高旺
国网山西送变电工程有限公司 山西省太原市 030006
摘要：现如今，智能配电网成为企业重要研究内容，基于配电网高级技术下详细分析、总结运行特点。据调查显示，智能配电网集成了控制技术、网络技术、信息技术、电子技术，在智能配电网设备设置中安装配电网终端设备，生成可视化配电网管理模式。智能配电网运行强调人们主动融入到用电监督管理中，及时发现存在的不足，保证运行稳定、安全。基于配电网运行管理中，配电系统作为电力系统重要组成部分，直接面向用户从而满足用电要求，提高供电效果与系统稳定运行。
关键词 ：5G技术；配电网；电流差动保护；应用
1引言
为了有效解决我国配电网运行管理中存在的问题，需要做好配电网的规划工作，目前配电网相关规划主要是在智能配电网技术的应用方面，5G技术智能配电网技术的应用和普及，有效提高了配电网运行管理水平，给用户也带来了便捷，也提升了配电网的运行效率。
5G技术作为4G技术的演进，它利用超高频段、新型多天线、同时同频全双工、D2D、密集网络及新型网络架构实现超低时延、超高带宽、海量接入的通信网络，主要定义了eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量物联网通信）以及uRLLC（超高可靠与低时延通信）三大应用场景。其中，eMBB场景是对已有移动通信数据业务的进一步增强，提供更高的系统速率；mMTC提供低速率、大连接业务以满足万物互联的需求；uRLLC主要面向控制等领域，提供高可靠与低时延业务能力。
2“5G+”智能电网应用需求分析
相对4G网络，5G将逐步引入增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）、大规模机器类通信（mMTC）等典型业务场景，5G与智能电网的结合，将形成“5G+智能电网”新的垂直应用研究领域。智能电网业务按照基本业务应用类型进行分类，可分为生产控制类业务、数据采集类业务、状态监测类业务，而针对配用电网段，主要基本业务包括配电自动化、用电信息采集、分布式电源、精准负荷控制等。由于5G技术具备超低时延、超高带宽、更高移动速率以及海量接入的优势性能，4G无法承载的时延敏感及大带宽业务将通过5G网络承载应用。业务主站系统与业务终端之间通过5G通信网进行连接，包括接入节点、边缘节点、核心节点以及云端管理平台，业务信息采用原有协议进行数据封装，不改变现有业务模式，实现业务主站系统的互联互通。其中，接入节点主要完成5G专用业务通信终端的无线接入，通过边缘节点对接收业务信息进行选择性就地边缘侧处理或远程传输，能够提升D2D的应用效率，降低远程传输时延；同时在核心节点根据行业类型及业务场景对现有5G网络进行端到端的网络切片，具体采用网络虚拟化技术对网络进行软硬件分离并完成资源重组，切分出多个逻辑网络支撑多业务场景应用。
3“5G+”配电网差动保护应用关键技术
3.1配电网电流差动保护同步应用
配电网电流差动保护的信号同步要求主要包括两方面：一是线路两侧的采样时刻必须严格同时刻；二是差动继电器使用两侧相同时刻的采样数据计算差动电流。常见的信号同步方法主要有：基于数据通道的同步方法和基于全球定位系统同步时钟的同步方法。其中，基于数据通道的同步方法包括：采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法，尤以采样时刻调整法应用较多。而基于全球定位系统同步时钟的同步方法则采用GPS系统进行时钟同步。本文以我国自主研制的北斗卫星导航系统为核心，采用北斗授时同步方法，采样时钟部署在线路两端的保护装置中，由高稳定性的晶振体构成，每过1s被秒脉冲信号同步一次，保证晶振体产生的脉冲前沿与国际标准时钟具有1μs同步精度，在线路两端采样时钟给出的采样脉冲之间具有不超过2μs的相对误差，实现了两端采样的严格同步。
3.2“5G+”配电网电流差动保护应用
配电主站系统和配电网业务终端之间根据现场部署情况采用5G通信系统、光纤、4G无线专网或以太网方式进行数据传输，其中作为配电网线路保护降低停电时长、提高抢修效率的配电网电流差动保护装置，主要完成采样值和跳闸信号的传递，当前配电网保护配置以及保护原理面临以下问题。
（1）分布式电源并网导致原有配电网保护原理不可用。分布式电源中的电力电子器件耐受过电压和过电流的能力弱，故障期间提供的故障电流水平低，将导致配电网原有继电保护方案（如三段式电流保护）性能恶化，保护原理不可用。
（2）配电网网架拓扑变化导致保护无法灵活配置。分布式电源的接入导致原有的配电网从单端放射式网络演变为多电源网络，不同于输电网络，配电网保护无法随网络拓扑的变化实现灵活配置。
（3）现有保护通信通道建设以及无线通信技术的特点限制了配电网快速保护的发展。现有的230MHz电力无线专网和部分1.8 GHz电力4G无线专网，由于通信性能的局限性，无法满足配电网快速保护低通信延时和高通信资源带宽的要求。结合5G通信网络，提出配电网电流差动保护信号同步关键技术，将配电主站、差动保护装置、配电自动化终端等进行有序串联，如图1所示。针对110kV变电站之间的常用联络线作为配电网电流差动保护场景设计，为该线路环网柜分别配置了电流差动保护、测控装置和5G CPE通信模组，按照图2的典型应用模式，将电流差动保护以两端考虑，每个智能配电终端分别采集两侧CT的各相电流以及零序电流，各自计算被保护线路的差动电流和制动电流，并通过5G基站及核心网电力uRLLC切片，当发生区内故障时，2个智能配电终端的差动保护逻辑各自动作，保护动作出口，实现配电网电流差动保护应用。
.png)
图2
3.3 “5G+”变电站巡检业务应用关键技术
结合5G典型应用场景eMBB，以智能电网变电站巡检监控摄像头为典型应用，将摄像头与5G CPE设备连接，接入5G通信网实现360°全景监测及远程VR应用。“5G+”巡检监控摄像头挂载5G CPE，采用NSA非独立式组网应用结构，通过5G基站与4G基站的混合接入，结合5G核心网eMBB应用场景，在后端现场分路显示至监控大屏、VR头显应用，解决现有通信网无法满足实时、大带宽数据流传输难题，提升变电站巡检远程可视、可控的智能化水平。
4 总结
相较于既有4G技术，5G网络架构将核心网分为核心网控制面以及分布式核心网用户面，分别提供5G核心云、5G边缘云服务，其中，5G边缘云实现无线高层协议处理、业务应用边缘侧处理，能够满足未来通信网络对于新兴业务中的视频会议、视频监控、虚拟/增强现实等对于时延敏感业务的需求，同时，结合云计算、NFV、SDN以及分布式云架构技术，通过5G核心层统一的编排使网络具备管理与协同能力，从而将网络通道按照业务特性需求，如安全性、移动性、时延和可靠性等方面，将实际物理网络划分成多个虚拟网络，适配不同应用场景的业务应用需求。
参考文献：
[1] 吕军盛， 盛万兴， 刘日亮， 等. 配电物联网设计与应用[J]. 高电压技术， 2019, 45(6): 1681-1688.
[2] 曹津平， 刘建明， 李祥珍. 面向智能配用电网络的电力无线专网技术方案[J]. 电力系统自动化， 2013, 37(11): 76-80.
[3] 黄维芳，金鑫，文安， 等. 基于4G无线通信的自适应分布式差动保护系统[J]. 电器与能效管理技术， 2017, (6): 47-50.