面向泛在电力物联网的5G通信技术原理与典型应用

1、面向泛在电力物联网的5G通信:技术原理与典型应用摘要：泛在电力物联网是物联网在电力行业的一种具体表现形式，是互联互通 的电力网与通信网深度融合的产物，是实现能源互联网的重要举措。第五代移动 通信(5G通信)因具有高带宽、低时延、低功耗等优势，受到各行各业青睐，也将 于泛在电力物联网深度融合。关键词：5G通信；泛；电力物联网；融合；应用；研究展望引言作为新兴的网络互连技术，物联网技术为各种物品与网络之间架起了互连的 桥梁，在电力系统中，电力用户之间以及电力用户与电网公司之间的关系是最为 主要的两种关系，而通过物联网与电力系统的融合能够把它们联系在一起，实现 了网络数据的互联，提升了电力系统运行的

2、时效性。1泛在电力物联网的概念1.1泛在电力物联网的定义泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息互联和交互。 而泛在电力物联网是指电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设 备、供应商及其设备、以及人和物的信息互联和交互。1.2泛在电力物联网的基本特征泛在电力物联网立足现有电网实体与通信技术，将不同能源系统物理互联、 时空信息互联、商业互联相融合，具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创 新的特征。全息感知是指通过RFID、传感器等，动态获取发-输-变-用各个环 节不同设备、不同用户的状态信息。泛在连接指通过电力专网或移动网络将电力 系统中所有设备、用户的信息和数据全时

3、空连接。开放共享指在统一平台上利用 智能技术对数据进行共享和管理，提高数据质量，挖掘有效信息，实现数据上下 贯通，全方位实时交互。2泛在电力物联网的关键技术2.1智能芯片随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用 电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数 据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端 设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决 这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，一方面可以完成 设备信息的采集、提取及传递。2.25G 与 LPWA海量电力数据的传递需要

4、一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往 涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以 传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网 络技术，另一类是以5G和低功耗广域网(LPMA)为主的无线网络技术。泛在电力 物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的 有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电 力物联网网络通信的主要手段。3支撑泛在电力物联网的5G通信通信技术是泛在电力物联网的核心技术之一，是实现万物互联的基本组成部 分。泛在电力物联网可以通过不同类型的通信网络进行互联，而最新发

5、展的5G 通信又具有独特的优势。本节将介绍移动通信的发展历程，剖析5G通信的基本 工作原理，分析5G通信的基本特征以及与泛在电力物联网的契合点。3.1移动通信技术发展历程移动通信技术在近几十年来得到了长足发展，也发生了革命性的变化。第一 代(1G)通信技术主要使用FM调频技术，传输模拟信号，开始应用于实现远程无 限通话；随着集成电路等的发展，第二代(2G)通信技术应运而生，该技术不再传 输模拟信号，而是数字信号，提升了通信的抗干扰性能，各种信息服务开始出现， 这是通信技术一次质的变化。第三代(3G)通信技术和第四代(4G)通信技术在2G通 信基础上进一步提升了网络传输速度：3G通信从真正意义上

6、带来了整个移动互联 网；而目前使用的4G通信，网络速度得到极大提升，进一步推动移动互联网发 展。3.25G通信基本原理从2G通信开始，移动通信技术都是以数字信号作为基础，5G通信也不例外。 移动通信就是利用电磁波在空气中自由传播进行通信，一般包括信号发生器和信 号接收器，包括了调制、解调等基本步骤。与有线通信不同，无限通信的电磁波 信号在空中传播过程中存在反射、衍射、散射等各种情况，通过多个路径抵达目 的地。4支撑泛在电力物联网的5G通信关键技术5G通信技术促进了泛在电力物联网的纵深发展。面向电网业务需求，5G的 性能增强技术使得泛在电力物联网的万物互联蓝图成为现实；面向电网管理，5G 的软化

7、开放技术是协助管理泛在电力物联网最得力的助手，电网由被动变主动， 自由掌控通信；面向电网用户服务，5G的自治优化技术给泛在电力物联网装上 智能大脑，实现以用户为中心的新业态。本节将就5G通信时代泛在电力物联网 关键的性能增强技术、软化开放技术、自治优化技术分别进行探讨。4.1性能增强技术5G通信助力泛在电力物联网的首要任务是达成其他无线通信方式所不能达到 的高性能指标，使5G通信三高两低的特点成为现实并为泛在电力物联网所用。 提升三高两低相关性能的无线通信技术和无线网络技术被统称为性能增强技术。 在性能增强技术中，某些技术有的被广泛研究讨论并且已经比较成熟，成为了 5G 必备的标准技术，可以被

8、称为5G的原理性技术，大规模MIMO技术和超密集异 构网络技术；有的有着十分广阔的前景但还有技术瓶颈尚未有统一定论。4.2软化开放技术软化开放技术是指实现5G通信网络软件化并向网络用户开放接口的相关技 术。泛在电力物联网并不是通信网络和电力网络的简单叠加，而是两者的有机融 合，对两网能进行同时、方便、快捷地管理调度对于泛在电力物联网来说至关重 要。传统的电力通信网控制复杂，需要具备专业人员操作运行，电网必须依托电 信运营商，是网络功能的被动使用者，被封闭在通信网络之外。5研究展望5.1“5G通信网-电力网”联合仿真电力仿真是电力系统分析的重要手段，能够帮助判断未来电力系统运行状态， 判断提出的

9、方案是否存在不安全、不可靠等潜在的风险。目前针对电力系统仿真， 国内外厂家面向不同应用开发了多元化的电力系统仿真软件，例如PSCAD等；在 通信领域，为了保证通信系统的安全可靠运行，在系统规划或运行之前可需要进 行仿真分析，例如OPNET等。5.2多元化的商业模式5G通信新技术的助力，将在泛在电力物联网中孕育出全新的商业模式，也让 之前难以落地的商业模式成为可能。例如可交易能源(transactiveenergy )环境下实 现个人对个人(peertopeer，P2P)交易，5G通信的端对端通信技术就能使P2P交易 成为可能，交易通信成本极大降低；又如虚拟电厂技术，5G通信助力海量对象的 协调，保障虚拟电厂的可行性。结语2019年是泛在电力物联网的元年，为未来能源互联网建设提出了更加明确的 目标；20