关键词：能源互联网；泛在电力物联网；5G通信
一、泛在电力物联网概念
电力系统为迄今为止世界上最复杂的人造系统。电网安全、经济、可靠运行的需求与日俱增。推进电网信息化智能化的升级已成为世界各国共识。美国能源部发布的“Grid2030”远景规划明确提出在电力装置等基础级集成传感器与控制装置，实现“源－网－荷”通信网络无缝连接，进而实现信息共享与互操作，全面提升电力系统的安全运行能力和资产管理、供电服务水平。欧盟委员会制定的“欧洲电网倡议”提出，电网的角色是电力用户与运营商间的服务网，倡导依托先进的信息通信技术与广泛分布的电力终端，整合多样的可再生能源装置，提升能源管理智能化水平和用户参与积极性。
日本、韩国等国家则强调电力网络与信息网络的深度融合，例如日本“DigitalGrid”以及韩国“绿色电力IT”项目，旨在通过在发电站、输配电设备和智能家居全面集成传感器，实现电网信息化升级，支撑电力设备状态监测、信息化能源管理等高级应用。我国国家电网有限公司在2019年1月17日明确提出建设“三型两网”世界一流能源互联网企业的战略目标，打造“枢纽型、平台型、共享型”企业，建设“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。同年3月8日，该公司又专门召开泛在电力物联网建设部署会议，加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施，提出到2024年全面建成泛在电力物联网。国家电网有限公司对“泛在电力物联网”的定义:将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理与高级电力应用实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。
二、泛在电力物联网的关键技术
2.1智能芯片
随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，另一方面可以完成设备信息的采集、提取及传递。
2.2 5G与LPWA
海量电力数据的传递需要一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网络技术，另一类是以5G和低功耗广域网(LPMA)为主的无线网络技术。泛在电力物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电力物联网网络通信的主要手段。
三、支撑泛在电力物联网的5G通信
3.1移动通信技术发展历程
移动通信技术在近几十年来得到了长足发展，也发生了革命性的变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第一代(1G)通信技术主要使用FM调频技术，传输模拟信号，开始应用于实现远程无限通话；随着集成电路等的发展，第二代(2G)通信技术应运而生，该技术不再传输模拟信号，而是数字信号，提升了通信的抗干扰性能，各种信息服务开始出现，这是通信技术一次质的变化。第三代(3G)通信技术和第四代(4G)通信技术在2G通信基础上进一步提升了网络传输速度：3G通信从真正意义上带来了整个移动互联网；而目前使用的4G通信，网络速度得到极大提升，进一步推动移动互联网发展，手机不再局限于通话短信，数据传输显得更为重要，为物联网的发展创造了想象空间。移动通信技术的每一代革新都在移动通信性能、通信速度等有较大的提升，都会给这个社会带来全新的变化和机遇。5G通信时代已经到来，2016年已经开始了5G通信标准的制定工作，并于2018年结束，2019年被成为5G通信的元年，我国预计在2020年将实现5G通信的规模商用。
3.2 5G通信基本特征
1）高速率。5G通信速率包含峰值速率、区域速率和边缘速率三方面指标，峰值速率是指最好条件下的最大速率，要求不低于20Gbps；区域速率是指通信系统同时支持的总速率，一般用单位面积速率描述，较4G通信将提升1000倍以上；边缘速率(5%速率)是指最差的5%分位数用户获取的通信速率，一般要求在100Mbps和1Gbps之间。电力服务面广，需要采集包括系统实时量测数据、视频监控数据等在内的海量数据，高速率为海量数据传输提供强有力支撑。2）高容量。传统4G通信所连的终端数量有限，一般以手机为主，而5G通信能够连接海量设备，每平方公里可以支撑100万个移动终端，包括家用电器、各种穿戴设备等，为真正实现电力系统中的万物信息互联提供了巨大的想象空间。3）高可靠性。5G发送一个32字节的第2层协议数据单元的成功概率需要高达99.999%，电力通信可靠性也将有效提升电力系统本身可靠性。
四、支撑泛在电力物联网的5G通信关键技术
5G通信技术促进了泛在电力物联网的纵深发展。面向电网业务需求，5G的性能增强技术使得泛在电力物联网的万物互联蓝图成为现实；面向电网管理，5G的软化开放技术是协助管理泛在电力物联网最得力的助手，电网由被动变主动，自由“掌控”通信；面向电网用户服务，5G的自治优化技术给泛在电力物联网装上智能大脑，实现以用户为中心的新业态。本节将就5G通信时代泛在电力物联网关键的性能增强技术、软化开放技术、自治优化技术分别进行探讨。
4.1性能增强技术
5G通信助力泛在电力物联网的首要任务是达成其他无线通信方式所不能达到的高性能指标，使5G通信“三高两低”的特点成为现实并为泛在电力物联网所用。提升“三高两低”相关性能的无线通信技术和无线网络技术被统称为性能增强技术。在性能增强技术中，某些技术有的被广泛研究讨论并且已经比较成熟，成为了5G必备的标准技术，可以被称为5G的原理性技术，大规模MIMO技术和超密集异构网络技术；有的有着十分广阔的前景但还有技术瓶颈尚未有统一定论。
4.2软化开放技术
软化开放技术是指实现5G通信网络软件化并向网络用户开放接口的相关技术。泛在电力物联网并不是通信网络和电力网络的简单叠加，而是两者的有机融合，对两网能进行同时、方便、快捷地管理调度对于泛在电力物联网来说至关重要。传统的电力通信网控制复杂，需要具备专业人员操作运行，电网必须依托电信运营商，是网络功能的被动使用者，被封闭在通信网络之外。
结语:
2019年是泛在电力物联网的元年，为未来能源互联网建设提出了更加明确的目标；2019年也是5G通信规模化商用揭开序幕的一年，5G通信将重塑未来生活方式，也将重塑“物理–信息–社会”深度耦合的电力与能源系统。
参考文献:
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[2]董健康，赵建平，耿宏.下一代移动通信的思考[J].移动通信，2017（10）：64~65.
[3]马俐.浅谈基于5G技术的物联网应用研究[J].数字通信世界，2018（03）：195~196.
论文作者:张力军
论文发表刊物:《中国电业》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/11
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