電力5G無線通信

1、5G應用場景說明
　　隨著5G技術的逐漸成熟及各種應用標準的凍結，利用5G高帶寬、低時延、海量連接的特性，能夠更加可靠、穩定、高效的承載電力系統的各種業務，在各種業務系統中均開始進行測試并推廣使用。
 

一、配網運行狀態感知
　　配電自動化作為配電網運行管理的重要手段，有效的實時監控配電終端，能夠提高配電網供電可靠性和供電質量、提升配電網生產及運行管理水平。
　　配網終端分布廣泛、數量龐大，利用5G技術海量連接、大帶寬的特性，將配網終端通過無線方式回傳，能夠實現配網終端快速、大面積、有效覆蓋，保證小區內百萬級終端接入，有效減少配網自動化通過有線方式接入投資，降低施工難度，實時感知配網終端狀態。
 

二、差動保護
　　通過對變壓器連接線路的電壓差、電流差實時監控，保證在變壓器出現故障時，能夠及時切斷變壓器其他線路，保證設備、線路、人員的安全。
　　利用5G技術超低可靠低時延的特性，通過無線的方式實現差動保護業務的接入，能夠快速響應差動保護業務，保證電網設備、線路及人員安全。
 

三、智能巡視機器人
　　通過巡視機器人，實現對變電站設備狀態的自動巡視，通過機器人傳回的視頻等數據，后臺自動分析設備當前狀態，及時發現并消除設備安全隱患。
　　利用5G技術大帶寬、超低可靠低時延的特性，將巡視機器人采集的大量視頻數據實時回傳至主站，能夠提升變電站智能運維能力，及時發現人眼不可察的安全隱患，保證變電站設備安全運行。
 

2、技術方案選擇
　　目前，僅運營商分配有5G商用頻點，為了實現電網配電自動化、差動保護、機器人巡檢等業務通過5G技術穩定、可靠回傳至主站，需要借助運營商的5G網絡，采用切片技術，由運營商為電力用戶切分專用無線資源，保證電力業務的安全回傳。
　　綜合接入的經濟型、實施難度，初期采用全依托運營商網絡的方式，運營商采用分組切片的技術手段，切分一部分資源作為電網專用資源，電力新增5G終端，通過運營商基站、回傳網，將數據傳輸至運營商核心網后，通過運營商-電力光纖專線，將數據傳輸至電力各業務系統。

圖1 電力完全租用運營商5G網絡

　　在業務系統接入數量達到一定規模后，為了進一步減少業務傳輸延時、提升電網業務自主管理、增強電力業務安全性，5GC控制面復用運營商的前提下，需要在電力核心機房新增用戶面MEC+UPF模塊，通過邊緣計算，將電網終端業務直接回傳至電力主站業務系統，不需要經過運營商核心網匯聚后再傳回至電力主站業務系統，大大提升了電網業務的安全性、進一步降低業務延時。
 

系統組網如下：

圖2 MEC+UPF下沉至電力

應用場景一：配電自動化
　　在環網柜、柱上開關等配網終端部署5G無線CPE設備，與數據采集器互聯，通過無線的方式，將數據回傳至主站配網自動化系統。
 

1、組網拓撲

　　租用運營商的已建成的5G網絡，核心網采取5G切片技術，邏輯隔離公網業務和電力業務，避免電力業務與公網業務互相影響以及安全風險。從核心網外網出口經由運營商內部傳輸至離武漢供電公司最近基站機房，最后使用光纜連接武漢供電公司機房防火墻。防火墻與核心網出口建立GRE隧道，忽略中間傳輸路由交換，簡化網絡拓撲。
　　為了避免采用公網傳輸以及配網終端接入引發的安全風險，采取了以下措施進行防范：
　　1、環網柜側：CPE采取綁定MAC地址等措施，避免未授權終端接入引發安全風險；
　　2、供電公司機房：防火墻配置安全策略，限定訪問自動化主站的IP以及端口，僅開放2404端口，其余端口均禁止通過，攔截除DTU正常業務數據外的數據包。
　　本次選取環網柜進行測試，并使用遠程遙控達到送電目的。
 

2、實施步驟
　　1、營業廳開1張SIM卡，獲取相應開戶信息；
　　2、SIM插入5G CPE中，正確設置APN參數，開啟CPE虛擬服務器功能，開啟2404端口轉發；
　　3、筆記本配置DTU IP后模擬DTU終端設備， Ping測試配網自動化前置機，測試端到端延時；
　　4、5G CPE LAN口連接DTU網口1后。主站和DTU進行聯調，測試DTU上線和三遙功能。
 

3、測試結果
　　5G CPE接收的信號強度，-109dBm，CPE正常入網；
　　配網自動化主站配置DTU后，DTU上線正常；
　　DTU設備與主站通訊正常，且能正常收發加密報文；
 

應用場景二：差動保護
　　在差動保護系統中部署5G無線CPE設備，接入運營商5G基站，數據回傳至運營商后，通過光纖專線回傳至電網。
 

1、組網拓撲

　　核心網采取5G切片技術，邏輯隔離公網業務和電力業務，避免電力業務與公網業務互相影響以及安全風險。
 

2、實施步驟
　　1、營業廳開2張SIM卡，并開通SIM卡間的互訪功能；
　　2、2張SIM插入5G CPE中，正確設置APN參數，開啟CPE橋接功能；
　　3、兩臺筆記本模擬主機，進行互Ping測試，測試端到端延時。
 

3、測試結果
　　5G CPE正常入網， 信號強度為-109dBm；
 

應用場景三：智能巡視機器人
　　在變電站內設置巡視軌道，部署傳感器，在巡視機器人上嵌入5G通訊模塊，巡視機器人按照預設的軌道，將采集到的視頻等數據通過就近基站實時回傳至核心網后，由智能巡視系統后臺對數據實時分析，掌握設備運行狀態。