大唐移动5G智能电网端到端切片解决方案

一、概述

5G作为当前移动通信技术的最新发展方向，其eMBB，mMTC和URLLC三大典型应用场景，将实现真正的“万物互联”，为移动通信带来无限生机。智能电网作为新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特点，而电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。目前随着大规模配电网自动化、高级计量、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要构建安全可信、接入灵活双向实时互动的“泛在化、全覆盖”电力通信网，5G网络所具备的优越性能，可以更好地满足智能电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求，实现差异化服务保障，提升企业效率和供电可靠性，使得电网更坚强。

电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。其主要由大容量、安全可靠的光纤骨干通信网和支持多业务灵活可信接入的配电通信网，经过多年建设，35kV以及部分10Kv电网通信网已具备完善的全光纤网络和可靠高效的数据网络，光纤资源这些区域厂站、自有物业办公场所/营业所全覆盖。但是在配电通信网侧，采用全光纤覆盖建设成本高、运维难度大，当前公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控。当前随着我国能源清洁低碳转型的深入推进，可再生能源大规模开发利用，分布式能源、储能、电动汽车等交互式能源设施快速发展，各种新型用能形式不断涌现；必须发展泛在电力物联网推动电网向能源互联网升级，以数字技术为传统电网赋能，有力支撑各种能源接入和综合利用，持续提高能源效率。有线+5G无线通信的技术方案是建设智能泛在电力物联网的有效方法。

二、解决方案

大唐移动智能电网5G解决方案，采用可灵活部署的5G网络切片+边缘MEC节点的整体解决思路；根据电力传输数据保密和安全性要求，可采用运营商公网切片部署方案，亦可采用独立建设5G专网专用部署方案；运营商公网切片方案指的是运营商根据电力企业的业务需求，在5G公网内划分物理或逻辑隔离的5G端到端网络切片资源，用于承载电力企业数据和业务，做到公网专用；独立5G专网专用方案指的是运营商为电力企业建设5G专网，建设的5G专网仅可为企业所专用，其他用户无法接入该网络，用于满足电网企业数据的安全性和隔离性需求。

针对公网专用和专网专用方案，可进一步划分不同的切片，以满足电力业务的差异化需求，如对差动保护、精准负荷控制等低时延场景，可部署uRLLC网络切片，满足其对毫秒级通信时延需求；对高级计量、分布式电源、泛在电力物联网等大连接场景，建设mMTC切片，满足其大连接数和采集信息传输的需求；对电力高清语音通信，变电站机器人巡检监控、电力应急多媒体调度指挥、远程培训和指导等业务场景，部署eMBB网络切片。

大唐移动5G智能电网解决方案安全体系主要包括终端、网络和业务三个层次，业务层面主要是电力业务系统，根据电力行业及国家相关要求，电力生产控制类业务通过5G公网进入电力业务平台前，将接入安全接入区，进行必要的网闸隔离。5G智能电网安全手段，重点聚焦在网络和终端侧。在采用5G专网时，整个网络采用5G SA独立组网模式，网络属于电力企业所独有，核心网同时支持用户面和控制面功能，企业的生产信息流在通过5G网络传输时，局限在电力企业指定地域内部，从而保证其传输的信息数据是安全性。当采用公网切片方案时，根据电力业务需求，可对保密性要求较高的业务（如一二区实时监控类业务），采用物理隔离的网络切片承载，下沉部署UPF，使得保密要求严格的数据落地企业内部，从而保证网络的安全性；同时通过3GPP统一的认证框架，多层次网络切片安全管理，提升网络的安全性。

在终端侧主要利用5G网络所提供的统一的认证框架、密钥管理的新功能进-步提升终端侧的安全管理能力。

(1) 5G终端和5G核心网的双向鉴权，保证终端接入的合法性以及接入的网络合法性。5G网络采用一种统一的认证框架，实现灵活并且高效地支持各种应用场景下的双向身份鉴权，进而建立统一的密钥体系。

(2)终端信令和数据采用5G信令的完整性保护算法、数据加密算法，防止窃听。

大唐移动5G智能电网解决方案为电网企业提供了一种更优的无线解决方案。可为电力企业提供差异化、安全可靠的“行业专网”服务，实现智能电网低成本、快速便捷、安全可靠的无线通信接入承载及更自主可控的网络管理能力。

三、应用场景

大唐移动5G智能电网解决方案可应用到场景包括：智能分布式配电自动化、差动保护、精准负荷控制、电网巡检和综合监控、高级计量、语音和应急多媒体。

（1）分布式配电自动化

主要是通过5G的高可靠传输特性，快速完成配电环节数据和指令交互，并通过5G的广覆盖解决海量终端与主/子站连接问题。

其场景主要用于配电网日常检测和供电可靠性环节；分布式配电自动化主要是配电网三遥业务，包含遥信（设备状态的监视）、遥测（被测变量的测量值）和遥控（改变运行设备状态的指令）。在电网中各类配电智能XTU（包括DTU、FTU、TTU等）设备与配电主站之间通过5G网络进行通信，上行传输遥信状态和遥测数据，下行传输遥控指令；

（2）差动保护

差动保护把被保护的电气设备连同其线路看成是一个节点，正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备或线路出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。通过对差动电流进行判断，进行线路和设备保护；采用5G网络的差动保护主要用于分布式新能源和配电网之中。

目前的差动保护主要采用光纤网络时间，是通过光纤将传输输电线两端的电气量，从而进行比较以判断故障范围，实现故障的精准隔离。但35kv以下配网未实现光纤覆盖，且部署场景复杂多样，通过5G低时延和高可靠，可代替光纤网络完成差动信息在电网智能终端之间的传输，通过对比电流等参数变化，就地执行跳、合闸操作，实现故障隔离及恢复功能。

（3）精准负荷控制

传统配网由于缺少通信网络支持，通常只能切除整条配电线路。通过精准控制，优先切除可中断非重要负荷，例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等。

通过5G的低时延、高可靠传输，可快速将配电环节电网负荷信息反馈到控制中心，按照用电客户重要性，进行快速负荷切换，提升供电可靠性。

（4）电网巡检和综合监控

电网中的高压配变电站、高压输电线路、危险地域、人员不易抵达地域采用机器人、无人机等方式携带高清摄像机或专业设备，通过5G无线网络可将现场采集的视频实时回传至分析中心，代替人工方式对危险地域的电网进行信息采集，并通过综合分析减小险情，在提升效率的同时提升电网可靠性；

大唐移动智能电网解决方案中，针对电网巡检和综合监控，采用智能巡检机器人/无人机来替代变电站原有的人工巡检，利用智能巡检机器人的自主/手动巡检、红外测温、图像识别、视频监控、环境参数监测等功能，对变电站进行全天候的巡检和数据测量，以保障机器人在变电站内能够及时发现设备外部和内部的安全隐患，形成报表和告警信息，提醒工作人员及时处理。在发生异常紧急情况时，巡检机器人还可以作为移动式的监控平台，由人工手动控制到指定位置，查看设备情况，及时查明设备故障，减低人身安全风险。

该场景主要是通过5G的大带宽、高可靠特性，将输变电线路、变电站高清视频传输到电网，按照用数据分析中心，进行综合分析，进行险情预判和处理，提升电网坚强性。

（5）高级计量

当前电网主要采用低压集抄方式进行用电信息采集，采集频率低，数据量小；为更有效地实现用电削峰填谷，实现用户双向互动营销模式，支撑更灵活的阶梯定价，未来计量间隔将从现在的小时级提升到分钟级，每个终端的数据量将达到Mbps，从而达到准实时的数据信息反馈；同时在产业技术的推动下，未来智能电表，智能插座等直采方式将逐步推广，终端连接数量和目前相比将有50-100倍的提升。

高级计量就是各类智能电力终端通过5G网络进行通信，传输用电数据。

其主要是通过5G大连接特性将海量电表数据反馈到电网子站/主站，并通过广泛覆盖的特性解决复杂环境中，部署的应用终端连接问题。

（6）语音和应急多媒体

5G可为应急通信现场多种大带宽多媒体装备提供高带宽回传能力，支撑电力应急现场高清视频通信、语音通信、集群通信、多媒体指挥调度等业务。

通过融合无线网关、5G应急通信车，采用5G大带宽和边缘特性，利用5G无线公网，实时变电站等应急场所高清视频回传，开展远程协商，高效监控现场状态，为决策提供依据。

大唐移动5G智能电网解决方案提供了一种电网更优的无线解决方案。对于电力企业，利用5G网络为电力业务提供差异化、安全可靠的“行业专网”服务，实现智能电网低成本、快速便捷、安全可靠的无线通信接入承载及更自主可控的网络管理能力。对于电信运营商，智能电网应用是5G解决方案的典型，通过5G 智能电网解决方案可逐步完善5G网络的建设规划，并为5G在其他行业的进行应用探索并提供推广经验。