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1、智能电网 5G 网络及切片应用一、关键词智能电网、5G、网络切片四、测试床项目目标和概述本测试床旨在提供一个可复制的使用 5G 网络切片实现的智能配电解决方案。该方案应用微型同步相量测量技术对智能配电网的多种要素（配电网故障、配电网运行状态、分布式电源系统、柔性负荷系统、用电营销系统、电动汽车接入）进行采集、分析和协调控制，并和 5G 系统相结合，实现基于网络切片的配电自动化、智能化，增加配电网的可靠性、灵活性及效率。五、测试床解决方案架构(一)测试床应用场景配电网直接面向电力用户，其性能对用户的供电可靠性有重要影响，也受到用户用电行为习惯的影响，随着大规模随机波动分布式能源的接入，电动汽车充
2、电负荷快速增长， 用户供需互动日益频繁，使源、网、荷具有更强的时空不确定性，对配网安全可靠运行带来更大挑战。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，将事故隔离时间大大缩短，减少停电区域和时间，对目前的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。当前配电网络存在以下挑战： 如何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秒级甚至毫秒级 如何利用配电网同步相量测量装置 PMU 实现配电网的状态感知和优化控制 如何实现配电自动化和电网其他业务的完全隔离除
3、了同步相量测量、差动保护等对时延有着高要求外，无人机、智能机器人巡检对带宽有着明确的需求，分布式能源接入、高级计量接入等场景大连接有明确的需求。本项目主要针对大规模分布式电源、电动汽车接入和负荷侧用户供需互动对配电网运行特性的影响，重点研究适用于配合智能配电网同步相量测量系统的 5G 网络切片技术，提供一个可复制的使用 5G 网络切片实现的智能配电解决方案。(二)测试床重点技术针对当前配电网络存在的“如何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秒级甚至毫秒级” 的挑战，本项目采用高精度微型同步相量测量装置技术应用在配电网，实现智能分布式配电自动化和毫秒级精准负荷控制。
4、针对当前配电网络存在的“如何利用配电网同步相量测量装置 PMU 实现配电网的状态感知和优化控制” 的挑战，本项目采用 5G 技术作为组网通信，构建满足运行状态估计和主动协调控制等应用需求的同步相量测量网络。针对当前配电网络存在的“如何实现配电自动化和电网其他业务的完全隔离” 的挑战， 本项目采用 5G 网络切片技术实现智能配电网的网络切片，从无线接入、承载网、核心网几个层面来实现配电自动化和电网其他业务的完全隔离。(三)技术创新性及先进性测试床创新点： 智能配电网微型同步相量测量应用技术 5G 无线网络技术在智能配电网中的验证 5G 网络切片技术实现智能配电网的网络切片 5G 模组应用实现智能
5、电网端到端的解决方案(四)测试床解决方案架构总体方案组网方案5GNetworkPMUPMUPMUServerConnectionSychronization Requirement5G 切片安全方案：切片间采用完全隔离。在业务场景中，控制区、采集区、管理区等不同的场景对网络时延、带宽、安全性等方面有着不同的要求，根据不同的需要来进行切片，技术实现上主要从无线接入、承载网、核心网等几个层面来开展网络切片，保障网络安全。六、预期成果(一)测试床的预期测试结果，针对测试项验证 5G 网络在智能配网通信的可行性。验证 5G 网络切片技术可以保证配电自动化和电网其他业务的完全隔离。(二)商业价值可复制的
6、使用 5G 网络切片实现的智能配电解决方案，配电网故障检测准确率达 99% 以上，综合故障测距精度达到 150m，无线广域覆盖范围达 99%以上，测量装置上线率达99%以上，高密度实时数据传输成功率达 99%以上，为 5G 系统方案进入电力行业提供范式。(三)经济效益实现电网内部多种业务切片混合组网、统一管理、统一运维、实现安全完全隔离，有效解决传统 3G/4G 无线专网的部分特性不支持智能配电组网方案；帮助电网客户大幅节省成本，预期 5G 网络切片组网比传统 3G/4G 无线专网建设成本降低 20%，运营成本降低15%。(四)社会价值探索出智能电网新模式，完善智能电网通信相关技术标准，推动行
7、业制造技术进步。七、测试床技术可行性(一)物理平台一、相量数据集中装置 PDC 1、功能要求：1. 信息采集： 接收、处理和解释 PMU 报文2. 通讯功能： 按照规约和协议与 PMU / PDC / 主站交换数据3. 信息转发：根据设置向不同主站发送不同数据；4. 数据存贮：保存实时数据和扰动数据；5. 状态自检：检查与 PMU 装置通讯状态；6. 参数维护和修改：可以在当地和主站设置和修改设置参数。2、通讯考核指标：与主站通信带宽10Mb/s，单台可接入 PMU 数量不低于 20 台，相量传输速率 1、5、10、25、50、100 帧/s 可调，支持多种接入方式。二、配电网同步相量测量装置
8、 PMU 1、通信特点 测量点多：大量终端 通信频次高， 相量数据传输要求 100 次/s 延时要求小：实时控制、保护等要求延时越小越好；毫秒级 数据多样性： 报文有大（录播文件）有小（相量/三遥信息）、实时性有高（相量保护等在线信息）有低（离线文件） 通信形式多样：主要信息流为 PMU 经接入网送 PDC(多媒介专用相量集中处理装置，位于变电站)汇集后经骨干网送主站 WAMS(广域监测系统)，但也可能存在 PMU 之间、PDC 之间以及和其它监测/控制/保护设备之间的对等通信，以满足快速保护和协调控制等要求。本方案中 5G 通信不通过PDC 中转。2、通信频次要求：频次高，易碰撞PMU 相量
9、数据按 100 帧/s 主动上传，按一条线路 5 台 PMU 计算，变电站 8 条线路， 只是相量数据传输将达到每秒 4K 次，即 250us 要上传 1 次；变电站 16 线路，只是相量数据传输将达到每秒 8K 次，即 125us 要上传 1 次相量数据；如此高频度的数据并发出现在 网络，同时有命令报文、录播文件、原来配电自动化三遥数据，将可能出现数据碰撞问题、导致通信质量下降，可靠性低，实时性差，误差率高。3、延时要求：毫秒级不同 WAMS 广域监测系统应用类型的典型通信传输需求参数离线（研究， 操作验证，模型验证）操作可视化（图形显示）操作报警状态估计运行状态估计实时控 制、保 护、运行
10、状态数据速率（最小）25-50 帧/秒10 帧/秒10 帧/秒1 帧/秒10-100 帧/秒10-100 帧/秒通信延迟（最大）无要求2 秒2 秒10 秒0.05-1 秒0.05-1 秒测量响应时间中等，5- 300ms低，150- 500ms低，150- 500ms低，150- 500ms高，100- 1000ms高，20- 500ms4、通信速率要求基于 TCP 的 26865.2-2011 格式数据的相量数据传输速率要求传输数据速率（比特数每秒）10/s，整型25/s，整型50/s，整型100/s，整型1 个 PMU,10 个相量10080252005040010080010 个 PMU
11、,6 个相量/PMU2608065200130400260800100 个 PMU,12个相量/PMU39088097720019544003908800相量传输带宽主要取决于通信速率和 PMU 数量，以及 PMU 内部的相量数量和数据类型。TCP 比 UDP 方式稍有增加，整形和浮点型相比明显减少。主干网：按变电站一个 PDC 汇集 100 台 PMU，每台 PMU 接入 12 个相量，使用TCP 方式，100 帧/s 通信速率，PDC 上行通道需要 3.9Mb/s 的通信带宽（未考虑快速录播文件）。接入网：1 个 PMU,10 个相量，使用 TCP 方式，100 帧/ s 通信速率，PMU
12、 上行通道需要 100.8Kb/s 的通信带宽（未考虑快速录播文件）。5、配电网 PMU/PDC/主站等多方通信要求序号通信各方特点规约1PDC-主站毫秒级，大帧结构，数据量大GB/T 26865.2-2011 电力系统实时动态监测系统第 2 部分： 数据传输协议TCP+UDP相量配置帧，头帧，命令帧离线动态文件+离线暂态文件（COMTRADE 数据格式）2PMU-主站毫秒级，小帧结构，数据量中等3PMU-PDC毫秒级，小帧结构，数据量中等4PMU 和PMU、控制装置之间PDC 之间事件传输（保护，合闸，控制）对等通信三、智能配电网通信组网要求 同步相量测量装置 PMU 接入变电站 PDC 通
13、信带宽在 100kbps 200kbps 之间; 变电站 PDC 接入主站WAMS 通信带宽 2Mbps10Mbps ; 通信延时小于 20ms ； 支持业务重要程度按预定优先级传输； 支持终端之间直接对等通信方式； 支持 TCP/UDP 混合通信方式； 支持点对点通信（C/S 结构）和 UDP 组播通信方式。四、测试床网络结构网络结构见下图。无线和核心网的站点机房都部署在浦东临港，上海电力的监控中心位于浦东南路，监控中心和核心网机房两个点之间建立专用数据链路。五、测试床物理部署方案示范区为临港南边区域，西边靠近奉贤，南边为杭州湾，东临东海，北边到兴旺变电站，面积约 100 平方公里，如下图所
14、示。初期项目要求建设 2-3 个 5G 基站，覆盖上海电力学院附近区域。六、测试床网络部署模型上海电力临港示范区配电网的 PMU(同步相量测量装置)/ PDC(多媒介专用相量集中处理装置)和 5G 终端互通，通过 5G 网络实现组网接入主站配网 WAMS 系统。Relay1CPE FEPMU3CPE FERRU-48V以太网光纤PMU2BBU天线CPE FE馈线安全网关PDC基站侧设备安装示意图PMU1CPEFE以太网七、测试床组网方案PMU13PMU5CPE PMU12 FE RRU-48VPMU11光纤BBU天线FE CPE安全网关 PDC1以太网PDC1 VPN馈线主站基站侧设备安装示意图PMU4CPEFE以太网(二)软件平台本验证示范平台的软件平台主要包括两大系统：配电网主站广域相量测量系统、5G核心网平台。配电网软件系统对应于“智能电网技术与装备”重点专项 201
