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摘 要：面向智能電網(wǎng)超低時(shí)延、超大帶寬、超精授時(shí)和超強(qiáng)安全的確定性網(wǎng)絡(luò)的通信需求，提出SMART綜合解決方案。該方案融合了網(wǎng)絡(luò)切片、MEC邊緣計(jì)算、3CC載波聚合、RedCap輕量化5G、TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。通過(guò)綜合運(yùn)用5G/5G-A先進(jìn)無(wú)線技術(shù)，為智能電網(wǎng)打造定制化資源與服務(wù)質(zhì)量保障兼?zhèn)涞木肪W(wǎng)絡(luò)解決方案。該方案支持業(yè)務(wù)隔離機(jī)制，能更精準(zhǔn)地滿(mǎn)足電網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)安全性、可靠性和靈活性的嚴(yán)格要求，實(shí)現(xiàn)差異化服務(wù)保障，助力智能電網(wǎng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；5G專(zhuān)網(wǎng)；5G-A；無(wú)線通信；確定性網(wǎng)絡(luò)
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2025.02.012
概述
智能電網(wǎng)是實(shí)施新能源戰(zhàn)略和優(yōu)化能源資源配置的重要平臺(tái)，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度和通信信息平臺(tái)等各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著大規(guī)模配電網(wǎng)自動(dòng)化、低壓集抄、分布式能源接入、用戶(hù)雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，各類(lèi)電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶(hù)的通信需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，由于點(diǎn)多面廣，傳統(tǒng)光纖覆蓋建設(shè)成本高、業(yè)務(wù)開(kāi)通時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)維難度大，難以有效支撐其“可觀、可管、可控”。同時(shí)輸配電線路無(wú)人機(jī)巡檢等移動(dòng)性場(chǎng)景也對(duì)無(wú)線通信提出了剛需，因此迫切需要構(gòu)建安全可信、接入靈活、雙向?qū)崟r(shí)互動(dòng)的通信接入網(wǎng)。面臨的主要挑戰(zhàn)如下。
a）超低時(shí)延能力挑戰(zhàn)。生產(chǎn)控制Ⅰ/Ⅱ區(qū)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)有極低時(shí)延、抖動(dòng)要求，同時(shí)具有嚴(yán)格的安全隔離和自助管控要求，如：配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、配電自動(dòng)化等核心業(yè)務(wù)，需要10ms@99.999%以下的確定性低時(shí)延能力以及1μs以下的高精度授時(shí)能力。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的確定性時(shí)延提出巨大挑戰(zhàn)。
b）上行超寬帶能力挑戰(zhàn)。管理信息Ⅲ/Ⅳ區(qū)業(yè)務(wù)主要包括輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢、配電房視頻綜合監(jiān)視以及移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)管控等。此類(lèi)業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容是視頻傳輸，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求很高。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的速率取決于像素和幀率，像素方面從500萬(wàn)、1 000萬(wàn)向2000萬(wàn)以及更高像素發(fā)展，單攝像頭速率從幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s，采用壓縮模式也有100Mbit/s。海量數(shù)據(jù)回傳需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)上行超寬帶的能力提出極大挑戰(zhàn)。
c）高精度授時(shí)能力挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)裝置如電源管理單元（Power Management Unit，PMU）、保護(hù)終端、數(shù)據(jù)傳輸單元（DataTransfer Unit，DTU）等都內(nèi)置了時(shí)鐘，但這些時(shí)鐘之間由于時(shí)鐘初始值或時(shí)鐘計(jì)時(shí)精度等問(wèn)題難以同步，導(dǎo)致其相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)時(shí)間偏差，進(jìn)而影響電力業(yè)務(wù)的正確執(zhí)行。在實(shí)際工程中，配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)要求對(duì)時(shí)精度<10μs；配網(wǎng)PMU要求對(duì)時(shí)精度<1μs。目前NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)精度在ms級(jí)，因此，需要通過(guò)衛(wèi)星授時(shí)（授時(shí)精度在10ns級(jí)）等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的同步對(duì)時(shí)。如何利用GNSS衛(wèi)星高精度授時(shí)，實(shí)現(xiàn)通信+授時(shí)一體化網(wǎng)絡(luò)部署，是配電自動(dòng)化場(chǎng)景的一大挑戰(zhàn)。
d）安全防護(hù)能力挑戰(zhàn)。作為民生基礎(chǔ)行業(yè)，電力需要專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全。電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)的總體原則為“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”，為不同分區(qū)業(yè)務(wù)提供差異化的安全隔離服務(wù)，強(qiáng)化邊界防護(hù)，提高內(nèi)部安全防護(hù)能力，保證電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)及重要數(shù)據(jù)的安全。這對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)能力提出嚴(yán)格挑戰(zhàn)。
面向智能電網(wǎng)的確定性網(wǎng)絡(luò)通信需求，本文提出SMART綜合解決方案，融合網(wǎng)絡(luò)切片（Slicing）、MEC邊緣計(jì)算、3CC載波聚合、RedCap輕量化5G、TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，滿(mǎn)足電力行業(yè)超低時(shí)延、超大帶寬、超精授時(shí)、超強(qiáng)安全的確定性網(wǎng)絡(luò)通信需求，為智能電網(wǎng)提供具有定制化資源和服務(wù)質(zhì)量保障、業(yè)務(wù)隔離的精品網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以更好地滿(mǎn)足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性、可靠性和靈活性需求，實(shí)現(xiàn)差異化服務(wù)保障。方案在某電力公司進(jìn)行落地測(cè)試驗(yàn)證，通過(guò)綜合運(yùn)用5G/5G-A技術(shù)，為客戶(hù)提供了良好的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)，關(guān)鍵服務(wù)指標(biāo)（如可用性、帶寬、時(shí)延、可靠性、抖動(dòng)、安全隔離等）都得到良好保障。
