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□ 周想凌 我国力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和（简称“双碳”目标），是党中央经过深思熟虑作出的重大战略部署。作为能源电力领域的骨干央企，国家电网大力推动能源转型，深入贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略和“双碳”工作部署，加快推动构建以新能源为主体的新型电力系统，为全面建设社会主义现代化国家提供清洁低碳、安全高效的电力保障。 步入“十四五”，国网湖北省电力有限公司（以下简称国网湖北电力）全面落实国家电网深入学习贯彻习近平总书记“七一”重要讲话精神加快推动新型电力系统建设研讨会要求，以“敢为人先、敢于奋斗”的精神，锚定“华中区域领先、公司第一方阵”目标，在新的赶考路上，加快推动构建新型电力系统。 当前，顺应数字化浪潮，国网湖北电力积极探索湖北电力5G切片专网的建设方案，通过搭建省域“专属”网络平台，挖掘电在发输配用各环节中的数字属性，推动电网向能源互联网转型升级，促进与运营商等电力生态的融通发展，以支撑湖北新型电力系统的建设。 5G发力推动电网 向能源互联网转型升级 近年来，国家电网积极建设坚强智能电网，全面提升电网安全运行水平和信息化、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呈爆发式增长，迫切需要适应新型电力系统实时、稳定、可靠、高效、分散分布等特点的新型通信系统支撑。 以超低时延超高可靠（uRLLC）、大带宽（eMBB）、大规模连接（mMTC）三大技术特性为主的5G通信技术脱颖而出，成为支撑新型电力系统能源转型的重要战略资源和新型基础设施。5G通信技术可广泛应用电力行业场景中，在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电、调度以及应急通信各个环节均可发挥重要作用，能够深刻改变电力通信网，全面提升电力信息化水平。 凭借低时延、高可靠性，应用于电力业务中的精准负荷控制系统，主要解决电网故障初期频率快速跌落、主干通道潮流越限、省际联络线功率超用等问题，系统需要实现从秒级到毫秒级的响应，同时需要极高的可靠性。因此，可将系统控制信号承载在 5G网络中，并通过网络切片的方式进一步增强网络的可靠性和可控性。 凭借大连接性，应用于电力系统中涵盖的输电、变电、配电、 用电及经营管理等业务场景，系统中存在成千上万的电力设备，在用户侧也存在大量业务感知设备，目前“最后1km”电力设备的接入比较困难。如果通过有线传输的方式来承载、汇聚这些感知信息，将大大增加电力通信系统的投资，网络维护的难度也很大。而4G的承载能力有限，在用户密集的城区，会导致现网部分数据被丢弃，降低了电力系统的感知能力。5G具备海量连接特性，同时可依托网络切片的虚拟隔离模式，能更加适应新形势下以及未来电网泛在感知、智能互联发展，从而为不同性能要求的业务提供差异化的网络服务。 凭借高宽带性，应用于包括无人机巡检、机器人巡检、视频监控等业务场景。无人机巡检、 机器人巡检可代替人工进行 7×24 小时不间断巡检工作，并搭载视觉检测、红外测温、远程控制等业务功能，特别适合复杂地形、恶劣环境下以及应急抢险的现场信息获取。该类业务对网络带宽的要求可达2Mbps~20Mbps，网络时延一般要求小于200ms。 5G切片高度匹配 新型电力系统通信需求 2020年3月，工信部与国家发改委印发《关于组织实施2020年新型基础设施建设工程(宽带网络和5G领域)的通知》，明确提出重点支持面向智能电网的5G新技术规模化应用等七大领域基础设施建设的5G创新应用，并指出，在面向智能电网的5G新技术规模化应用方面，将基于5G新型网络架构及智能电网场景，开展5G端到端网络切片及资源调度系统研发，研发网络关键设备和原型系统，提供融合5G技术的智能电网整体解决方案。 在以新能源为主体的新型电力系统场景下，大部分的电力场景将搭建在能源互联网之上，电力象信息一样在网络中随时随地产生、共享。其发展将呈现出新的趋势和特征：电源点随机泛空间分布，融合多种分布式电源，具备清洁低碳、源网协同、灵活高效；输变电安全高效，具备态势感知、柔性可靠、协调优化；配电灵活可靠，具备可观可控、开放兼容、经济适用；用电多样互动，具备多元友好、双向互动、灵活多样、节约高效等。这些特点决定了通信技术是各项数字技术在电网应用的基础，是发展新型电力系统的技术支撑。 目前，电网可以通过不同类型的通信网络进行互联，但日益多样化的电力需求需要一个更精密、更具时空包容性和创新性的系统。 传统光纤通信方式，无法适应在城区“开膛破肚”和荒郊野外等复杂环境；电力载波通信无法逾越造价高、性能低、维护和运维成本高的问题；大区集群和4G专网也无法逾越成本高、运维困难和安全稳定性差的问题；建设5G电力专网受频点资源的限制，加上运维和建设成本过高等问题，也不现实。 以5G切片通信技术构建的公网专享模式，电信运营商将部分“切片”划分给电网企业专属使用，电网企业拥有5G切片专网的独立网管权，自主控制5G切片专网的通信安全，同时拥有建立在相应切片之上的号段经营权，这种模式既是新型电力系统建立所必需的通信技术支撑，也是调动电网企业拓展5G应用积极性的有效途径。同时，也是发挥电信企业优势，专业人做专业事，降低5G网络运维成本的必然要求。在此基础上，作为过渡措施，在偏远地区实现5G切片与4G网络VPN虚拟通道在数据层的打通融合，在与偏远地区安全性能要求稍低的状态相适应的情况下，可扩大电网终端设备接入的广域覆盖面。 5G切片技术特点与电力通信网络需求高度契合，与智能电网性能高度匹配。基于5G的智能电网将充分支持分布式新能源、分布式储能、电动汽车、大功率电动智能机器等各种新型电器进入家庭、商业建筑、工厂和园区，为满足个性化、多样化、市场化的能源供应服务提供连接的桥梁。5G为电力终端接入网提供了泛在、灵活、低成本、高质量的全新技术选择，为打造更加安全、可靠、绿色、高效的智能电网提供了强大的基础能力。 “5G+智能电网”不仅能够大幅降低用户平均停电时间、有效提升供电可靠性和管理效率，还可以极大地丰富和扩展电网应用场景，降本增效，助力电网向综合能源服务商转型，为用户提供更好的电力综合服务。 当前，5G网络切片技术与电力系统转型升级的相关研究和应用落地仍在发展阶段，主要体现在传统电力业务优化和数据驱动的价值创造上，通过业务模式的智能化应用，形成面向智能电网的5G安全防护体系，并探索商业模式。 积极探索5G切片 在新型电网构建中的应用 中国电力科学研究院于2020年4月成功加入3GPP国际标准化组织，标志着电力企业在参与5G国际标准制定方面迈出了重要步伐。2020年8月，国家电网等28家成员单位提交的5G智能电网研究项目在3GPP R18(第18版)标准中成功立项。该项目研究范围包括传统能源系统服务、远程控制、远程保护、计量以及高级计量基础设施、分布式发电、分布式自动化、需求响应、能源管理系统和配电管理系统等智能电网服务，率先定义了5G+智能电网的端到端标准体系架构，为5G+智能电网的快速发展奠定了标准框架。 电网公司是5G智能电网技术攻关及工程实践的引领者和主导者。国家电网开展了广泛的5G业务研究和应用实践，主要聚焦5G智能电网架设、控制类业务如配网差动保护、移动巡检类业务如视频交互等方面。 在国家政策指引下，各地纷纷提出了5G智能电网建设计划，雄安、内蒙古、云南、海南等地纷纷启动了5G智能电网建设。国网湖北电力一直积极探索5G网络在新型电网构建中的应用，在武汉智能楼宇、荆州开闭所防误闭锁、孝感智能配电等方面取得成果。目前，正积极谋划电力5G切片专网的建设。在以往230M、1.8G电力专网的建设经验之上，贯彻“搭建平台、引入竞争、互为支撑、共谋发展”的十六字方针，开展与运营商合作模式的探索。 当前阶段，笔者认为与运营商深化5G网络切片技术的战略合作是“双碳”目标下构建新型电力系统的最优途径。自建专网将导致电网公司增加大量的资产投资，需要储备相当数量的技术力量，同时国家大力建设的公共基础设施也将被浪费。而与运营商进行5G切片网络的合作，电网公司仅需要搭建切片核心网、UPF等平台，既保障数据安全性和网络可靠性，同时又大大减少了资产投资。 与此同时，基于各家运营商的网络覆盖情况、服务质量、商务成本，电网公司可引入充分竞争，择优选取。电网公司与运营商可以充分利用双方的基础设施，如数据中心机房、杆塔、光缆等，进行共享共建，使得公共基础设施资源得到最大程度的利用，互为支撑。通过搭建省市一体的网络平台、引入充分竞争、与运营商共享资源互为支撑，从而谋求与运营商等电力生态的共同发展。 目前，国网湖北电力与各家运营商积极探索湖北电力5G切片专网的建设方案，支撑新型电力系统的建设。未来，国网湖北省电力有限公司将打造一张分层分级、共享资源、4G/5G融合的切片专网。 为保障电网数据的安全性、网络的可靠性，省电力公司将在省侧部署专用核心网，同时考虑核心网的高可用和备份；在各地市公司将部署用户面功能网元（UPF），各地市公司的终端将通过运营商共享基站就近接入地市UPF，地市UPF将通过电力传输网与省公司核心网连接。 同时考虑到运营商5G网络的覆盖情况，部分没有5G覆盖的区域将采用4G公网或4G电力专网接入电力专用核心网，实现5G切片网络与4G网络的融合组网，同时实现了湖北电力5G切片专网覆盖面的延伸与过渡。 结语—— 总而言之，5G切片技术在电力通信系统中的应用是顺应时代发展趋势的必然选择。在实际工作中，应从5G技术应用优势出发，能够利用其高可靠、低延时、稳定能力强的优势，打造更加贴合市场需求的应用方案。相应的电力企业需要加强5G切片技术的分析研究和战略合作，充分发挥5G切片技术的优势、价值，进一步推动新型电力系统的构建，基于5G切片技术的电网企业与电信运营商之间的战略合作是新型电力系统构建的有效途径。当然，途径的建立极大程度地取决于电信运营商主动合作的眼界和诚心。 （作者系国网湖北省电力有限公司首席网络安全官） |
