5G网络切片使能智能电网.pdf

切片MEC5G网络切片使能智能电网目录引言 011 智能电网发展的趋势与挑战 022 5G切片智能电网典型业务场景 042.1 场景1：智能分布式配电自动化 042.1.1 业务场景 042.1.2 发展趋势及特点 052.1.3 对通信网络的关键需求2.2 场景2：毫秒级精准负荷控制 062.2.1 业务场景 062.2.2 发展趋势及特点2.2.3 对通信网络的关键需求 072.3 场景3：低压用电信息采集 072.3.1 业务场景 072.3.2 发展趋势及特点2.3.3 对通信网络的关键需求 082.4 场景4：分布式电源 082.4.1 应用场景 082.4.2 发展趋势及特点2.4.3 对通信网络的关键需求 093 5G网络切片简介 103.1 5G网络切片概念与特征 113.2 5G网络切片端到端架构 123.3 5G网络切片价值 134 智能电网5G切片方案探讨 144.1 5G网络切片使能智能电网 154.1.1 技术视角 164.1.2 业务视角4.1.3 部署视角 164.2 智能电网多切片架构 174.3 智能电网全生命周期管理4.3.1 智能电网切片设计 184.3.2 智能电网切片部署与使能4.3.3 智能电网切片的运行 184.3.4 智能电网切片的运维监控4.3.5 智能电网切片的闭环优化 184.3.6 智能电网切片的能力开放 195 总结与展望 20图1 智能电网典型代表性业务场景 04图2 配电自动化发展演进趋势 05图3 智能分布式配电自动化对网络的关键KPI要求图4 精准负荷控制发展演进趋势 06图5 毫秒级精准负荷控制对网络的关键KPI要求 07图6 低压用电信息采集发展演进趋势图7 低压用电信息采集对网络的关键KPI要求 08图8 分布式电源发展演进趋势 09图9 分布式电源对网络的关键KPI要求图10 5G网络切片端到端构架 13图11 5G网络切片使能智能电网 15表1 5G网络切片匹配智能电网不同业务场景需求 16图12 智能电网5G网络切片构架 17图13 5G切片全生命周期管理表2 智能电网5G网络切片的两类运维模式 18表3 智能电网5G网络切片的两类闭环优化模式 19引言近年来，国家电网公司积极建设坚强智能电网，提升电网本质安全水平，通过实施“互联网+”战略，全面提升电网信息化、智能化水平，充分利用现代信息通信技术、控制技术实现电网安全、清洁、协调和智能发展，为经济社会发展提供可靠电力保障。随着用电信息采集、配电自动化、分布式能源接入、电动汽车服务、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要适用于电力行业应用特点的实时、稳定、可靠、高效的新兴通信技术及系统支撑，实现智能设备状态监测和信息收集，激发电力运行新型的作业方式和用电服务模式。4G改变生活，5G改变社会。以电网为代表的垂直行业将在5G时代完成数字化转型，德国提出的工业4.0，中国制造2025都需要借助网络的连接。5G网络不仅能给我们带来更好的带宽体验，5G网络另一个重要的使命是使能垂直行业。5G时代丰富的垂直行业应用将对移动网络带来更加多样化的需求，超高带宽、超低时延以及超大规模连接将改变垂直行业核心业务的运营方式和作业模式，全面提升传统垂直行业的运营效率和决策智能化水平等。网络切片正是在这种背景下产生的。以敏捷和可定制的能力，为不同的应用打造一个“专属”网络。以AI为代表的智能化技术正在掀起第四次工业革命的浪潮。如果说电力是工业化的血液的话，那么网络连接就是工业化的神经。电网与5G网络的深度结合必将智能化工业革命提供坚实的基础，助力中国制造2025达成既定目标。智能电网是智慧能源的基本保障，是推动我国经济社会协调、可持续发展进程的重要物质基础，为“十九大”提出的人民生活更美好、环境更清洁、社会更和谐提供有力支撑。从而推动能源由粗放型管理向精细化转变，真正实现清洁能源替代和电能替代的核心战略的落地。5G网络切片使能智能电网引言01智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。2009年 5月，中国国家电网公司发布了以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网概念，并明确了公司建设坚强智能电网的战略目标和发展路线。5G网络切片使能智能电网1 智能电网发展的趋势与挑战021智能电网发展的趋势与挑战5G网络切片使能智能电网1 智能电网发展的趋势与挑战随着各领域新技术的快速发展，智能电网在发展建设过程中也遇到了一些新的挑战和新的机遇，为智能电网建设带来了新的内涵。新能源：为应对全球变暖和实现可持续发展，迫切需要发展可再生能源发电。可再生能源发电的大量并网将给电网运行、管理带来新的挑战：一方面，可再生能源发电的间歇性、随机性特点，给电网功率平衡、运行控制带来困难；另一方面，分布式能源（DER）的深度渗透使配电网由功率单向流动的无源网络变为功率双向流动的有源网络。新用户：随着电动车的快速发展，电动车充电容量需求十分客观，为更好对需求侧进行管理（例如削峰填谷），用电管理可以采用新的模式。比如，充电车充电可以由传统的在设备接通时用电，变为充电时间可选的互动式用电。新要求：新设备新场景的出现对用电质量提出更高的要求。比如，一些高科技数字设备要求供电的“零中断”。另一方面，从电网运营角度对资产利用效率的要求也在逐步提高，比如提高设备利用率、减低容载比、减少线损等，需要对电网的负荷与供电进行更精确的调整。0325G切片智能电网典型业务场景5G网络切片使能智能电网2 5G切片智能电网典型业务场景2.1 场景1：智能分布式配电自动化2.1.1 业务场景配电自动化（Distributed Automation）是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。配电自动化的发展大致可以分为三个阶段。第一阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，主要设备为重合器和分段器等，不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统局限在自动重合器和备用电源自动投入装置。自动化程度较低，这些系统目前仍大量应用。第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化系统，在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统。它在第二阶段的配电自动化系统的基础上增加了自动控制功能。形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理(DSM)、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的综合自动化系统，形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMS)，功能多图1 智能电网典型代表性业务场景智能电网典型业务场景智能分布式配电自动化 低压用电信息采集 分布式电源毫秒级精准负荷控制从电流走向视角来看，电网主要包括五大环节：发电、输电、变电、配电及用电。通过与电力行业伙伴的充分需求调研、讨论和分析，我们从中识别并筛选出了对于无线通信具有潜在需求、未来5G切片可能使能的、最具典型代表意义的四大智能电网应用场景：智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源。045G网络切片使能智能电网2 5G切片智能电网典型业务场景达140余种。现阶段的配电自动化以此为目标建设和完善。2.1.2 发展趋势及特点当前主流方案采用集中式配电自动化方案，其通信系统主要传输数据业务，包括终端上传主站(上行方向)的遥测、遥信信息采集业务以及主站下发终端（下行方向）的常规总召、线路故障定位（定线、定段）隔离、恢复时的遥控命令，上行流量大、下行流量小，主站为地市集中部署。随着电力可靠供电要求的逐步提升，要求高可靠性供电区域能够实现电力不间断持续供电，将事故隔离时间缩短至毫秒级，实现区域不停电服务，则对集中式配电自动化中的主站集中处理能力和时延等提出了更加严峻的挑战，因此智能分布式配电自动化成为未来配网自动化发展的方向和趋势之一。其特点在于将原来主站的处理逻辑分布式下沉到智能配电化终端，通过各终端间的对等通信，实现智能判断、分析、故障定位、故障隔离以及非故障区域供电恢复等操作，从而实现故障处理过程的全自动进行，最大可能地减少故障停电时间和范围，使配网故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。2.1.3 对通信网络的关键需求智能分布式配电自动化对通信网络的关键需求： 超低时延：毫秒级 高隔离：配电自动化属于电网I/II生产大区业务，要求和其它III/IV管理大区业务完全隔离 高可靠性：99.999%配电自动化发展阶段图2 配电自动化发展演进趋势就地单机处理断电时间小时级集中式自动化处理断电时间分钟级分布式智能化处理断电时间毫秒级机械化自动化智能化智能分布式配电自动化对网络要求图3 智能分布式配电自动化对网络的关键KPI要求时延终端数量 可靠性带宽隔离性055G网络切片使能智能电网2 5G切片智能电网典型业务场景2.2 场景2：毫秒级精准负荷控制2.2.1 业务场景电网负荷控制主要包括调度批量负荷控制和营销负荷控制系统两种控制模式。电网故障情况下，负荷控制主要通过第二道防线的稳控系统紧急切除负荷，防止电网稳定破坏；通过第三道防线的低频低压减载装置负荷减载，避免电网崩溃；这种稳控装置集中切负荷社会影响较大，电网第三道防线措施意味着用电负荷更大面积损失。在目前特高压交直流电网建设过渡阶段，安全稳定控制系统依然是紧急情况下保障电网安全的重要手段。若某馈入特高压直流发生双极闭锁，受端电网损失功率超过一定限额，电网频率将产生严重跌落，甚至可能导致系统频率崩溃。为确保直流故障后电网稳定安全稳定运行，通常综合采用多直流提升、抽蓄电站切泵等措施来平衡电网功率的缺额，但上述措施在直流严重故障下仍不足以阻止电网的频率跌落，紧急切负荷措施依然是必要手段。针对类似直流双极闭锁等严重故障，若采用过传统方式以110KV负荷线路为对象，集中切除负荷的方式，将会触发国务院599号令所规定的电力事故等级，造成较大的社会影响。而采用基于稳控技术的精准负荷控制系统，控制对象精准到生产企业内部的可中断负荷，既满足电网紧急情况下的应急处置，同时仅涉及经济生活中的企业用户，且为用户的可中断负荷，将经济损失、社会影响降至了最低，是目前负荷控制系统的一大技术创新。2.2.2 发展趋势及特点传统配网由于缺少通信网络支持，切除负荷手段相对简单粗暴，通常只能切除整条配电线路。从业务影响、用户体验等角度出发，希望尽可能做到减少对重要用户的影响，通过精准控制，优先切除可中断非重要负荷，例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等。精准负荷控制毫秒级负荷平衡当前切除整条线路趋势细粒度控制，延伸到末端。优先切除制冷等可中断负荷图4 精准负荷控制发展演进趋势065G网络切片使能智能电网2 5G切片智能电网典型业务场景2.3 场景3：低压用电信息采集2.3.1 业务场景低压用电信息采集业务是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。2.3.2 发展趋势及特点电力用户用电信息采集业务当前主要用于计量，主要传输数据业务，包括终端上传主站的状态量采集类业务以及主站下发终端（下行方向）的常规总召命令，呈现出上行流量大、下行流量小的特点，现有的通讯方式主要包括230M、无线公网和光纤传输方式，各类用户终端采用集中器方式目前主站为省公司集中部署。早期采集的方式是一天24个计量点，目前是分为5min和15min采集方式，其中0点为统一采集。未来新业务带来用电信息数据（准）实时上报的新需求。同时，终端数量级进一步提升。未来的用电信息采集将进一步延伸到家庭，能够获取所有用电终端的负荷信息，以更精细化的实现供需平衡，牵引合理错峰用电。例如当前欧美等国已经在实行的电价阶梯报价机制，需要实时公示通知电价，以便用户能够按需预约采购。图6 低压用电信息采集发展演进趋势低压用电信息采集从计量延伸到家庭，引导错峰用电，实现供需平衡现状小规模、低频次、用于计量趋势海量、准实时、用于引导错峰用电2.2.3 对通信网络的关键需求毫秒级精准负荷控制对通信网络的关键需求： 超低时延：毫秒级 高隔离：精准负荷控制属于电网I/II生产大区业务，要求和其它III/IV管理大区业务完全隔离 高可靠性：99.999%毫秒级精准负荷控制对网络要求图5 毫秒级精准负荷控制对网络的关键KPI要求时延终端数量 可靠性带宽隔离性07