1、5G 赋能 未来电力5 G 赋能 未来电力5G 赋能未来电力|目录1前言5G 改变社会，电力点亮未来。5G 如何赋能智慧电网？应用场景有 哪些？主要挑战在哪里？从技术 创新到商业落地如何穿越？这些 问题催生了这份报告的诞生。从 2014 年开启 5G 场景需求的制 定、技术研发和测试验证工作，到 2018 年全面开展 5G 规模试 验，再到 2019 年实现 5G 试点商 用和 2020 年全面商用，5G 价值 体现由实验室走向垂直行业应 用，赋予各个行业完善现有产品 开发、服务提升和开拓新业务的 更多可能性。据估算，到 2026 年，5G 将为全 球十个主要产业带来 1.3 万亿美 元的数字
2、化市场规模，其中能源/公用事业（水、电、燃气等）占 比高达 19%，市场规模约为 2500 亿美元。电力行业无疑是 5G 垂 直应用的重点赛道和风口之一，5G 通信特点与电力通信需求高度 契合，在智慧电网的各大应用场 景中，5G 均可充分赋能，5G 能 为电力行业带来深远的社会影响，并产生巨大的经济价值。在这样的背景下，全球能源互联 网研究院（以下简称“联研院”）与德勤中国共同撰写本报 告。依托国家电网公司电力通信网络技术实验室，联研院的周飞 先生、李炳林先生、吴鹏先生、郭云飞先生基于对电力行业的深 刻理解，对 5G 在电力行业四大 应用场景进行了仔细梳理，并对 各场景下的具体应用、体系架构
3、和通信需求进行了详细分析。德 勤中国的蒋颖女士、郭晓波先 生、张慧女士和屈倩如女士基于 多年咨询服务经验及电力行业深 度观察，指出了 5G 电力行业应 用的主要挑战，并对 5G 在电力 行业商业落地的关键措施提出了建设性意见。这些有益的研究、分析、探讨紧扣生态内企业对 5G 赋能电力的主要疑问，报告撰写 团队也进行了深度思考和建设性 建议，这必将帮助相关企业积极 应对挑战，实现从技术创新到商 业应用的跨越。过去未去，未来已来。祝大家开 卷有益，阅读愉快。5 G 赋能未来电力|目录前言5 G 通信特点与电力通信需求5G 赋能未来能源|一、5G 驱动未来能源21137811131417171819
4、21212223目录一、一、5G 驱驱动未来电力动未来电力1.从电力行业看 5G2.全球及中国 5G+电力行业发展 二、二、5G 电电力行业主要应用力行业主要应用场场景景1.控制类业务2.采集类业务3.移动应用类业务4.电网新型业务 三、三、5G 电电力行业应用挑战力行业应用挑战1.安全性与电力业务适配性仍需验证2.找到商用价值与成本的平衡点3.业务模式尚不清晰 四、从技术到商业四、从技术到商业1.深度参与标准制定2.选择最具潜力应用场景3.商业模式创新 5 G 赋能未来能源|一、5 G 驱动未来能源1 1 3 7 8 1 11一、5G 驱动未来电力未来大部分的电力场景将搭建在能源互联网之上，
5、能量像信 息一样在网络中随时随地产生和共享，其发展呈现出新的趋 势和特征：发电清洁友好，融合多种清洁分布式电源，融合 储能和电动汽车，融合分散可靠负荷，具备清洁低碳、网源 协同、灵活高效的特征；输变电安全高效，具备态势感知、柔性可靠、协调优化的特征；配电灵活可靠，具备可观可 控、开放兼容、经济适用的特征；用电多样互动，具备多元 友好、双向互动、灵活多样、节约高效的特征。通信技术是各项数字技术在电力行业应用的基础，是发展能 源互联网的技术支撑。目前，电网可以通过不同类型的通信 网络进行互联，但日益多样化的电力需求需要一个更精密、包容和创新的系统以满足海量设备互联互通和数据传输。1.1 从从电电力
6、行业看力行业看 5G5G 定义的三大场景增强移动带宽（eMBB）、超可靠低 时延通信（uRLLC）和大规模机器通信（mMTC），具备超高带宽、超低时延、超大连接的技术特点，在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电、调度，以及应急通信各个环节，均可发挥重要作用，能够深刻变革电力通信网，全面提升电力信息化水 平。据估算，到 2026 年，5G 将为全球十个主要产业带来 1.3 万亿美元的数字化市场规模，其中 能源产业/公用事业（水、电、燃气等）占比最高为 19%1，约为 2500 亿美元。图表 1：到 2026 年 5G 将带动 1.3 万亿美元产业数字化市场规模5G 将带动产业数字化转型市场 1
7、.3 万亿美元（2026）来源：EricssonThe Industry Impact of 5G，德勤研究19%18%13%12%10%8%9%6%4%1%能源/公用事业 制造业公共安全 健康养老 公共交通 媒体/娱乐 汽车产业 金融服务业 零售业农业1 一、5 G 驱动未来电力未来大部分的电力场景将搭建在能源互联25G 通信特点通信特点与与电力通电力通信信网络需求网络需求高高度契合度契合5G 网络技术的峰值速率、区域速率、边缘速率，都比 4G 大幅提高。5G 峰值速率最高可达20Gbps，满足高清视频、虚拟现实等数据的大量传输。5G 的通信时延比 4G 少一个数量级，空中 接口的时延在 1
8、ms 左右，因此为电力差动保护、精准切负荷等超低时延业务应用创造了条件。5G 网络容量更大，每平方公里能够连接 100 万个终端，包括智能家电和各种智能终端，能够满足电力物联网的海量智能终端的接入需求。5G 技术通过通信原理的优化，会降级传感器或节点的能 耗，不需要对通信设备进行更换电池或者充电，给万物互联提供了很好的技术条件。图表 2：5G 通信特点与电力通信系统需求高度契合电力电力通通信网信网络络需求需求5G 通通信信特点特点解释解释确保可靠运行高可靠性电力系统安全可靠运行为基本要求，5G 高可靠性可提升电网可靠 度灵活响应与精准控制低时延电力系统需灵活响应，部分业务达到零中断，5G 毫秒
9、级时延可满 足电网实时通讯需求海量数据传输高速率电网物联网应用规模持续提升，带来海量实时测量数据于视频皆 空数据，5G 告诉率特性可提供有力支持万物信息互联广连接电网超大规模智能终端设备连接需求可以被 5G 广连接性满足设备电池寿命保障低能耗5G 优化通信硬件协议，提升电网设备使用寿命来源：电网技术、德勤研究5G 特点与智特点与智能能电网性能电网性能高高度匹配度匹配基于 5G 的智能电网将充分支持分布式新能源、分布式储能、电动汽车、大功率电动智能机器等 各种新型电器进入家庭、商业建筑、工厂和园区，为满足个性化、多样化、市场化的能源供应服 务提供连接的桥梁。5G 为电力终端接入网提供了泛在、灵活
10、、低成本、高质量的全新技术选择，为打造更加安全、可靠、绿色、高效的智能电网提供了强大的基础能力。5G+智能电网不仅能够 大幅降低用户平均停电时间、有效提升供电可靠性和管理效率；同时可以极大的丰富和扩展电网 应用场景，降本增效，助力电网向综合能源服务商转型，为用户提供更好的电力综合服务。在为 用户供电服务方面，其电能质量、响应速度、服务内容均将因 5G 而发生重要变化。因 5G 而全面 实现智能电网的有关业务，将大幅提升电力系统的服务质量，基于 5G 的电能质量监测和治理，也将减少因供电引起的故障或失效，用户的服务响应速度也将十分迅捷，新能源报装、电动充电 桩报装、电费结算、账单查询、精确到分钟
11、级的用电查询都将十分快捷方便。2 5 G 通信特点与电力通信网络需求高度契合电力通信网络需求531.2 全全球球及中国及中国 5G+电力行业电力行业发发展展目前全球已有 42 个国家和地区部署 5G 商用，386 家运营商已宣布对 5G 进行投资，81 家运营商 已经推出了一项或多项支持 3GPP 标准的 5G 服务。标准制定标准制定标准化将确保连入 5G 网络的各个设备和解决方案的互操作性和网络安全。3GPP（第三代合作伙 伴计划）是最重要的 5G 标准制定国际组织，重点覆盖交通、能源等重点通信垂直应用行业相关 单位。该组织目前已成功吸纳中国移动、中国电信、中国联通三大电信运营商及华为、中兴
12、主要 通信设备制造商等来自 40 多个国家的 500 家会员单位。中国电科院（国网能源互联网技术研究 院）于 2020 年 4 月成功加入 3GPP 国际标准化组织，标志着电力企业在参与 5G 国际标准制定方 面迈出重要步伐。2020 年 8 月，由中国电信牵头并联合国家电网、中国南方电网、华为、中国移动、中国联通等5G 确定性网络产业联盟成员单位，以及海内外运营商、设备商等 28 家成员单位提交的 5G 智能 电网研究项目在 3GPP R18(第 18 版)标准中成功立项。该项目研究范围包括传统能源系统服务、远 程控制、远程保护、计量以及高级计量基础设施、分布式发电、分布式自动化、需求响应、
13、能源 管理系统和配电管理系统等智能电网服务。是第一次定义 5G+智能电网端到端标准体系架构，为 5G+智能电网的快速发展奠定标准框架和平台。商用部署商用部署全球各国高度重视 5G 发展。欧盟将发展 5G 作为构建“单一数字市场”的关键举措，计划 2020 年 底在所有成员国部署 5G，重点放在 5G 垂直行业如汽车、医疗及电力领域的应用。美国 5G 发展 规划主要围绕美国三大运营商开展，截至目前 AT&T 和 T-Mobile 已宣布实现全美境内的 5G 网络低 频段覆盖。美国 5G 规划重点在于建立共通的 5G 软件标准，使之适用于任何 5G 硬件设备，以摆 脱对 5G 设备商的依赖；目前考
14、虑使用美国公司包括戴尔、微软、AT&T 作为发展美国 5G 基础设 施的主导者。2020 年 3 月日本三大电信运营商相继推出 5G 服务，标志日本正式进入 5G 时代。韩国已经在 2018 年平昌冬奥会期间开展 5G NSA 预商用试验，并在 2019 年 3 月开始商用部署。中国自 2014 年便开始 5G 场景需求的制定、技术研发和测试验证工作，2018 年全面开展 5G 规模 试验，2019 年实现 5G 试商用，2020 年实现全面商用。2020 年是中国 5G 建设的关键年。三大运营商计划年底建成 55 万个 5G 基站，其中中国移动计划 目标是 30 万个，中国联通和中国电信计划
15、联合建设 25 万个 5G 基站。然而根据运营商前三季度 财报，5G 建网任务现已超额完成，SA 核心网覆盖 31 个省区市所有地级以上城市。据工信部数 据，至 9 月底，全国累计开通 5G 基站 69 万个，超过全球总数的 75%，连接用户数超过 1.6 亿，行业应用的基站数超过 3.2 万个，涌现出数据采集和感知、高清视频、机器视觉、精准远程操控、现场辅助、数字孪生等典型应用场景。3 1.2 全球及中国 5 G+电力行业发展图表 3：全球 5G 商用中国稳居领导地位主要国家主要国家 5G 商用商用进进度度201720182019H12019H22020After2021第一波第一波中美日中
16、美日韩韩，欧洲部分国家，欧洲部分国家5G 技术研发试验商用大规模商用第二波第二波欧洲大欧洲大部部分国家分国家5G 技术研发试验商用大规模商用第三波第三波亚太，美洲新兴国家亚太，美洲新兴国家5G 技术研发试验商用中国中国领领跑跑 5G美国美国 5G 综综合合实力实力领领先先中国已经成为 5G 技术引领者。5G 商业合同覆盖30 个国家，其中 20 个来自欧洲中国已经开始使用商用 5G 的城市数量处于全球 前列预计 2030 年 5G 对经济增加值的直接贡献将超过3 万亿元，对当年 GDP 增长的贡献率将达到 5.8%2020 年中国 5G 手机出货量预计达到 1.4 亿台，全球占比近 8 成中国
17、已经启动 6G 技术研发中国目前 5G 基站占比全球超 60%目前美国 AT&T 公司实现了 5G 网络全国覆盖，企 业用户及个人用户均可接入T-Mobile 日前宣布其中频 5G 覆盖已扩展至 81 个新城市，并且正在推进一项计划，以在 2020 年底 前在数千个地方将 Sprint 的 2.5GHz 频谱资产利用 起来2020 年苹果公司推出 5G iPhone，考虑到该品牌 在美国智慧手机市场近 40%的份额，预计 2020年 5G 手机将占美国手机总销量的大约 20%美国四大移动运营商的 5G 用户数已达 408.2 万户来源：德勤研究产业落地产业落地2020 年 3 月，工信部与国家
18、发改委印发关于组织实施 2020 年新型基础设施建设工程(宽带网络 和 5G 领域)的通知，明确提出了重点支持面向智能电网等七大领域的 5G 创新应用。通知指出 在面向智能电网的 5G 新技术规模化应用方面，将基于 5G 新型网络架构及智能电网场景，开展 5G 端到端网络切片及资源调度系统研发，研发网络关键设备和原型系统，提供融合 5G 技术的智 能电网整体解决方案。在国家政策指引下，各地纷纷提出了 5G 智能电网建设计划，雄安、内蒙古、云南、海南等地纷 纷启动 5G 智能电网建设。以雄安为例，5G 正在与电网工程建设深度融合，现已开展基于 5G 网4图表 3：全球 5 G 商用中国稳居领导地
19、位2 0 1 7 2 0 1 8 25络的电力业务适配性试点验证工作，选取配电自动化、用电信息采集业务进行了业务承载性能测 试。此外，国内首个基于 SA（独立组网）架构的“5G+MEC（移动边缘计算）”电力保护物联示范 工程于 2020 年 10 月在雄安正式投运，核心技术达到国际领先水平。电网公司是 5G 智能电网技术攻关及工程实践的引领者和主导者。国家电网开展了广泛的 5G 业务 研究和应用实践，主要在 5G 智能电网架设、控制类业务如配网差动保护、移动巡检类业务如视 频交互上着力。国网青岛供电公司、中国电信青岛分公司和华为公司联合开发的青岛 5G 智能电 网项目一期工程于 2020 年
20、7 月正式交付投产。据报道，此项目既实现了电网对配电线路故障在 几十毫秒内自动切除，又通过削峰填谷电源节省 5G 单基站电耗 20%，缓解“功耗过高”这一困扰 5G 运营的最大难题。南方电网也积极开展了试点和应用合作，重点攻克 5G 智能电网的控制类业 务如配网差动保护。南方电网与中国移动在广州市南沙区明珠湾区域建立最大 5G 智能电网应用 示范区，应用场景达 54 个，目前已完成上线业务 14 个。与此同时，运营商也加快了与电力行业开展 5G 合作的步伐，进行了一系列 5G 赋能电力行业的 实践。实践横跨控制类业务如精准负荷控制和配网差动保护，采集类业务如用电信息采集，以及 移动巡检类业务。
21、此外，一些电力设备企业也蓄势待发，积极入场，与通讯设备企业进行深度 合作。5 络的电力业务适配性试点验证工作，选取配电自动化、用电信息采7二、5G 电力行业主要应用场景5G 在电力行业主要有四大应用场景，分别为控制类业务、采 集类业务、移动应用类业务、以及以多站融合为代表的电网 新型业务。在控制类业务中，5G 技术将优化能源配置，避免 大面积停电以影响企业和居民用电，同时也将满足于配电网 实时动态数据的在线监测应用。在采集类业务中，5G 将推动 收集和提供整个系统的原始用电信息。在移动应用类业务中，5G 预防安全事故和环境污染，减少人工巡检工作量，在 未来可进行简单的带电操作。在多站融合业务中
22、，5G 技术将 推进平台型、共享型企业建设。图表 4：5G 电力行业四大应用场景场场 细细 分分5G 赋能赋能通信通信需需求求景景 场景场景带宽带宽时延时延可可靠性靠性连连接密度接密度安安全需求全需求控 制控 制 类 业类 业 务务1 精准精准 负荷负荷 控制控制根据直流损失功率的大小通过精准控制分散海 量电力用户可中断负荷，实实现现电电网与电源网与电源、负负 荷荷互动互动，达到电力供需瞬时平衡99.999%1000 个/百km强安全需求，要 求资源独享，物 理隔离2 配网配网 差动差动 保护保护 业务业务收集终端采样数据和运行信息，通过通过差动保差动保 护护算算法对故障法对故障进进行快速响应
23、行快速响应，若判定为若判定为故故障发障发 生生，断开其中断开其中的的开关，精确开关，精确定定位和隔离位和隔离配配电网电网 故故障。障。特点是速度快、可动态适应、故障判别 可靠99.999%1000 个/百km强安全需求，要 求资源独享，物 理隔离采 集采 集 类 业类 业 务务3 用电用电 信息信息 采集采集实实现用电信息现用电信息的的自动采自动采集集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理等功能，用电 信息采集系统由主站、远程及本地通道、集中 器和采集器/电表组成，移动移动式现场式现场施施工作业工作业 管管控控上行2Mbps，下行1Mbps公变/专变检测、低压集抄3 秒，精准费控99.9
24、9%10000 个/km高安全需求，安 全加密认证，安 全接入区认证，物联网切片，逻 辑隔离移 动移 动 应 用应 用 类 业类 业 务务4 移动移动 巡检巡检 类业类业 务务包含变电站巡检机器人、移动式现场施工作 业管控、应急现场自组网综合应用三大场景。监监控控机房整体机房整体环环境，境，预防安全事预防安全事故故和环境污和环境污 染染，减少人工减少人工巡巡检工作量，检工作量，提提高运维效高运维效率率，针，针 对对低低速率移动速率移动场场景，监控整景，监控整体体环境环境根据场景不同，要求可持续稳定 的保障 4100Mbps多媒体信息时延要 求小于 200ms。控 制信息时延迟小于 100ms多
25、媒体信息可靠性 要求 99.9%，控制 信息可靠性要求 99.999%集中在局部 区域 210 个 不等电 网电 网 新 型新 型 业务业务5 多站多站 融合融合 业务业务 提供变电站数据的本地存储与边缘计算能力，网络边缘计算作为云计算的延伸，对内支 撑坚强智能电网业务，对外拓展能源服务渠 道，助助力电力物力电力物联联网发展，网发展，向向社会提供社会提供资资源共源共 享享服服务务传输带宽 100Mbps 1G，时延 5ms 20ms集中在局部 区域 101000 个不等来源：全球能源互联网研究院、德勤研究7 二、5 G 电力行业主要应用场景5 G 在电力行业主要有四大应81.1.控控制制类业务
26、类业务电网控制类对通信需求的典型特征是低时延、高可靠、安全性要求高，适合 5G 技术体制下的uRRLC 应用场景，典型的业务有精准切负荷控制业务和配网差动保护业务。1.1.精精准准负荷控制负荷控制（1）应用场景精准负荷控制技术是指当多直流馈入电网发生多直流连续换相失败和故障导致直流闭锁、受端电 网有功大幅缺额、频率急剧下降时，根据直流损失功率的大小通过精准控制分散性海量电力用户 可中断负荷，实现电网与电源、负荷友好互动，达到电力供需瞬时平衡，支撑能源大范围优化配 置，避免了大面积停电的发生，将电网损失降至最小，对企业和居民用电的影响降至最低。基于 5G 通信网络的精准负荷控制系统由业务终端、需
27、求响应终端、通信网络和主站系统构成。其中，业务终端通过本地网络接入楼宇需求响应终端，需求响应终端通过 5G 通信网络接入需求 响应系统主站，具体应用场景如下图所示。图表 5：基于 5G 通信网络的精准负荷控制业务应用场景来源：全球能源互联网研究院8 控制类业务来源：全球能源互联网研究院9（2）通信需求精准负荷控制系统需快速恢复大电网供需平衡、确保电网频率在直流闭锁故障发生后约 650 毫秒内恢复至正常值（50Hz），因此主站至终端的切负荷指令通信通道传输时延不能超过 50 毫秒。精准负荷控制系统整组动作时延越少，恢复电网故障就越快。因此，对通信的时延是越低越好。对 通信的需求中，重点强调时延、
28、可用性、安全性、可靠性。具体通信需求如下：带宽：256kbps时延：控制主（子）站到终端时延50ms通信可靠性：99.999%连接密度：1000 个/百 km网络切片：端到端硬切片，独享切片资源安全：强安全需求，要求资源独享，物理隔离授时精度：10us通信方式：主从方式，永久在线，连续高频通信；2.1.2 配配网网差动保护差动保护业业务务（1）应用场景配网差动保护技术作为一种在高压输电网中成熟应用的电网技术，可以很好地解决分布电源接入 对配电网带来的诸多困扰。其原理是配电差动保护终端比较两端或多端同时刻电流值（矢量），当电流差值超过整定值时判定为故障发生，断开其中的断路器或开关，执行差动保护动
29、作，从而 实现了配电网故障的精确定位和隔离。随着大规模分布式新能源接入配电网，电动汽车充电负荷出现快速增长，用户供需互动日益频 繁，配电网的源、网、荷因其更强的时空不确定性呈现出常态化的随机波动和间歇性，配电网的 双向潮流、多源故障等诸多问题日益凸显。针对配电网多谐波、强噪声的系统特征，采用高精 度、微型化同步相量测量装置（PMU），满足于配电网实时动态数据的在线监测应用。配网自动化系统一般由下列层次组成：配电主站、配电子站（常设在变电站内，可选配）、配电 远方终端（FTU、DTU、TTU 等）和通信网络。配电主站负责对整个配电系统建模、实时监控和时 钟同步；配电管理系统负责对整个配电网络进行
30、拓扑动态分析，将拓扑变化数据传递给各个 DTU 或 FTU 终端，同时对各终端的差动保护功能动态分析，并决定其保护功能投入/退出状态。而配网 差动保护作为配网自动化系统的一个子系统，DTU 和 FTU 负责将各自采样数据和跳闸信息传递给 相邻的终端，并收集相邻终端的采样数据和运行信息，通过差动保护算法对故障进行快速响应。其特点就是速度快、可动态适应、故障判别可靠等，具体应用场景如下图所示。9（2）通信需求10图表 6：基于 5G 的差动保护系统架构来源：全球能源互联网研究院（2）通信需求差动保护对电流差值的判断需基于同一时刻的电流值，要求相互关联的两个或多个差动保护终端 必须保证时间同步，其时
31、间同步精度10s，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。具体通信需求如下：带宽：10Mbps时延：业务系统端到端15ms，通信系统端到端10ms通信可靠性99.999%连接密度：1000 个/百 km网络切片：端到端硬切片，独享切片资源安全：强安全需求，要求资源独享，物理隔离授时精度：10us通信方式：多方通信，主从(自动化业务)、设备到设备；永久在线，连续高频通信1 0 图表 6：基于 5 G 的差动保护系统架构来源：全球能源互112.2.采采集集类业务类业务电网采集类业务对通信需求的典型特征是点多面广
32、，有线通信方式覆盖难度大，对通信时延要求不高，适合 5G 技术体制下的 mMTC 应用场景，典型的业务有用电信息采集等。1.1.用用电电信息采集信息采集业业务务（1）应用场景用电信息采集业务可实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理 等功能，用电信息采集系统由主站、远程及本地通道、集中器和采集器/电表组成，用电信息采集 的数据流向包括上行和下行两类。上行数据流是指低压工商业、居民用户和公配变用户的电能表 数据经过采集器（可选）上传到集中器，集中器经上行通信通道传到用电信息采集系统主站；专 变用户电能表的数据上传到专变终端，专变终端经上行通道传到用电信息采集系统主站。终
33、端多 部署于楼道、屋檐及小区配电房等，部分位于地下室。用电信息采集系统在逻辑上分为主站层、通信信道层、采集设备层三个层次。主站层又分为营销 采集业务应用、前置采集平台、数据库管理三大部分。业务应用实现系统的各种应用业务逻辑；数据采集负责采集终端的用电信息，并负责协议解析；控制执行是业务终端执行控制操作；前置 机用于实现对终端进行通信管理和调度。通信信道层是主站和采集设备的纽带，提供有线和无线 通信信道，为主站和终端的信息交互提供链路基础。主要有：光纤专网、无线公网、无线专网、中压电力线载波等通信方式。采集设备层是用电信息采集系统的信息底层，负责收集和提供整个 系统的原始用电信息。具体应用场景如
34、下图所示。1 1 采集类业务12图表 7：用电信息采集系统框架图来源：全球能源互联网研究院（2）通信需求用电数据采集业务根据不同用户的通信速率不低于 1.05kbps，对于负荷控制指令，传输速率不低 于 2.5kbps。具体通信需求如下：带宽：上行2Mbps，下行1Mbps时延：公变/专变检测、低压集抄3 秒，精准费控200ms通信可靠性：99.99%连接密度：10000 个/km安全：高安全需求，安全加密认证，安全接入区认证，物联网切片，逻辑隔离通信方式：永久在线，频次5 分钟/次；1 2 图表 7：用电信息采集系统框架图来源：全球能源互联网研究133.3.移移动动应用类业务应用类业务移动应
35、用类业务对通信需求的典型特征是通信带宽要求高，安全性要求高，适合 5G 技术体制下的 eMBB 应用场景，典型的业务有移动巡检类业务。1.1.移移动动巡检类业务巡检类业务（1）应用场景移动巡检类业务主要包含变电站巡检机器人、移动式现场施工作业管控、应急现场自组网综合应 用三大场景。主要针对电力生产管理中的中低速率移动场景，对配电柜、开关柜的图片、视频进 行采集、识別，提取其运行状态、开关资源状态等信息，监控机房整体环境，预防安全事故和环 境污染，减少人工巡检工作量，避免了人工现场作业带来的不确定性，同时减少人工成本，极大 提高运维效率。未来可进行简单的带电操作。变电站巡检机器人业务主要针对场景
36、为 110kV 及以上变电站范围内的电力一次设备状态综合监控、安防巡视等需求，目前巡检机器人主要使用 WIFI 接入，所巡视的视频信息大多保留在站内本 地，并未能实时地回传至远程监控中心。主要应用场景如下图所示：图表 8：移动巡检类业务应用场景来源：全球能源互联网研究院1 3 移动应用类业务来源：全球能源互联网研究院14（2）通信需求未来变电站巡检机器人主要搭载多路高清视频摄像头或环境监控传感器，回传相关检测数据，数 据需具备实时回传至远程监控中心的能力。在部分情况下，巡检机器人甚至可以进行简单的带电 操作，如道闸开关控制等。对通信的需求主要体现在多路的高清视频回传（Mbps 级），巡检机器
37、人低时延迟的远程控制（毫秒级）。移动巡检业务对未来的通信需求包括：带宽：根据场景不同，要求可持续稳定的保障 4100Mbps。时延：多媒体信息时延要求小于 200ms。控制信息时延迟小于 100ms。可靠性：多媒体信息可靠性要求 99.9%，控制信息可靠性要求 99.999%隔离要求：基本属于电网 III 区业务，安全性要求低于 I/II 区。少量控制功能如巡检机器人需 远程操作的控制信息属于 I/II 区。连接数量：集中在局部区域 210 个不等。移动性：移动速率相对较低，在 10120km/h 范围内。4.4.电电网网新型业务新型业务电网新型业务是随着智能电网和电力物联网的深入建设而出现的
38、一类业务，这类个性化通信需求较多，缺乏存量业务前期的通信积累，而 5G 技术的出现，能更好地与传统通信方式结合，满足 各种电网新型业务的个性化通信需求。典型的业务有多站融合业务等。1.1.多多站站融合业务融合业务（1）应用场景多站融合业务充分利用变电站、新能源场站、储能站、电动汽车充电站、供电营业厅所、抽水蓄 能电站等场地环境建设不同等级和应用场景的数据中心站。数据中心站提供变电站数据的本地存 储与边缘计算能力，网络边缘计算作为云计算的延伸，通过把云计算平台及其能力迁移到变电 站、新能源场站等网络边缘，具备对高带宽、低时延、本地化业务的更强支撑功能，向社会提供 资源共享服务。多站融合是探索利用
39、变电站资源建设运营数据中心站、5G 基站、北斗地基增强站、充电桩、储能 站等，对内支撑坚强智能电网业务，对外拓展能源服务渠道，助力电力物联网发展，推进电力企 业搭建共享平台，更好的为社会创造价值。典型应用场景如下图所示：1 4（2）通信需求15图表 9：基于 5G 网络的多站融合应用场景架构图来源：全球能源互联网研究院（2）通信需求基于多站融合和边缘计算技术可以开展的相关业务有车联网、高清视频、AR/VR、智慧安防等业 务，对未来的通信需求包括：车联网和高清视频类业务：传输带宽 100Mbps 以上，时延 10ms 以下。AR/VR 类业务：传输带宽 100Mbps-1G 之间，时延 5ms
40、以下。智慧安防类业务：传输带宽 20Mbps 以上，时延 20ms 以下。连接数量：集中在局部区域 101000 个不等。1 5 图表 9：基于 5 G 网络的多站融合应用场景架构图来源：17三、5G 电力行业应用挑战3.1 安安全全性与电力性与电力业业务适配性务适配性仍仍需验证需验证现阶段 5G 垂直行业应用普遍面临 5G 网络覆盖尚不全面、技术成熟度有待提升、应用配套产业处于培育期等问题，电力 行业也不例外。5G 网络与 4G 网络相比，可根据业务需求针 对切片定制安全保护机制，可基于切片实现用户所需安全分 级服务、切片之间的安全隔离，也可实现基于用户虚拟网络 的安全部署和安全管理，在网络
41、设计上强化了安全性。但电 力系统对于通信网络的可靠性和安全性有着特殊的要求，且 5G 网络切片、核心网下沉、超低延时业务承载、海量连接等 网络特征对现有电力安全防护架构及网络管理提出了新的要 求。目前，在尚不成熟的 5G 技术和 5G 商用环境下，5G 技 术如何满足能源互联网下的电力业务安全需求仍有待验证。不同主体需要协同配合，明确安全责任边界，同步推进 5G 发展与安全防护。电力企业、网络运 营商和设备供应商需要进一步量化网络的技术指标和架构设 计，包括 5G 网络切片安全性、业务 隔离、端到端业务时延，协商网络能力开放、网络管理界面等要求，以提供满足电力行业多场景 差异化的解决方案，并进
42、行技术验证和示范。同时，发挥政府部门、标准化组织、企业、研究机 构等各方的能动性，打造多方参与的 5G 安全治理体系。1 7 三、5 G 电力行业应用挑战3.1 安全性与电力业务适配性18图表 10：5G 电力行业应用安全风险安全安全风险风险挑战挑战终端终端安全安全海量终端接入认证安全海量设备连接到网络带来风险即使设备认证标准严格，设备厂商出于降成本的考虑，可能仅满足最低限度的终端安全要 求网络网络安安全全差异化安全保护需求：空口侧加密认证与隔离安全5G 网络切片安全需求：如果没有采用适当隔离机制，当某个低防护能力的网络切片受到攻 击，攻击者可以此为跳板攻击其他切片，进而影响电力系统正常运行网
43、络边界安全防护需求：核心网下沉带来的网络边界模糊，难以对边界实施细粒度、高强度防控带来的安全隐患新型商业模式安全需求应用应用安安全全现阶段 5G 切片并非为电力业务设计，使用过程中资源匹配度不高，难以满足电力业务差 异化安全保护需求5G 边缘计算可部署多个应用，共享相关资源，一旦某个应用防护被攻破，将会影响在 5G 边缘计算平台上其他应用安全运行，边缘计算部分附加功能并非电力行业所需，导致电网 资源浪费和效率降低应用的产业链不成熟，特别是在终端和模组方面，厂家少、价格高、形式单一、业务适配 差，无法满足电力业务应用需求5G 与电力业务的适配性测试场景较为局限，需要在更大范围内开展测试验证数据数
44、据安安全全数据安全用户隐私需求来源：德勤研究整理3.2 找找到到商用价值商用价值与与成本的平成本的平衡衡点点5G 的建设和运营成本仍是行业面临的挑战。运营商曾公开表示，5G 的高成本来自“三个 3”：5G 基站数量比 4G 多 3 倍 2；单座 5G 基站耗电量是 4G 基站的 3 倍；单座 5G 基站的价格可能是4G 基站的 3 倍。5G 基站功率更大、能耗更高使得建设成本和维护成本大幅增加据测算一座 宏基站的建设成本（包括主设备、动力配套设施、土建施工、软件费用等）约为 40 万元人民币，单个基站租户年综合电费约为 2-3 万元 3。一边是快速扩张 5G 基站的需求，一边是尚不明朗 的投资
45、回报和商业模式，企业面临 5G 带来的建设和运维成本压力。对运营商而言，2C 用户饱和，市场增长放缓；2B 将成为潜在收入增长点和主要赛道。对电力企 业而言，5G 通信的高速率、高容量、高可靠性、低延时、低能耗与智能电网电力系统可靠性、灵 活响应与协同控制、海量数据传输以及电池寿命与保障的基本需求相匹配。5G 能够助力电网智能 化，并创造新的商业价值。1 8 图表 1 0：5 G 电力行业应用安全风险安全风险挑战终端安19在国家推动 5G 超预期提速的背景下，企业找到商用价值与成本的平衡点尤为重要。企业需要选 择最有潜力的应用场景，探索共建共享模式降本增效，从而逐步实现从单点突破到多点突破再到
46、 行业推广。3.3 业业务务模式尚不模式尚不清清晰晰“5G+电力”的业务模式尚未成形，企业仍在摸索自身定位以及不同定位下的核心业务模式。以 5G 网络切片服务为例。电网业务主要分为安全生产类、客户服务类、经营治理类和提质增效 类等四个类型。每个类别都有很多不同的具体业务，比如在安全生产中，就包含输电线路在线监 测、无人机巡检、智慧变电、配电物联网、配电网保护、短路电流计算分析等多种应用场景。不 同业务在时延、带宽、连接密度、同步性要求以及可靠性、安全隔离方面都有不同的指标要求。5G 网络切片在隔离性和安全性上可以满足电网不同的业务安全分区隔离需求：电力控制切片可 实现毫秒级低时延，保证配电控制
47、数据和命令的可靠传输；电力监测切片，可实现海量电表数据 的采集和无人机等智能设备巡检数据的上传；电力通信切片，可满足电力行业专网的安全通话 需求。4目前网络切片的相关研究和落地仍在发展阶段，电力行业应用有三种潜在业务模式。不同模式 下，电力企业的角色不同，对其资源和能力的要求也不同。相关企业需要共同探索哪种模式更为 可行或找到新的模式（图表 11）。图表 11：5G 网络切片电力行业应用潜在业务模式通信通信运运营商营商电力电力企企业业标准标准模模式式铺设基础设施提供增值服务根据业务需求租用其中的一片或是多片混合混合租租赁模式赁模式统一建设端到端 5G 网络提供增值服务向运营商租用最复杂、投入最
48、大、维护最困难的运营商 基础设网络，包含基站和核心网自建对管理面，满足对网络切片资源的可视化透明管理 需求尽可能利用现有的传输专网资源托管托管模模式式提供运维管理服务电力企业拿到 5G 频谱资源自建独立专用、资源专享的 5G 专网利用运营商在网络运营方面的经验和优势，把 5G 专网切 片托管给运营商进行运维管理来源：德勤根据公开资料整理1 9 在国家推动 5 G 超预期提速的背景下，企业找到商用价值与21四、从技术到商业4.1 深深度度参与标准参与标准制制定定5G 行业标准化是规模化发展的基础。中国企业牵头提交的5G 智能电网研究项目在 3GPP R18 中成功立项，为 5G+智能电网端到端标
49、准系体架构奠定基础。中国电科院（国网能源 互联网技术研究院）加入国际标准化组织 3GPP，参与标准制 定，这将使 5G 技术能够更好地服务于垂直行业。未来，电力企业可以从标准来源、利益相关者、关键考量因 素和后续跟进几个方面思考如何进一步深度参与 5G 技术标 准制定，推动 5G 在电力行业应用的标准化。标准来源标准来源：企业可通过多种方式开发新标准，最常见的来源 包括：修订先前标准、现有实现编篡和满足新兴需求。为满 足新兴需求开发标准要求各参与方达成共识，明确优先满足 哪些需求，再围绕这些需求开发解决方案。技术标准利益相关者技术标准利益相关者：在标准开发工作中尝试包含代表各种最终用户、供应商
50、、技术解决方案专 家和标准专家的参与者。标准制定考量因素标准制定考量因素：成为标准机构参与者后，标准开发工作便开始了。这包括：从工作小组那里 收集需求，确定一套可以相互接受的统一实践，并设计出将成为技术标准基础的技术解决方案，在这个过程中，还应考虑以下因素，以增加成功机率 5。工程实践：同意并确保在制定技术标准时遵守合理的工程实践市场敏锐：了解标准目标市场的价值，并根据这些价值调整设计决策和权衡细节与多样性：避免尝试编纂高度详细的内容以支持高度多样化的应用，标准中的细节应与 服务实践中的多样性相平衡。功能性：将标准支持的落地应用和功能（必需或可选）的数量限制在合理范围延展性：了解标准如何支持厂
