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基于5G移动网络的智能变电站自动化应用分析

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王宏伟

[导读] 摘要：本文简要阐述了5G移动网络通信技术的概述，并对照现行的变电站通信要求，着重分析了5G移动网络通信技术应用于智能变电站自动化系统的安全性及可靠性。

        身份证号码：62242519860722xxxx 广西南宁 530000
        摘要：本文简要阐述了5G移动网络通信技术的概述，并对照现行的变电站通信要求，着重分析了5G移动网络通信技术应用于智能变电站自动化系统的安全性及可靠性。
        关键词：5G移动网络；智能变电站自动化系统应用
        引言
        随着国民经济的发展，大容量、高电压等级智能变电站的建设将会逐渐增多、低电压等级变电站进行技改，改为高一级电压等级智能变电站是不可避免的。建设更高电压等级的智能变电站意味着更多的一、二次设备、通信设备、监控设备。协调好设备间的通讯，在特定情况下，如现场检修设备间的协同调试通信、站内移动巡检通信、分布式在线监测以及变电站应急通讯等业务对智能变电站的通信覆盖提出了更高的要求。而现行的通过网线和光缆进行的通讯方式已经无法完全满足以上各种业务的需求。
        15G移动网络技术的概述
        5G移动网络就是第五代通信网络技术，是2G、3G和4G网络的延伸。5G移动网络技术是通信领域的一大改革，它的出现较好地满足了用户通信需求。首先，5G网络传输速度快。目前，5G移动网络可以在28千兆赫波段下达到1Gbps。其次，5G移动通信网络性能好，可以支持不同设备的同时使用，更好地方便人们的生活；再者，5G移动网络技术改善了网络通信新能，在5G技术的支持下，端与端的性能得到了改善，数据传输更快。随着人们对5G技术研究的深入，5G的应用也将更加广泛，不仅会带动通信领域的进一步发展，同时也能更好地服务社会发展。
        2现行通信网络及介质分析
        目前ISAS通信网络主要采用有线通信方式，有星型、环型以及总线型网络结构，其中110kV及其以下电压等级的通行网络主要采用总线型，220kV以上则较多采用双星型或者双环型，下面以星型网络结构为例进行分析。星型结构是三种网络结构中架构最简单的，但是如果将合并单元和智能终端的下一层装置计入，最后将会形成成百上千计的单元直接或者间接与交换机进行通信。如此庞大的网络皆是通过网线或者光纤作为介质互相连接的。
        普通网线作为传输介质无论是在数据输送容量上还是在输送距离上都不及光纤通信的。因此目前几乎所有的变电站都在提倡用光纤作为通信介质取代网线。但是光纤作为有线介质，依然存在着走线工程量大、耗时长、费用高、布线困难、线路损坏或者后期增减设备需要重新设计走线等缺陷。并且投运后若光缆出现问题（主要是内部玻璃纤维断裂）是无法像电缆一样迅速恢复的，尤其128光缆的熔接是非常耗费时的，若无法短时间内恢复，将会影响到电力系统的稳定性和可靠性，可能造成无法挽回的经济损失。
        35G通信技术的优点
        5G通信技术是近几年提出的新一代无线移动通信网络，预计将会在2019年完成试验阶段，2020年普及商用。5G拥有着极高的传输速率、极大的传输容量以及极低的传输延迟，将会是今后的主要通信技术。
        3.1安装的迅速性
        无需像有线通信在安装时进行穿墙、挖电缆沟、走线、布线等耗费时长的工作，5G通信系统仅需设置好基站即可完成通信系统硬件的安装。
        3.2提高网络发展水平
        与4G移动通信技术相比较来说，5G移动通信技术的网络传播速度更快，在移动终端方面，各项网络信息的传播效率得到明显提高。在物联网时代背景下，5G移动通信的良好运用，可以显著提升数据信息的传播速率，云计算速率得到提高，为物联网的快速发展奠定基础。
        3.3信息的实时性
        在站内5G网络信号覆盖的任何区域内，用户都可以通过便携移动设备实时访问服务端内的信息。
        3.4维护的直观性
        在进行设备间的通信维护时，仅需确认微型基站间的状态，减少了维护耗时的同时也降低了维护费用。

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        4可靠性及安全性分析
        4.1可靠性
        4.1.1降低误码率及提高差错应对能力
        误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。尤其是在ISAS强电磁干扰环境性，如果能降低一个数量级的误码率，将会大大提高5G移动网络通信在ISAS站内通信的可靠性。如表1所示为现行ISAS站内通信方式与基于5G移动网络通信方式特点及其误码率的对比，可以看出基于以太网技术通过光缆传输的误码率是最低的，最高的是基于现场总线技术的有线传输技术和基于5G的移动网络传输技术。目前我国在110kV变电站大多采用基于现场总线的通信技术，所以10－6数量级的误码率是可以接受的。
        4.1.2增强网络结构
        为确保通信的可靠，在有线网络结构中，较常采用的方法是采用A、B网结构。A、B网互为备用，在运行中的网络出现通信故障时，备用网络介入仍能保证通信的正常运行。两张通信网虽能在一定程度上保证网络的稳定性，当中心节点出现故障，将会导致整个通信网络的不正常运行，影响变电站内的稳定性。5G移动网络通信不受地形、接线、走线等的限制，可以选择多种多样的网络拓扑结构，以蜂窝场景可以选择另一条链路接入下一个节点。再无需布置多条线缆的同时，大大增强了网络的可靠性。
        4.2安全性
        ISAS的通信安全问题主要分为设备的控制权限、数据的访问权限以及保密性三个方面。对设备的控制权限是首要考虑的安全问题，除了在原有的软件加密、口令认证等基础上，考虑到移动设备的特殊性，进行设备认证加密，只有专用的设备才能拥有对设备的控制权限。数据的访问权限和保密性一般是放在一起考虑的，在使用专用移动设备进行数据查看的同时，采用波束赋形技术，将站内专用的5G网络信号控制在变电站区域内，使得超出变电站范围的信号强度降低甚至变为无法连接的状态。
        55G移动网络技术发展趋势
        5.1智能交互
        从4G时代开始，智能理念已经开始出现。就目前来看，智能化的应用范围还比较窄，尤其是智能交互方面，还需要进一步深入研究。5G时代里，5G移动网络技术的应用将实现无人驾驶汽车间的数据交互以及人工智能交互，同时，还能够使虚拟现实、远程医疗等技术成为现实，对人们的生活带来一定改变。
        5.2生活云端化
        5G移动网络明显的特征之一就是传输速度快，用户体验速率达到100Mbit/s，而超高速的网络也会逐渐替代硬盘，并逐渐进入人们的生活。现行社会形势下，智能设备的广泛使用使得移动数据业务也不断增加，而要想确保信息的快速传输，就必须依靠先进的通信技术。在移动通信中，可以利用无线网络信息，为用户提供关联服务，使用户得到更好的体验。以5G移动网络技术为载体，网络可以从中心云到边缘云，同时也可以从边缘云到移动设备云，在这种情况下，用户可以随时随地的存储、使用数据。
        结束语
        综上所述，5G移动网络技术是通信领域的一场改革，它的出现较好地迎合了人们对通信的需要。现代的移动通信技术经历了1G～4G的发展，移动通信在数据加密、稳定性、可靠性以及安全性等方面的技术已经非常成熟可靠了；将这些通信技术进一步发展、改进、优化后应用于5G移动通信网络，基于5G移动网络通信的智能变电站自动化系统将会对电力系统的智能化发展、分布式电源的接入以及组建能源互联网起到助推的作用。因此5G移动网络通信技术在ISAS的应用前景是非常广阔且可靠的。
        参考文献：
        ［1］徐祥运，李金秀.从5G技术的特点看其对工商业发展的影响[J].自然辩证法研究，2019，35（8）：119-120.
        ［2］周晓东，王晟.浅析5G移动通信技术及其在电网中的应用展望[J].通讯世界，2019，26（10）：254-255.
        ［3］简展鹏.5G移动通讯发展趋势及关键技术研究[J].传播力研究，2019，3（22）：284-285.