说,5G基站的建设密度要比4G基站大。

华为5G核心网领域总经理邱雪峰说:“5G切片要实现网络的按需定义、快速部署、自动化运营、端到端SLA保障和能力开放,核心网是其中的关键环节。华为很早就在5G网络架构演进和切片技术上投入研发,同时积极接触并理解垂直行业,推动网络切片在行业市场的应用。此次基于5G SA网络的电力切片测试成功是5G在垂直行业应用的关键里程碑,其成功DNA将为更多行业应用带来借鉴作用。”

目前,5G技术在泛在电力物联网中的应用处于探索及试点验证阶段,尚无大规模商用。从应用场景来说,主要有三大方面:超大带宽类应用,如4K高清视频监控及无人机巡检;高可靠低时延类应用,适用于对通信时延及可靠性要求较高的控制类电力业务,如配网差动保护;海量连接类应用,适用于电网中传感器数据采集等物联网数据采集类应用,如用电信息采集、移动信息采集等。根据泛在电力物联网建设的要求和不同电力业务的通信需求,我们围绕5G在电力的三大应用场景,开展了有关业务应用5G网络承载的实验及外场测试工作。此外,中国电科院与中国移动成立了无线移动通信与能源互联网联合创新实验室。同时,与中国移动组成5G网络切片工作组,在2018年世界移动大会上发布了5G网络切片白皮书。目前已申请相关专利10项,行业及企业标准2项。

根据中国铁塔的报告,5G基站单系统的典型功耗分别为:华为3500W,中兴3255W,大唐4940W,而一般4G的单系统功耗仅为1300W,5G是4G的4倍。且5G基站的覆盖面积远小于4G基站,如果要实现相同面积的覆盖,5G基站的数量至少是4G的3倍,如此一叠加,5G耗电量将是4G的12倍。

中国电信、国家电网和华为自2017年9月启动电力切片联合创新项目,于2018年1月联合发布《5G网络切片使能智能电网产业报告》,并于2018年6月完成了电力切片业务设计的DEMO展示。三方合作成果在2018年“绽放杯”5G应用征集大赛中获得一等奖。

《国家电网》:公司5G电力切片技术研发进展情况怎么样?

光大证券发布的测算5G基站运行对于用电量影响的研报则认为:

此次测试完成之后,三方还将继续深化合作,计划在后续的第二阶段测试中,基于现网用户用电环境测试“智能监控”等更多应用场景和切片,进一步推动5G在电力行业的商用验证。来源:北极星输配电网

汪洋:公司在5G电力切片相关技术的研究上处于世界领先水平。去年年底,公司联合中国电信、华为公司发布了国内首个5G切片应用场景白皮书《5G网络切片使能智能电网》,提出了面向行业应用的差异化、自动按需构建、相互隔离的5G定制切片需求。今年4月,全球首个基于最新3GPP标准5G SA网络的电力切片已经在南京完成测试。依托5G网络的毫秒级低时延能力,5G电力切片将增强电网与电力用户之间的双向互动,有效提升对于电网末端的精准管理能力,从而在突发电网负荷超载的情况下,做到优先保障最敏感负荷单元的不间断持续供电,提升电网安全性,以及电网实时管控与应急抢修能力。

短期影响。预计2019年年内5G基站的陆续投运对全社会用电量的增量贡献不超过0.2%,而4G基站对2019年全社会用电量的增量贡献约1.1-1.6%。从短期来看,5G基站对用电量的贡献低于4G基站,5G基站建成投运对于全社会用电量的增长影响不明显。

《国家电网》:5G电力切片技术还有哪些亟待解决的难题?

中长期影响。预计5G基站对2023年全社会用电量的增量贡献约1.2-3.7%。定性的说,5G基站大规模建成投运将有效拉动全社会用电量增长,其拉动效果将取决于5G基站建设进度及单站用电能耗等因素。

汪洋:相对于5G网络切片技术,5G电力切片应具备特定行业应用的特殊性,需满足不同电力业务的多种通信需求,同时,还要确保信息安全及运行稳定。5G电力切片对于隔离性、安全性和稳定性的要求更加苛刻。

以上仅为根据5G基站数量以及基站能耗进行的静态敏感性测算。事实上,5G对电力需求的影响将广泛的体现在核心网和IDC的运行、各种新型应用场景、商业模式以及衍生出的海量数据的传输、处理上。

以电网对切片业务的隔离性要求为例。电网对业务隔离要求非常高,既要有接入侧和传输侧的隔离方案,还要在核心网侧构建基于全虚拟化的架构,实现基于虚机与容器等不同层级和颗粒的隔离方式。

5G+电力事件时间轴

当前研发的难点主要集中在三方面:采用什么样的模式与电信运营商开展5G电力切片合作;如何分配网络资源以确保切片资源分配,并保证电力业务对通信性能、安全以及稳定性的更高要求;如何保证5G切片能够提供接入网、传输网、核心网的端到端质量协同和保障方案。目前,中国电科院已经开展了5G电力切片技术适配和应用研究,重点对5G电力切片承载多种类电力业务时的隔离性及安全性开展测试验证。此外,我们与国内三大电信运营商和华为、中兴、大唐等设备企业开展合作,创新研究5G电力切片的资源动态分配技术,从而保证端到端的业务服务质量及不同业务的隔离性。

2017年9月15日

《国家电网》:5G技术对电力系统未来的发展有哪些影响?

中国电信、国家电网与华为联合发力5G切片电力行业应用。三方在项目中将充分发挥各自的技术、产业、市场优势,面向配电自动化、用电信息采集等场景,开展联合技术研发和测试,推动相关技术、标准、产品的成熟,验证通信和电力跨产业合作的应用场景,推动合作共赢产业生态的构建。

汪洋:5G与大数据、人工智能等新一代信息通信技术的深度结合将从更深层次改变电网的形态甚至是生产服务的理念,促进电网从生产端到用户端单向流动的传统电网,向电力企业与用户双向互动的能源互联网加速升级。因此,可以预见,5G技术将推动电网从传统的能源供应商向基于大数据的综合能源服务商转变成为可能。

2018年4月24日、25日

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