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5G加出新动能丨5G“触电”迸发智慧之光

2020-11-01 15:57:42 来源: 人民邮电报 作者: 邵素宏

广州市南沙区明珠湾区域地处粤港澳大湾区的几何中心。如今,在这个勇于先行先试的热土上,又一个在全国,乃至全球走在前列的项目正在积极尝试、推动、落地——这就是中国移动与南方电网在明珠湾区域打造的国内最大的5G智能电网应用示范区。在这里,5G“触电”,激发出众多电力与通信新技术的跨界新应用,成为5G融入百业的标杆示范。

全流程融合 竖垂直行业标杆

打造5G智能电网“明珠”项目

电网业务类型丰富,涵盖发、输、变、配、用各个方面,对通信的需求与5G大带宽、低时延、广连接的特性完美匹配。

“电网是一个复杂的系统,在发电端,风能、太阳能等新能源不断接入,在用电端,充电桩、智能家居等应用也在不断增加……为了驾驭这么一个复杂的电网,我们需要提升对电网状态的监测、处理能力,加强对电力系统的保护与控制,做好用电的需求侧响应。为了满足上述要求,我们需要有一张安全、可靠、灵活、高效的通信网络来支撑。”广州供电局调控中心通信科高级经理孙磊介绍称,“电网业务发生新的形态变化,比如多了很多移动的作业以及随着电网逐渐向用电侧延伸,面临点多、面广的困境。这时,传统以光纤为主的电力通信技术就受到了局限。而5G技术的出现刚好弥补了传统电力通信方式的短板。”

为了满足电网发展对通信网络的新需求,自2019年开始,中国移动与南方电网开始联合打造业内首个以5G智能电网应用研究为主的综合试验区。

中国移动联合南方电网选中明珠湾区域为核心,辐射周边重要的变电站和输电线路承接5G智能电网应用示范区的建设任务,开展5G智能电网区域业务试验。通过梳理,双方选取了电网业务与5G技术结合度比较高的51类业务,涵盖了电力系统发、输、变、配、用各个环节,全面验证5G承载智能电网业务的能力,探索可复制落地的5G智能电网商业模式,为后续5G智能电网全面商用奠定基础。

示范区目前已完成上线业务14个,业务场景数量及验证进度领跑行业。按照中国移动和南方电网制订的5G+数字电网推进计划,将在2020年年底完成业务场景验证;到2021年,完成53类电网业务,树立5G垂直行业商用标杆示范,并形成标准化可推广的商业模式。

毫秒级时延 微秒级授时精度

5G胜任光速考验

“在中国移动面向垂直行业客户的15个重点细分行业中,智能电网是5G最典型、最先进的应用。其他行业应用可能只对5G三大特性中的一项或两项有要求,但是智能电网对这些特性全部都有要求,并且有更高的要求,比如授时精度、安全等。”广州移动副总经理杨鹏介绍称。

在电的世界里,计量单位是“光速”。在电网控制类业务中,关于耗时的要求尤其严格——对时延的要求达到毫秒级,对网络授时精度的要求更是达到了微秒级。

5G智能电网未来应用的最主要挑战就是在于5G能否承载电网控制类业务。今年8月,中国移动联合南方电网在深圳成功完成全球首款5G授时CPE和配网差动保护装置联调。经过测试,通过5G基站提供的高精度同步授时信号,新研发的授时CPE授时精度达到1微秒,时延控制在了15毫秒以内。5G配网差动保护可实现配网线路区段或设备的故障判断及精准定位,快速隔离故障区段或设备,故障隔离时间由分钟缩短到百毫秒级。

就在同一个月,中国移动与南方电网还在广州成功完成了智能配电网同步相量测量(PMU)终端到WAMS(广域监测系统)主站的5G端到端真实业务拉通测试,完成了全球首个基于5G R16高精度PMU授时端到端验证。这项测试中,5G高精度授时同步时间误差在240纳秒以内,满足PMU装置1微秒的精度指标要求。

5G配网差动保护和5G智能配电网同步相量测量两项应用的成功充分证明了5G的低时延、高带宽和大连接三大特性,以及网络切片和边缘计算两大关键技术,能够满足电力控制类业务各环节的安全性、可靠性和灵活性需求。

5G加持 效率翻升

智能电网走向无人化

在铁塔上爬上爬下,在百米高空“走钢丝”——这曾经是电网巡检工作的日常。传统模式下,电网巡检人员需要爬上高高的铁塔,冒着高空的大风和烈日,在几十米甚至上百米的高压线上行走完成巡检。但随着5G智能电网的到来,这种场景将成为过去。

以广州供电局运维的输电线路为例。这段线路约有8000公里,架空线路地形复杂,线路长跨越大,人工巡检方式耗费大量时间和人力,每轮巡检周期约2个月,需投入人力约200人。但是,5G+两栖带电作业机器人的使用却可以大大减轻人工巡检的作业强度,提高输电线路巡检作业质量和管理水平。

在广州供电局重鱼甲输电线现场,5G+两栖带电作业机器人靠无人机飞行上线后,沿输电线路“行走”巡视,通过5G网络将现场4K实时视频数据传送到远程智能控制主站,结合视频AI分析,实现对输电架空线路智能检测。“可飞行”“可行走”的两栖特点还弥补了传统无人机巡视续航时间短、受航空管制等短板。

在广州供电局狮洋变电站,5G的加入已经助力其实现了下属17个子站的无人值守。而在主站,5G+变电站巡检机器人也代替了人工巡视。5G+变电站巡检机器人将巡检拍摄的视频实时回传与实时分析,减少了每天固定两人次的人力支出,大大提高了巡视效率,在恶劣天气下的机器人巡视也极大保证了运行人员的人身安全。

在中国移动和南方电网合作的5G智能电网项目中,这类5G助力智能电网运维空、地无人化、智能化,极大提高运维效率的应用还有很多……

常规模式下,一台220kV主变停电,需安排变电运行人员至少两人次,耗时小时级。现在升级为一键顺序控制模式,通过5G通道回传现场高清视频,辅助变电运行人员远程确认操作控制情况,大大缩短操作时间。一台主变由运行状态转为检修状态的操作可缩短至10分钟。

借助5G通信大带宽、低时延的通信特性实现的配网自动化线路自愈功能投用后较自愈功能投入前,平均隔离故障并恢复非故障区域送电时间由小时级压缩到3分钟以内,下降超过90%,而且较传统故障抢修至少6人才能完成故障隔离和转电的情况,自愈线路完全自主执行、无需人力耗费。

随着中国移动和南方电网在明珠湾5G智能电网应用示范区合作的深入,以及5G网络的进一步成熟和完善,未来将有更多智能电网新业务、新应用涌现,为5G在电力行业规模应用打下坚实基础。

编辑:张倩男

监制:邵素宏

责任编辑: 桂楷东