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摘 要：面向智能電網(wǎng)超低時延、超大帶寬、超精授時和超強安全的確定性網(wǎng)絡的通信需求，提出SMART綜合解決方案。該方案融合了網(wǎng)絡切片、MEC邊緣計算、3CC載波聚合、RedCap輕量化5G、TSN時間敏感網(wǎng)絡等技術。通過綜合運用5G/5G-A先進無線技術，為智能電網(wǎng)打造定制化資源與服務質量保障兼?zhèn)涞木肪W(wǎng)絡解決方案。該方案支持業(yè)務隔離機制，能更精準地滿足電網(wǎng)業(yè)務對安全性、可靠性和靈活性的嚴格要求，實現(xiàn)差異化服務保障，助力智能電網(wǎng)的高效穩(wěn)定運行。
關鍵詞：智能電網(wǎng)；5G專網(wǎng)；5G-A；無線通信；確定性網(wǎng)絡
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2025.02.012
概述
智能電網(wǎng)是實施新能源戰(zhàn)略和優(yōu)化能源資源配置的重要平臺，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度和通信信息平臺等各個環(huán)節(jié)。隨著大規(guī)模配電網(wǎng)自動化、低壓集抄、分布式能源接入、用戶雙向互動等業(yè)務的快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長，由于點多面廣，傳統(tǒng)光纖覆蓋建設成本高、業(yè)務開通時間長、運維難度大，難以有效支撐其“可觀、可管、可控”。同時輸配電線路無人機巡檢等移動性場景也對無線通信提出了剛需，因此迫切需要構建安全可信、接入靈活、雙向實時互動的通信接入網(wǎng)。面臨的主要挑戰(zhàn)如下。
a）超低時延能力挑戰(zhàn)。生產(chǎn)控制Ⅰ/Ⅱ區(qū)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，對網(wǎng)絡有極低時延、抖動要求，同時具有嚴格的安全隔離和自助管控要求，如：配網(wǎng)差動保護、配電自動化等核心業(yè)務，需要10ms@99.999%以下的確定性低時延能力以及1μs以下的高精度授時能力。這對網(wǎng)絡的確定性時延提出巨大挑戰(zhàn)。
b）上行超寬帶能力挑戰(zhàn)。管理信息Ⅲ/Ⅳ區(qū)業(yè)務主要包括輸電線路無人機巡檢、配電房視頻綜合監(jiān)視以及移動式現(xiàn)場施工作業(yè)管控等。此類業(yè)務的主要內容是視頻傳輸，對網(wǎng)絡帶寬要求很高。機器視覺應用的速率取決于像素和幀率，像素方面從500萬、1 000萬向2000萬以及更高像素發(fā)展，單攝像頭速率從幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，采用壓縮模式也有100Mbit/s。海量數(shù)據(jù)回傳需求對網(wǎng)絡上行超寬帶的能力提出極大挑戰(zhàn)。
c）高精度授時能力挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)裝置如電源管理單元（Power Management Unit，PMU）、保護終端、數(shù)據(jù)傳輸單元（DataTransfer Unit，DTU）等都內置了時鐘，但這些時鐘之間由于時鐘初始值或時鐘計時精度等問題難以同步，導致其相應的采集數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)時間偏差，進而影響電力業(yè)務的正確執(zhí)行。在實際工程中，配網(wǎng)差動保護要求對時精度<10μs；配網(wǎng)PMU要求對時精度<1μs。目前NTP網(wǎng)絡授時精度在ms級，因此，需要通過衛(wèi)星授時（授時精度在10ns級）等技術來實現(xiàn)全網(wǎng)設備的同步對時。如何利用GNSS衛(wèi)星高精度授時，實現(xiàn)通信+授時一體化網(wǎng)絡部署，是配電自動化場景的一大挑戰(zhàn)。
d）安全防護能力挑戰(zhàn)。作為民生基礎行業(yè)，電力需要專屬網(wǎng)絡來保證其業(yè)務數(shù)據(jù)安全。電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護的總體原則為“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”，為不同分區(qū)業(yè)務提供差異化的安全隔離服務，強化邊界防護，提高內部安全防護能力，保證電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)及重要數(shù)據(jù)的安全。這對通信網(wǎng)絡的安全防護能力提出嚴格挑戰(zhàn)。
面向智能電網(wǎng)的確定性網(wǎng)絡通信需求，本文提出SMART綜合解決方案，融合網(wǎng)絡切片（Slicing）、MEC邊緣計算、3CC載波聚合、RedCap輕量化5G、TSN時間敏感網(wǎng)絡等先進技術，滿足電力行業(yè)超低時延、超大帶寬、超精授時、超強安全的確定性網(wǎng)絡通信需求，為智能電網(wǎng)提供具有定制化資源和服務質量保障、業(yè)務隔離的精品網(wǎng)絡解決方案，可以更好地滿足電網(wǎng)業(yè)務的安全性、可靠性和靈活性需求，實現(xiàn)差異化服務保障。方案在某電力公司進行落地測試驗證，通過綜合運用5G/5G-A技術，為客戶提供了良好的確定性網(wǎng)絡服務體驗，關鍵服務指標（如可用性、帶寬、時延、可靠性、抖動、安全隔離等）都得到良好保障。
