5G电力行业虚拟专网关键技术研究-中国电力科学研究院

5G电力行业虚拟专网关键技术研究总结

核心内容概述

本研究聚焦于5G技术在电力行业的应用，旨在通过数字化转型提升新型电力系统的运行效率与安全性。新型电力系统以高比例新能源接入为特征，包含“源、网、荷、储”四要素，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动等属性。随着新能源并网、负荷波动、储能系统发展等趋势，5G技术在电力系统中展现出巨大潜力，特别是在增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）、大规模机器类型通信（mMTC）等方面，能够满足电力系统对大带宽、低时延、广连接的通信需求。

主要观点

• 5G技术赋能新型电力系统：5G作为国家数字经济的底座，是能源数字化转型的关键支撑，有助于提升电力系统在源网荷储互动、用户供需互动、信息采集等方面的性能。
• 5G应用面临的挑战：当前5G在电力行业规模化应用仍存在技术供给与业务需求不匹配的问题，特别是在高安全、高可靠、大连接等场景下，需进一步突破5G NR技术标准。
• 电力5G主要创新做法：围绕终端、网络、安全、标准、平台、生态等方面，构建了涵盖6个环节的电力5G关键技术图谱，形成了一系列创新成果，包括电力5G模组、终端管控平台、网络规划与仿真平台、5G路测系统等。

关键信息

新型电力系统特征

• 源：新能源成为电力系统主体，多种清洁能源协调发展。
• 网：电网结构复杂，包含交直流远距离输电、区域互联、主网与微网互动。
• 荷：终端用能高度电气化，多能互补趋势明显。
• 储：储能系统规模化应用，提升系统调节能力，支撑新能源柔性并网。

5G在电力业务中的应用场景

1. 分布式光伏：支持高清视频传输、实时监控与控制。
2. 负荷控制：实现精准负荷控制，提升用户侧需求响应能力。
3. 输电线路巡检：利用5G+北斗+AI技术，实现无人机自动巡检与高清视频实时回传。
4. 配网差动保护：借助5G的低时延、高带宽特性，实现毫秒级故障隔离，提升配网管理效率。
5. 变电站AR/MR巡检：通过5G实现音视频连接与远程专家指导，提升巡检效率与安全性。

5G技术特性与电力需求匹配

• eMBB：满足高清视频、智能巡检等大带宽需求。
• uRLLC：支持毫秒级控制时延，用于精准负荷控制、差动保护等高可靠场景。
• mMTC：支持海量终端接入，满足电力物联网需求。

电力5G关键技术图谱

• 技术环节：涵盖终端、无线网、承载网、核心网、应用系统和管控系统。
• 技术数量：共计40余项技术，其中18项为核心技术。
• 解决的问题：包括末端覆盖不足、终端安全接入困难、网络可控能力差等。

电力5G标准体系

• 标准制定：已发布多项行标与团标，涵盖电力5G业务需求、终端技术、网络切片、能力开放等方面。
• 国际标准：参与3GPP R18标准提案，推动FlexE小颗粒切片技术发展。

电力5G创新成果

• 核心技术：包括电力5G模组、终端管控平台、网络规划与仿真平台、5G路测系统等。
• 关键技术突破：安全鉴权、NR空口授时、轻量级协议、eSIM芯片集成等。
• 功能实现：支持网络质量监测、双向认证、信号质量测量、网络覆盖评估等。

电力5G生态建设

• 合作对象：包括全球知名电信运营商、通信设备制造商、研究机构等。
• 产业联盟：如5G DNA（确定性网络产业联盟）、5G切片产业联盟等。
• 联合实验室：与高校、科研机构共建无线移动通信与能源互联网联合创新实验室。

5G电力虚拟专网组网架构

• 总体架构：包括通信终端、接入网、承载网、核心网、安全接入区等。
• 技术实现：采用5G SA模式，结合RB资源静态预留、FlexE技术、专用UPF下沉，实现端到端硬切片，支持软切片隔离不同业务。

电力5G应用成效

• 国网天津电力：完成5G网络接入改造，提升通信稳定性与业务响应能力。
• 国网湖北电力：部署5G差动保护，实现毫秒级故障隔离，提升配网管理效率。
• 国网山东电力：完成5285台新能源控制器5G模块更换，支撑精准负荷控制与电力现货市场交易。

未来展望

• 电力行业正加速推进5G规模化示范应用，推动比特与瓦特的深度融合。
• 5G将赋能电网生产运营、服务政府与行业治理，助力实现“双碳”目标。
• 通过构建电力5G生态圈，带动产业链、应用链与创新链协同发展，为我国5G技术发展注入新动力。