探索5G赋能配电网数字化转型发展的实践路径电力技术讲座课件.pptx

1、0201030405目录内蒙古电力集团有限责任公司介绍0101内蒙古电力（集团）有限责任公司四盟市四盟市归归 国网蒙国网蒙东东 公公司司西部西部8盟市盟市归归 内蒙古电力公内蒙古电力公司司01内蒙古电力（集团）有限责任公司72万平方公里37000员工1429万居民01内蒙古电力（集团）有限责任公司中国500强 第253位配电网发展存在的问题及新挑战02数字配电数字配电网网配电网跨越配电网跨越“S型曲线型曲线”的二次变的二次变革革2传统配电传统配电网网102配电网存在问题及新挑战存在的问题配电网配电网区域发展不平衡，各类配电设备型号繁 多，制造质量参差不齐，线上线下差别较大，投入 产出比较低。配

2、电网自动化水平应用不一，现有人员技术水 平与先进电气设备和管理系统不匹配。难以满足现 实运行维护需求。配电网安全、可靠性与世界发达国家仍有一 定的差距，人工参与率过高，智能化、信息化手 段应用不足，信息与数据无法实现平台共享。02配电网发展趋势及新挑战面临的新挑战配电网配电网面临的挑战主要为以下几个方面：配电网运行安全和供电可靠性需要提高。实现分布式电源的并网优化运行与配电设备的高效运转 满足更用户的用电需求和良好体验感 保证可靠高效的通信手段，自来光纤、无线等可再生能源发电（风力、光伏等）的大量并 网，可再生能源发电的间歇性、随机性特点，给电网功率平衡、运行控制带来困难；分布式能源的深度渗透

3、使配电网由功率单向流 动的无源网络变为功率双向流动的有源网络，配 网拓扑结构多变难以适应；110KV以下配电网由于点多面广，通信通道改 造难度大，施工条件差，接入成本高，无法实现 光纤网络全方位覆盖。02配电网发展趋势及新挑战数字技术改变配电网的未来为应对新的挑战，配电通信方式的改变、改造和升级 10KV以下中低压配电网成为新趋势。5G技术赋能配电网035G和电网几点关键问题国家能源局国家能源局：1、清理对5G机站违规加价和收取不合理费用。（直供）2、加强效能管理降低5G能耗水平。（优化运营，白+黑）3、做好5G报装接电服务。（政策补贴）5G机站是耗电大户，用电成本高？5G场景落地的时间有多远

4、？（国网、南网）（邬贺铨院士，10.15，在5G创新发展大会的报告）035G技术赋能配电网传统光纤专网的建设成本高、业务开通时间长，在桥梁、高架等特殊地形场景下 有较大局限性，无法满足广域的泛在接入需求智能配电网亟需泛在、灵活、经济、可靠的无线通信技术035G技术赋能配电网4G所有的业务几乎都被无差别的对待，就像一条交通大道，中间没有实线隔离，所有车辆可 相互抢道，会造成交通拥堵，这无法满足智能配电网的业务需求。5G为不同的业务提供差异化服务，这就好比根据不同的车辆、运营方式将交通大道进行实线 隔离，比如设置BRT快速公交通道，非机动车专用通道等。035G技术赋能配电网网络切片关键技术5G 网

5、络切片是基于无线接入网、承载网与核心网基础设 施，以及网络虚拟化技术构建的一个面向不同业务特征的 逻辑或物理网络。为包括eMBB、mMTC 和uRLLC 三大核心场景在内的众多应 用场景的差异化SLA 需求提供按需、安全、高隔离度的网 络服务。定制性定制性：网络能力、网络性能、接入方 式、服务范围/部署策略可定制。隔离性隔离性：不同切片之间相互隔离，互不 影响。分级服务保障分级服务保障：网络时延、带宽、丢 包率、可靠性等指标进行分级保障统一平台引入统一平台引入SDNSDN和和NFVNFV：实现软件与 硬件的解耦，提升切片的管理效率。035G技术赋能配电网针对不同业务场景要求，分别考虑信息采集切

6、片、配电自动化切片和精准负荷切片等应用场 景。不同切片分别满足对应场景的技术指标要求。实现分域的切片管理，并整合为端到端的切片 管理，保证业务要求。数字配电网建设路径03数字配电网建设路径基基础础 支支撑撑平平台台 联联运运场场景景 落落地地全过全过程程全场全场景景数数 字字 配配 电电 网网 建建 设设 路路 径径201：软件：软件+硬件模式，提升安全硬件模式，提升安全可可 靠运靠运行行A：加大配电网智能装备水平投入 B:应用先进配电网管理系统。C:提升配电自动化应用水平，实现向 低压配电网终端延伸。基础支撑2：全过程数字配电网构建，实现业务链：全过程数字配电网构建，实现业务链条条 全面协同

7、全面协同。从配电网规划、设计、建设、安全、运维、调度 全过程管理环节构建统一开放、共享，可与用户 交互平台服务，全面协同各业务链条功能，满足 信息化业务的拓展和工作效率提升需求。平台联动3：先试先行，示范落先试先行，示范落地地A：结合地域特点，在有条件的地方，打 造高可靠性智能能数字配网示范区。B:在5G覆盖地区，将通信技术用于配电网 业务难点的解决、落地，建立5G数字配网 示范区。C:引入大数据与AI人工智能，建立综合能 源数字配电网示范区。场景落地数字配电网建设路径-方案专网回 传IoT云平 台5G广覆 盖回 传专有 网智能抄表应用系 统低速率/低成本/广 覆盖配网主 站区域采集终 端回

8、传C NIoT云平 台5G广覆 盖1全业务链条管理，通过数字配电网构建，推动配电业务 管理模式变革，提高配网运维能力、减少用户停电时间，提升工作效率。23实现数字配电网全生命周期管控，实现配电设备、网络 可观、可测、可控，实现真正意义上的“自愈”。预期目标预期目标：建立数字配电网全新生态，推动电网新业态，服务经 济社会。数数 字字 配配 电电 网网 预预 期期 目目 标标配电网数字化转型的应用场景0303应用场景需求配网数字化转型控制类信息类移动类配电自动化、精准负荷控制配电自动化、精准负荷控制等涉及配电网安全稳定运行，具有典型的低时延、高可靠业务特征，时延要求为50ms-1s。未来连接模式将

9、出现更多的分布式点对点连接，主站系统将逐步下沉，出现 更多的本地就近控制，且与主网控制联动的需求，时延需求将达毫秒级。低压用电信息采集、视频监控、电动汽车、分布式能源接入低压用电信息采集、视频监控、电动汽车、分布式能源接入等涉及海量终端，且分布广泛，具有典型的广覆盖、大连接业务特征，连接密度上百个/平方公里。若集抄方式下沉，连接数预计翻50-100倍，采集内容趋于视频化、高清化，连接需求将达数十亿级。配电线路巡检、配网应急通信配电线路巡检、配网应急通信等对网络带宽及移动性有明显需求，具有典型 的大带宽、灵活接入业务 特征，带宽要求不低于2Mbps。未来将向4K/8K高清、AR/VR方向发展，带

10、宽要求将达到50Mbps以上。配电网数字化转型应用场景03精准负荷控制配网数字化转型典型应用场景传统配网由于缺少通信网络支持，切除负荷手段相对 简单粗暴，通常只能切除整条配电线路。从业务影响、用 户体验等角度出发，希望尽可能做到减少对重要用户的影 响，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。精准负荷控制对通信网络的关键需求：超低时延：毫秒级高隔离：精准负荷控制属于电网I/II生产大区业务，要 求和其它III/IV管理大区业务完全隔离 高可靠性：99.999配电网数字化转型应用场景03配电自动化配网数字化转型典型应用场景配电自动化原来主站的处理逻

11、辑分布式下沉到智能配电化 终端，通过各终端间的对等通信，实现智能判断、分析、故 障定位、故障隔离以及非故障区域供电恢复等操作，从而实 现故障处理过程的全自动进行，最大可能地减少故障停电时 间和范围，使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。配电自动化对通信网络的关键需求：超低时延：毫秒级高隔离：配电自动化属于电网I/II生产大区业务，要求 和其它III/IV管理大区业务完全隔离 高可靠性：99.999配电网数字化转型应用场景03低压用电信息采集配网数字化转型典型应用场景未来新业务带来用电信息数据实时上报的新需求。同 时，终端数量级进一步提升。未来的用电信息采集将进一 步延伸到家庭，能够获取所有用

12、电终端的负荷信息，以更 精细化的实现供需平衡，牵引合理错峰用电。例如当前欧 美等国已经在实行的电价阶梯报价机制，需要实时公示通 知电价，以便用户能够按需预约采购。低压用电信息采集对通信网络的关键需求：海量接入：千万级终端接入高频率高并发：未来秒级准实时数据上报配电网数字化转型应用场景03配网移动巡检配网数字化转型典型应用场景无人机搭载CPE设备，可通过5G基站或5G无人机基站两 种途径连接网络：1应急场景下视频回传与集群通信（或视频回传至总部）2实现无人机巡检视频实时回传与远程控制维护作业带宽：回传视频为4K高清，单路带宽需410Mbps；传回 传感器信息，带宽2Mbps 时延：视频传送流畅时

13、延200ms；无人机飞控操作时延99.999 连接密度：100个/km2配电网数字化转型应用场景03配网差动保护配网数字化转型典型应用场景5G低时延特性有效承载配网差动保护，实现将故障隔离时 间从秒级升级到毫秒级，大幅降低配网故障供电恢复时间。差动保护对电流差值的判断需基于同一时刻的电流值，要 求相互关联的2个或多个差动保护终端必须保证时间同步，交 互信息的传输时延最大不超过12ms(peer to peer的最大时 延)，对通信的需求中，重点强调时延、可用性、可靠性。时延：业务系统端到端15ms，通信系统端到10ms。连接密度：1000个/百km2。通信方式：多方通信，主从、设备到设备；配电

14、网数字化转型应用场景5G技术在配电网保护中的应用0404应用示范案例5G配网差动保护南方电网联合中国移动、华为公司在深圳完成了国内 首例基于5G NSA网络的智能分布式配网差动保护业务外 场测试。通过搭建真实复杂的实际网络环境，成功验证了单基 站场景下，配网DTU终端之间端到端时延平均在10ms以内，5G网络空口授时精度达到300ns以内，可满足智能分布式 配网差动保护等电网控制类业务的毫秒级低时延通信、微妙级高精度授时等需求。045G配电网应用示范案例应用示范案例5G配网差动保护国网上海电科院电网技术中心与中国电信上海分公司 合作，不久的未来，低时延、高可靠性的5G技术将有效 提高35千伏以

15、下的配电网“自愈”能力，极大提升供电 可靠性。完成了5G网络基础性能测试、5G配电终端功能测试、终端网络安全测试；测试了5G网络下的端到端时延、抖 动、丢包等关键技术指标，验证了5G网络下配电网控制 保护终端差动保护、拓扑保护等功能。045G配电网应用示范案例应用示范案例5G配网差动保护鄂尔多斯东胜区04配网差动保护目前，分布式电源并网导致原有配电网保护原理 不可用。配电网网架拓扑变化导致保护无法灵活配置现有保护通信通道建设以及无线通信技术限制了 配电网快速保护的发展针对当前传统配电网保护在运行过程中出现的一 系列问题以及配电网电流差动保护高通讯速率和高 通信带宽要求，依托5G来实现配网差动保

16、护大规模 应用，从而加快配网数字化发展进程。配网差动保护通信技术及5G技术建立对应通信指标评估体系5G技术在配网差动保护应用研究电流数据同步数据实时传输信号同步方法通道延时机制建立对应仿真模型结合带有5G接口的保护装置进行测试比较实现5G赋能配网差动保护功能04配网差动保护5G实现配电网电流差动保护的关键有两点：一是线路两端的电流数据同步 二是两端电流数据的实时交换输电线路差动保护采用专用通道或SDH网 络进行数据通信；采用乒乓算法或利用GPS 时钟信号实现数据同步。配电网中不具备这样的通信条件，其电流 差动保护的实施应充分考虑配电网的现状及 特点，在降低成本的基础上进行。信号同步原理04配网

17、差动保护目前采用的同步方式主要有2类：基于通道的同步方法和 基于GPS的同步方法。其中基于GPS的同步方法可对电流量直接采样，无需借 助通道进行同步化处理。类似地5G网络中的高精度时间 同步也可在此场景中得到应用。5G网络提供电流差动保护授时的模式如图所示，线路 两端差动保护装置通过接收5G基站的同步授时信号，可 以实现两端装置间微秒级时间同步。03配电网数字化转型应用场景045G配电网应用示范案例配网差动保护配网数字化转型典型应用场景将输电线路中的纵联差动保护应用至配电网中，并建立相应的仿真模型，对线路区内故障与区外故障时 的电流电压变化波形进行模拟仿真。如右图所示，在0.2s至0.4s发生

18、区外故障时，可以看到差动电流远远小于制动电流，保护可靠不动作。纵联电流差动保护原理045G配电网应用示范案例配网差动保护配网数字化转型典型应用场景使线路内部在0.2s至0.4s发生区内三相短路故障，电 流互感器二次电流以及差动电流、制动电流的波形如右 图所示，从图中可明显看出，差动电流远大于制动电流，保护能够可靠动作。045G配电网应用示范案例配网差动保护配网数字化转型典型应用场景045G配电网应用示范案例应用前景展望配网数字化转型典型应用场景5G技术具有高带宽、低时延及安全可靠的特点，为配 网差动保护提供了新的无线通信方式。5G技术与差动保护结合，可在较低的成本投入下，将故 障隔离时间从数分钟缩短至几十毫秒，最大程度地减少 故障停电范围和时间。将5G通信技术应用于配电网分布式保护与自动化领域，将有效解决终端间互通互联问题，契合建设泛在电力物 联网的需求，对于加快故障处理，实现秒级故障自愈具 有重要意义。总结与展望05