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北极星输配电网讯: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。5G具备超高带宽、超低时延、超大连接的特点，能够深刻变革电力通信网，全面提升电力信息化水平。
5G智能电网应用场景及特点
结合5G的技术发展，未来5G+智能电网的应用可归纳为十大愿景，分别为配电网控制保护、电网状态感知、多无人迹协同作业、智能机器人、智慧用能、应急通信、远程诊断、云VR/AR、现场AI辅助、移动办公。围绕十大愿景，南方电网总结了约50类具体的业务场景。
对上述业务场景，目前采用了多种方式进行通信，主要包括光纤、无线公网(2G/4G)、NB-IoT、Wi-Fi等。随着智能电网的发展，后续业务呈现出分布式部署、实时感知、精准控制、海量连接等特点，随之对网络带宽容量、端到端时延、安全保障、灵活接入等提出了更大挑战。
在分布式部署、精准控制方面，目前配电网的保护主要为线路级，响应控制时间为秒级别，线路故障影响面较大，保护、恢复等大多需要人工操作。未来随着智能分布式配网终端的广泛应用，连接模式将出现更多的分布式点到点连接，随着用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等应用，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，时延需求将达到毫秒级。
在实时感知、海量连接方面，目前计量数据采集频次较低，一般为天级，控制能力相对粗放，一般为秒级、线路级；未来随着新能源并网、分布式能源调控、用电负荷需求侧响应等业务发展，逐步实现电表直抄，连接数将大幅增长，数据采集频次将提升至分钟级，精准控制能力将提升至毫秒级、节点级。此外，结合物联网、AI等新技术发展，衍生出机器人、无人机、基于物联网的融合状态监测、智能家居等应用，呈现出连接大幅增长、带宽需求爆发，融合采集与工业控制相结合等发展趋势。
5G智能电网应用实践
自2018年以来，依托5G规模组网建设与应用示范工程，南方电网联合中国移动、华为等单位，从顶层设计、国际标准、关键技术、现网试点到业务运营，开展了一系列卓有成效的5G创新应用合作，创造了多项“行业第一”，全面实现了技术和业务双领先。
一是3GPP国际标准制定。
自2018年2月南方电网公司成为国内能源领域唯一3GPP/CCSA全权会员以来，已累计向3GPP提交30余篇电力需求/技术实现提案，16篇被纳入9项标准，内容涉及5G网络授时、5G承载配网差动保护、网络能力开放、网络切片管理等。后续将在网络体系架构、确定性时延保障、安全可信接入、资源编排优化、业务性能测量等方面提交更多的电力需求/实现提案，为今后大规模应用奠定基础。
二是发布《5G助力智能电网应用白皮书》。
2018年6月27日，在上海世界移动大会期间，南方电网公司与中国移动、华为公司联合对外正式发布《5G助力智能电网应用白皮书》。这是5G电网领域应用的第一份正式宣告，将电网特色需求融入5G解决方案，表达了南南方电网诉求和立场。白皮书首次给出了5G端到端网络切片总体架构，提出了适合电力行业的基于端、管、云、安全四大领域的智能电网端到端网络切片解决方案。
三是国内外首例5G承载电网控制业务现场测试验证。
2019年1月，在深圳完成了国内外首例基于5G网络的配网分布式差动保护业务外场测试，首次验证了5G网络的低时延（<15毫秒）及高精度网络授时能力（<10微秒）满足电网控制类业务需求；2019年5月，在深圳完成了国内外首例基于5G的配电网同步相量测量外场综合测试，解决了装置间绝对时间难以同步和通信时延这两个技术痛点；2020年1月9日，选取深圳局2条站内10kV馈线和4个站外环网柜，完成了国内外首条基于5G SA网络的配网分布式差动保护跨基站承载现场测试，同时利用网络切片保证了不同分区业务的安全隔离，测试指标满足5G承载电网控制类业务毫秒级低时延和微秒级高精度网络授时的苛刻需求。
四是国内外首例5G SA网络切片功能验证及运营管理全流程拉通。
2019年6月，通过部署电力专用核心网设备，改造基于FlexE的SPN承载网，采用5QI等级的业务优先调度机制，在深圳坂田测试验证了国内外首例基于5G SA架构的无线、传输、核心网端到端网络切片的基本功能（如切片配置、发布、实例化、性能监测等），实现了不同分区电力切片间业务互不影响，业务QoS可保障。2019年9月，在深圳实现了国内外首例5G SA网络切片从切片定购、切片配置、切片部署到切片监控的全流程拉通，切片运行状态及业务性能全程可监测，初步验证了切片全生命周期管理流程和手段。
直面多方面挑战
电力行业采用5G技术提升自身生产水平，还需要迎接多方面挑战。
一是5G的技术标准仍未完全冻结，尤其在R18中针对智能电网的专项标准才刚起步，后续技术实现上仍有一定的不确定性。3GPP在2020年上半年完成R16版本后，对uRLLC的标准基本完成，但对mMTC的标准仍在制定中，针对智能电网的R18标准仅处于起步阶段，技术的实现及相关解决方案仍有一定的不确定性和可塑性。
二是5G承载智能电网业务的安全可靠性仍未有官方认证。对于5G技术的安全能力提升、相关的安全解决方案以及其在电力应用中是否能达到电力安全隔离的要求，目前尚未得到国家相关权威机构的认证测评。
三是面向5G的智能电网业务特点的技术需要持续优化。对于电力行业，如何解决电力业务接入进行有效规划、以及解决电力小颗粒带宽的高效承载技术，如适配电网安全分区业务的SPN/IP-RAN承载网技术，目前结业并没有成熟解决方案，相关的设备功能也在不断地改进优化中。在业务的高性能承载方面，电网业务有着自己的特点，电力业务有高精度授时（如差动保护、PMU等）、小颗粒带宽持续传输（自动化、计量、差动保护等）、确定性时延（如差动保）、多协议适配（如基于L3的104规约、L2的Goose规约等），均需要5G在网络设计实现上，引入优化措施才能更好地满足上述需求。
四是适配电力业务的通信终端、通信模块的仅处于起步阶段，需要拉通产业进一步降低终端成本，促进5G智能电网规模应用。2020年8月，具备网络授时功能的电力5G CPE面世，并顺利通过业务测试验证，但适配电力业务的通信终端成本仍然较高，缺乏标准，需要进一步拉通产业进行孵化推广。
五是目前5G智能电网应用仍乏技术标准。5G在电力业务的多种应用处于起步阶段，尚未到达规模应用程度，业务的接入、网络承载、安全管理、业务运营等方面标准相对空白，需要面向5G智能电网规模商用，构建全方面的标准化体系，包括业务申请、网络承载、终端接入、平台管控、业务保障、运营维护、安全保障等方面，以促进产业标准化，支撑后续业务规模化发展。
六是5G智能电网应用尚未有明确的商业管理模式需要进一步探索。运营商与电网的5G商业模式仍未明朗。未来可能有多种模式，按流量资费、按SLA服务能力收费（带宽、确定性时延保障等）、按照切片模式收费等仍未明确，同时电网在5G建设初期，是否可以通过与运营商通过基础资源互换的方式来降低使用成本，等问题均仍待讨论。
三步走实现融合发展
未来，南方电网将从以下三个方面发力，推动5G与电力产业融合发展。
一是积极开展试点，并推动安全测评认证。南方电网将积极开展5G业务验证及应用示范，面临网络安全威胁及安全隔离性等不确定问题，尽快形成5G承载电网不同分区业务的网络安全要求及检测评估方法，并邀请第三方国家级权威测评机构开展现网实测，加快推动5G承载电力业务的安全认证测评工作。
二是加快电网与运营商之间跨行业5G创新商业模式和资源共建共享合作方式的探索进程。在集团层面加速推进未来5G大规模承载电网业务情况下，电网企业与电信运营商之间在业务运营、资费管理、安全措施、职责分工、运维保障等方面的创新商业合作模式。可以由专业部门成立专业团队，结合电网内部资源特点及政策，尽快开展面向5G规模商用的跨产业资源共建共享合作模式研究。
三是与产业各方共同推动5G智能电网标准化体系建设，营造良好生态圈，加快产业进展。南方电网将持续跟进5G标准，尤其积极参与3GPP R18的标准制定，通过5G应用产业方阵（5GAIA）、5G确定性网络联盟（5GDN）等组织，与产业各方进一步推动智能电网领域5G相关的技术研究、产品研制、测试验证、标准制定等工作，共同引领产业链发展，孵化5G创新应用及产品。（张国翊 洪丹轲 杨根甜 中国南方电网电力调度控制中心）
