刘家凯
国网河北省电力有限公司建设公司、河北省石家庄市、050000
摘要：近些年来，网络与信息技术被广泛应用于各行各业中。5G网络通信覆盖面积广、组网方式灵活，并且5G网络还具有外扩新好、网络维护成本比较低等于优势，故5G网络已经成为当前网络应用趋势，并被广泛应用于变电站硬件设备的升级改造上，促进变电站逐步走向智能化。本文简要分析目前我国智能变电站自动化系统网络构架，并探讨了智能变电站自动化系统5G网络的具体应用，希望能为相关研究者提供参考价值。
关键词：5G网络；变电站;智能化；自动化；应用
随着信息技术的不断发展，智能化时代已经到来。在移动数据的需求量不断增加的前提下，移动互联网实现了飞速发展，更多的设备开始应用移动网络，5G移动网络凭借高速少延迟、低成本、容量大等优势成为通信届的主流趋势，电力系统将5G网络技术应用网络技术实现智能管控供电线路，通过对电力设备数字化升级，完成整个线路的管控，最终实现变电站自动化生产。
一、我国智能变电站自动化系统网络架构
1、网络架构
当前，我国大部分智能化变电站网络构架采用三层两网形式，电力企业自动化系统使用的网络是站控层总线与过程层总线结合的结构，而三层则指的是变电站层设备、过程层设备以及间隔层设备这三层设备；而两网是过程层与间隔层这两个网络。电力自动化系统的三个层的联系方式是通讯，一般间隔层与站控层的通讯网络使用的是100M/10M以太网。
2、过程层网络
变电站不同设备使用不同的网络，一般来讲，高压一次设备使用的是220kv的间隔层网络，而主要以双套单星的以太网为主，且间隔层需要安装交换机；而在中压间隔层的网络则采用110kv的双星以太网，并且将交换机配置在各段母线上；低压间隔层则不需要单独设置GOOSE网络，主要借助站控层来传输信息，测控装置以及电度表等可以通过光纤来传输数据，而启动失灵、跳闸等信息可以通过GOOSE网络来传输。
二、5G网络智能变电站自动化应用
1、5G通信技术
5G通信是近些年最新提出的无线移动通信技术，通过技术试验并广泛普及使用。而5G网络具有超强的传输速率，极低的传输延迟，同时传输容量也非常大，迅速成为当前通信技术主要应用方向。我们通过对比分析5G通信与当前的网线光缆通信技术，发现5G通信具有以下几点应用优势：
(1)通信信息具有较高实时性
网线通信必须通过网线连接进行网络通信，而5G网络通信只要是5G网络覆盖的区域，站内的所有用户都可以使用便携的移动设备对服务端信息进行访问，因此，5G网络具有实时性比较强。
(2）硬件安装方便
有线通信安装比较复杂，一般需要穿墙、挖沟来进行走线，耗时较长，且工程量相对较大；而5G通信技术需要先设置好基站，然后安装通信系统硬件，安装过程简单方便，耗用时间也较短。
（3）维护比较方便
5G网络的通信维护只需确认微型基站间的状态，故而维护费用比较低，同时耗时较短。而网线光缆的通信维护时间和维护费用都远高于5G网络。
（4）可实现多样性拓展
5G网络拓展可以采用调解微基站组合的方式形成各种各样的网络结构，使节点增减变得特别的方便，故5G网络拓展具有多样性。
当前，全球范围内主要使用28GHz频段来开展试验，这个频段下的5G数据传输速率最高可达到10Gbit/s，端对端延迟可以降低到1ms。国际大电网会议对设备层与间隔层，间隔层单元间、变电站与间隔层、间隔层与其他链路间的数据路提出了要求，而数据表明5G网络传输速率远远超出变电站的通信需求。
2、可靠性及安全性分析
在变电站自动化设备运行过程中，控制系统要实现快速、安全、灵敏进行通信以及控制，故相对较市区的移动通信，如果在ISAS中应用5G网络技术，可以实现在强电磁干扰下保障ISAS可以正常进行通信，5G通信技术可以抵抗住高压开关分合带来的电磁干扰，确保变电站内的各个设备的通信可以安全可靠运行。
（1）可靠性
智能变电站自动化系统在进行数据通信的过程中，确保能准确无误地传输的日常数据。因此，电力企业要重视提升通信数据的准确性才可以保障变电站各项设备可以安全可靠运行。而当前，可以通过以下方式提升数据通信准确性。
①降低误码率，提升差错应对能力
误码率是指规定时间内数据传输的准确程度的指标，在智能变电站通信过程中，要尽可能降低误码率，特别是在ISAS的强电磁干扰的背景下，降低误码率可以显著提升ISAS站内5G网络数据传输的准确性。通过对比当前ISAS站内通信，发现5G网络与现场总线传输的误码率是最高的，而基于以太网的光缆通信的误码率最低。当前，我国110kV的变电站一般使用的是现场总线技术，其误码率处于人们可接受范围。
而有线通信误码率需要通过技术与算法实现的，而5G网络是试验阶段直接测得的。据研究，也可以通过结合一些硬件技术、软件算法将5G通信误码率降到10-10。
②增强网络结构
在有线通信中，为保障通信的可靠性，一般采用A、B网结构。当网络运行遇到通信故障，可利用备用网络确保网络通信可以正常运行。通过A、B网确保通信网络的稳定性，否则，如果某个节点出现了问题，会影响变电站整个通信网络的稳定性。而5G网络不受地形以及走线的限制，一般可选用网络拓扑结构。例如蜂窝网络拓扑结构下可以实现特殊情况自选通讯路径，会增大网络节点通信链路，如遇线路故障，可选择另一链路接入节点，提高了通信的可靠性。
（2）安全性
网络信息通信安全包括控制权限、访问权限、保密性，而首要考虑的是设备控制权限，在口令认证以及软件加密的前提下，对设备进行加密，一般专用设备才具有控制权限。而数据保密性及访问权限需要同时考虑，在查看数据时，采用波束赋形技术将5G信号控制在变电站区域，使超出范围的网络信号降低，甚至无法连接。
结语：
总之，近些年来，移动通信技术经历了从1G到4G的跨越发展，移动通信的可靠性、安全性以及稳定性得到大幅度地提高，5G通信网络的强大的兼容性以及灵活的组网形式是5G通信的极大优势，而在智能变电站自动化系统中应用5G网络技术可解放劳动力，显著改善信号传输问题，而在通信技术不断优化和发展后，5G网络智能变电站自动化系统实现智能化发展，故在智能变电站自动化控制和管理中5G网络通信具有非常广阔的发展前景。
参考文献：
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