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    公司名称:惠州市革普丝科技有限公司

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    双碳背景下智能电网5G规模化应用项目落地探索

    发布时间:2022-6-14 9:54:59    点击:
    [ 导读 ]:5G技术赋能是大势所趋、电力所需。山东省在电力系统发展上也面临着与5G网络相结合的新需求:一是从双碳战略要求出发。十四五规划提出建设现代化能源体系,利用5G、工业互联网等手段推进产业数字化转型。二是从电网业务需求出发。

    项目简介:中国移动通信集团山东有限公司联合国网山东省电力公司启动5G电力专网建设,深入开展5G与电网技术融合应用。该项目聚焦双碳背景下能源转型变革需求,以5G技术赋能新型电力系统,成功打造“一张网、一颗芯、12大场景、30万应用”的5G规模化应用标杆工程,并与中国信通院、中国电科院等开展多项5G行业标准编制,解决5G规模化应用的技术标准问题。该项目是5G赋能山东数字强省建设、助力新型电力系统发展的新成果。

    近期,记者邀请到了山东移动政企客户中心工业能源行业团队,回顾双碳背景下智能电网5G规模化应用的部署历程。该项目填补了省域5G网络建设的空缺,有利于山东移动在不同行业的省域5G网络的建设。下一步将通过电力行业应用作为突破口,打造5G电力行业应用标杆,带动5G产业链发展升级。

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    能源转型变革成趋势 5G赋能新电力

    5G技术赋能是大势所趋、电力所需。山东省在电力系统发展上也面临着与5G网络相结合的新需求:一是从双碳战略要求出发。十四五规划提出建设现代化能源体系,利用5G、工业互联网等手段推进产业数字化转型。二是从电网业务需求出发。山东是新能源大省,用电量、装机总量、分布式光伏户数及国家整县屋顶分布式光伏开发试点皆居全国第一。如果电网无法对新能源的发电情况进行监控和预测,对电力供应安全会带来很大的风险。同时电网的建设、运行、管理等各个环节都在进行数字化转型,数据爆发增长,对通信网络承载能力提出更高要求。三是从5G发展出发。我国5G的发展正值创新试点到规模应用的关键期,面临模组应用成本高、行业标准不完善等问题,需要一个规模化应用示范项目来带动产业链发展。

    因此,山东省聚焦双碳背景下能源转型变革需求,以5G技术赋能新型电力系统,成功打造“一张网、一颗芯、12大场景、30万应用”。“一张网”是山东移动联合山东电力共同打造全国首套省域5G电力示范网,支撑山东60万分布式光伏的有效调度,助力碳达峰、碳中和在能源领域率先落地。“一颗芯”是联合北京智芯研制一颗国产轻量化5G芯片,大幅降低5G芯片成本,打破5G行业发展瓶颈。“12大场景”更是覆盖电网发、输、变、配、用全环节实现真5G应用。“30万应用”是在山东规模化应用30万台电力5G终端(内置5G模组),促进5G在B端的商业正循环,拉动产业链协同发展,并形成多项电力5G行业、国际标准。

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    打破传统通信模式,5G电力切片扛大旗

    5G电力系统从整体架构来说被划分为四个层次(感知层、网络层、数据中台、应用层)来匹配电力“发电、输电、变电、配电、用电”全业务场景需求。在感知层,通过应用5G技术,实现海量电力终端数据的实时接入,通过网络层网络及安全接入区,接入电力管理信息大区及生产控制大区业务平台,通过数据中台、人工智能平台实现海量数据的分析运算,提高电力场景智能化水平,支撑应用层地方电厂接入、配电自动化、客户用能管理以及智能配电台区等电力业务场景应用。

    随着新型电力系统构建不断深入,分布式电源、分布式负荷、分布式储能等大量增长,电力系统逐步呈现终端设备海量接入、信息采集爆炸式增长、运行控制高度灵活等特点,传统通信模式面临全新挑战。在省域电力5G示范网建设中,为突破这些传统通信问题,5G电力专网引入了一系列新技术:(1)5G行业虚拟专网(2)边缘计算(3)网络切片(4)定位/授时(5)上行增强(6)大数据(7)云计算(8)人工智能(9)5G LAN(10)数字孪生(11)差动保护等。

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    其中网络切片技术是5G有别于4G的技术特征之一,是5G赋能行业的关键要素。基于业务需求和网络切片技术理念,山东移动联合山东电力构建了一张覆盖全省的端到端的5G电力切片网络。在网络切片构建上,根据各应用场景不同的网络性能和安全隔离需求,构建生产控制大区、管理信息大区、互联网大区3类电力5G切片,部署电力专用UPF设备。

    双碳背景下智能电网5G规模化应用项目落地探索
    生产控制大区,生产控制大区5G切片做端到端硬隔离。承载网划分VPN做逻辑隔离。核心网部分,UPF独立部署,由电力专用独享。空口部分,生产控制大区业务做基于5QI的优先级调度,并在山东开展空口PRB频率资源块预留试点。

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    管理信息大区,省电力公司中心机房部署电力专用UPF,并部署2套承载网设备,与山东移动承载网对接,形成双归结构,承载网划分VPN与其他公网业务做逻辑隔离。空口部分做基于5QI的优先级调度。核心网部分,部署独立的转发面UPF供电力独享,核心网控制面网元均与山东移动共享。

    互联网大区,采用虚拟专网方式构建1个电力互联网大区5G切片。共享运营商UPF,开通专线至省电力公司机房,不同业务通过DNN方式做逻辑隔离。

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    与此同时,电力5G切片的应用为电力系统带来一系列性能提升:

    电力5G切片满足了安全隔离需求与海量数据连接需求,构建了安全可信、接入灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”电力通信网络。

    电力5G切片实现了智能台区融合终端5G接入应用,大幅降低通信时延,完全满足业务通信需求,提升供电可靠性。

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    电力5G切片完成了统一通信管理平台,助力电力通信的可观、可测、可控,实现对电网运行状态的全面感知和对系统资源的优化控制,提高能源综合利用效率及服务质量。

    5G专网赋能全环节,智慧电网展现新效能

    当前,山东正深入推进数字强省建设,加快布局5G等数字基础设施。目前,全省接入电力5G终端7000余套,应用基站超过7万座,实现山东16地市全覆盖。面向电网全业务场景,5G专网赋能发、输、变、配、用电全环节:

    发电方面,完成了对全省17地市地方电厂及分布式能源的安全接入、全面监控和平滑调度,解决了电网存在调度盲区的问题,进一步提升电网调度的能力,提升了新能源消纳水平,较光纤接入,具有较为显著的经济效益和社会效益。

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    输电方面,依托电力管理大区5G专网,已完成5G+北斗无人机智能巡检试点应用。按每年8000基杆塔巡检量计,每年可节约2800小时*人,节约巡检费用50万/年以上。大尺寸缺陷识别准确率可达到90%,小尺寸缺陷识别准确率可达到70%,巡检工作效率提高八倍以上。

    变电方面,依托5G专网,完成对5G智能机器人的数据的实时传输,提高巡检效率,实现了变电站人工例行巡视的智能替代,使现场核查维护工作量减少60%。

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    配电方面,依托5G专网,在各地市供电公司,选取不同场景的智能用电台区,通过5G切片及DNN实现了,智能台区融合终端5G接入应用,智能终端通信平均时延13ms,完全满足业务通信需求,可将线路停电时间缩短至秒级,提升配电网供电可靠性至99.996%。

    用电方面,依托5G专网,分别在17地市供电公司完成客户用能管理5G应用,实现对用电信息的实时监控、采集、处理、分析,提升服务质效和管理水平,提高能源综合利用效率。

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    山东移动还联合山东电力搭建了电力5G专网运营管理平台,面向电网“发电、输电、变电、配电、用电”全业务场景,为电网调度管理提供“端-管-云-用”一体化解决方案,充分满足电网业务的安全性、可靠性、灵活性需求。

    双碳背景下智能电网5G规模化应用项目落地探索
    该平台被划分为四个层次(协议层、平台组件层、核心服务层、展示层)来匹配电力“发电、输电、变电、配电、用电”全业务场景需求。电力5G专网运营管理平台设计开发了多项功能,制定了与山东移动的物联网、网管、CSMF等系统的多项数据接口,获取数十项监测类数据。平台不仅能监控号卡、流量、费用等终端业务信息,还实现了切片网络的状态监控和业务管理,从而使得核心服务层能更好的分析处理获取的数据,并结合展示层的权域模块进行可视化展示。

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    省域专网突破园区限制,打造5G广域典型模式

    据了解,本项目实现5G专网的省、市、县全域覆盖,首次突破行业应用园区场景的限制,打造5G广域应用典型模式。相较于园区网,省域5G专网具有明显的区别:

    1.省域5G专网实现了省、市、县全域覆盖,覆盖面广、组网结构复杂,网络技术难度高,而园区5G只是针对某一园区,其覆盖面窄,网络类型简单。所以省域5G专网相比园区5G,组网更加多且复杂。

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    2.省域电力5G专网对接着山东省数十万台电力终端,终端接入数量多且类型复杂,分布广、专业性强、总体建设规模庞大;园区5G终端接入数量少且集中。因此,省域电力5G专网需要面临海量数据源,要求其切片网络数量更多,安全及时延级别更高。

    3.园区5G作为目前运营商5G行业应用主要合作用户,样板多,可借鉴性强。省域电力5G专网是山东省首次的起点,领先于全国,借鉴性低,需要研发创新。

    该项目作为专网覆盖最广、终端规模最大的5G垂直行业规模化应用,不仅首次打破了前期5G行业应用试点仅局限于园区的现状,还创新融合电力系统,给团队增加了不少难题。过程中也遇到了许多挑战性的问题,但是团队不惧困难,面对挑战也提出了有效的解决方案。

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    (1)电网设备遍布全省、17地市、多级区(县),覆盖范围广,设备数量多,各应用场景不同的网络性能和安全隔离需求,电力通信需要在逻辑及物理上进行安全隔离。针对该问题的解决方案:构建生产控制大区、管理信息大区、互联网大区3类电力5G切片,在核心网资源池中划分专用SMF及AMF,共用控制面网元,按需采用端到端物理隔离、不同业务间做逻辑隔离,部署电力专用UPF设备。

    (2)如何实现对电力终端、物联网卡、网络切片的可观、可管、可控。针对该问题的解决方案:为解决以上问题,双方联合打造了自主研发的电力5G运营管理平台,该平台具备终端管理中心、网络管理中心、专网监控中心、工单中心、订购中心等五大功能,助力电力实现对业务可视可管可控。

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    (3)新型电力系统的灵活调控、新能源消纳、源网荷储互动等关键问题。针对该问题的解决方案:通过建设省域5G专网,研发自主可控的轻量化5G芯片,选取发输变配用全环节的十几个场景部署5G终端开展应用建设,利用5G大带宽低时延特性助力电力实现对新能源的实时调控互动。

    携手能源行业深度合作,带动5G产业链发展

    本次全国首套省域5G电力示范网的落地应用,标志着山东在5G与电力融合创新应用方面走在了全国前列,该项目的建设经验和建设成果对于整体的能源行业发展具有非常重要的意义:

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    在能源行业5G建设方面,通过与国网山东省电力公司的深度合作,深入了解了能源行业需求及痛点,定制可行的行业解决方案,积累了丰富的能源行业应用经验,有利于山东移动在能源领域的快速复制拓展。

    在5G芯片模组研发方面,全球“缺芯”的大环境下,通过山东智芯研制轻量化5G芯片,推动定制化电力5G终端应用量产,降低了模组成本50%以上,同时为我们及上下游产业链研制5G模组、5G终端沉淀了的宝贵经验。

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    在省域5G网络建设方面,目前5G的合作用户主要是园区,省域5G网络极少。该项目填补了省域5G网络建设的空缺,有利于山东移动在不同行业的省域5G网络的建设。

    针对这些经验成果在其他能源领域的复制推广,山东移动下一步的计划与思路:首先,通过打造电力5G行业应用标杆,积累行业经验,形成可落地的行业解决方案,快速实现对能源领域的复制推广,通过开展论坛、交流会等方式,带动5G产业链发展,推动煤矿、油气田、电厂等领域化的信息发展,推动5G用能信息采集、AI能效分析等智能化应用落地。其次,通过与能源行业的深度合作,对5G终端进行自主研发推广,进而带动5G芯片、模组终端价格的下降,助力5G产业链成熟。最后,随着物联网、大数据建设的深入推进,协助政府部门及社会各界,构建智慧能源网络助力智慧城市建设,积极参与课题申报、创新应用大赛等,扩大5G影响力。

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