摘要：随着我国社会经济的飞速发展，电力能源供应局面日趋紧张，社会生产生活对供电系统的稳定性和高效性要求更高。在此背景下，电力网络管控系统开始逐步向智能化和信息化转变。物联网技术的应用对智能电网发展起到极为良好的推动作用，因此针对物联网技术在智能电网中应用的分析成为行业内科研人员的关注重点。物联网技术在资源整合以及数据利用层面优势明显，可有效满足多元化的供电需求，应对复杂多变的供电环境。物联网作为信息通信技术的典型代表，本文主要结合电网数字化、服务与管理智慧化需求，对物联网关键技术组成及其在电力通信中的应用展开研究，并对未来如何应用物联网技术支撑电力通信发展来更好地满足智能电网发展需求提供了几点建议。

关键词：物联网技术;电力系统;5G通信;应用

引言

物联网技术与各行业的结合已成为当今时代的重要发展潮流。近些年，随着人们生活水平的不断提升，人们对供电质量和总量的要求也在不断提高，相关企业和主管部门正不断加大力度完善能源供应体系和供电系统，供电系统可持续发展更是成为电力行业亟需解决的重要难题。随着电力行业的不断发展，尤其是2019年国家电网提出了建设运营强智能电网和泛在电力物联网的战略部署，将电力用户、电网企业、供应商及其设备等人物、物物互联，推动电力行业智能化、信息化进程。以5G为代表的移动通信技术正在与AI、大数据结合，开启一个万物互联的全新时代。本文研究探讨在智能电网和电力物联网建设的背景下，5G移动通信技术与物联网融合应用以提高电力系统智能管控、运维水平。

1 5G移动通信技术

5G是具有高带宽、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。增强移动宽带（eMBB）主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验;超高可靠低时延通信（uRLLC）主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求;海量机器类通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。ITU定义了5G八大关键性能指标，其中高带宽、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里[1]。5G网络技术的到来，为电力系统的发展带来了机遇和挑战，成为支撑电力行业数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

2物联网关键技术

物联网技术是一门复杂学科，其不单指某一项技术，而是不同技术的融合。物联网技术将不同学科融为一体，如电子信息、生物科学、机械等。在传统模式下，这些技术毫不相关，而物联网技术却可将这些技术的优势综合利用、完美结合，构成AI智能机器人等全新技术。因此，物联网技术可实现人与物、物与物之间的有效交流，技术人员在对其进行开发和优化后，可适用于各类社会生产和生活场景，进一步改善人们的生活质量和生产效率[2]。因此，物联网技术的场景适应能力很强，对社会生产力的提升更是十分明显，其市场前景十分广阔。

现阶段，因物联网技术自身具有的高度兼容性与发展空间，尚未对其形成明确定义，人们只是笼统地把信息技术与其他产业技术结合后的产物叫做物联网，而实际融合的技术资源以及对应的产业类别却是千变万化。通过物联网技术可对相关设备和物体进行扫描，获取与其相关的各类数据信息，进而让信息技术与物体连接成为可能，辅以数据交换以及远程操作等手段，可进一步提高人与物、物与物的交互效率。

2.1 RFID技术

RFID技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，在运行时通过对目标进行识别和读取，从而获得相应信息内容，主要由读写器、天线以及电子标签组成。其中，读写器主要起到当计算机出现中断之时，用于存储数据与电子标签的作用。其构成元件包括天线与控制模块;电子标签则是一种带有标签的反射信号，构成元件包括专用芯片与天线。当前，将物联网应用于电力系统通信后便可对电力系统中涉及的所有信息进行跟踪、读取及采集，可应用在各种恶劣环境中，且整个过程无需人工干预，能同时识别多个标签信息，操作快捷方便，与传统电力系统通信相比，是时效上的一大突破[3]。RFID技术与电力通信相结合，可实现电网设备全覆盖跟踪与信息共享。

2.2嵌入式系统技术

嵌入式系统是软件与硬件的综合，将计算机作为信息处理的构件之一。将工作任务作为核心，将计算机技术作为基础支撑，按照应用对象的需求与特征，对软件、硬件进行调整，从而使得软件、硬件能够满足工作任务对其的使用需求。嵌入式系统技术能够感知物体的信息，并相应进行传输、处理，实现物体的智能化。嵌入式系统能够实现物体与互联网的连接，进而开展物一物与人一物对话。该技术的存在使物联网具备信息高效采集功能，因此，嵌入式系统技术也被称之为数据采集技术。在目标内部嵌入专用系统便可获取对应内容，当前该技术已在大型设备运作监视、工厂监督等方面发挥积极影响[4]。在启动技术前，先编写好相关程序，再将其嵌入设备中，系统便会根据程序指令实施运行。在电力系统通信中融入后可以对电力数据信息加以采集，并在数字化处理后更快速地将信息转换成为数字信号传输至终端。

2.3传感器技术

传感器作为一种监测装置，在物联网架构中，有以下几个技术组成：传感节点感知单元主要用来采集各种现场信息，如温度、湿度、压力、声音等，并将其采集到的模拟信号转换成数字信号，交给处理单元处理;处理单元负责整个传感节点的数据处理和操作，存储本节点采集数据及其他节点发来的数据;通信单元负责与其他传感节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据。能量供给单元提供传感节点运行所需能量;位置查找单元和移动管理单元实现对节点的精准定位并完成移动状态的管理。该技术具备分布式数据采集系统，可在短时间内高效处理数据。将其应用在电力系统通信中后，可对电力设备参数及时进行感知，对电力信息传输中的模拟信号加以转变，使其成为数字信号后高效传输信息内容至远端服务中心，能帮助运维人员实时监控电力设备运行状态，达到对电力故障快速定位并及时排除故障的目的[5]。传感器技术集感知、处理、传输于一体，有着成本低、能耗低等优势，还能自动展开检测和安全防范。

3  5G移动通信在电力系统物联网中的应用

3.1泛在电力物联网对通信业务的需求

电力系统物联网需要具备复杂全面感知、高效处理海量电力信息和数据和低延时响应控制来实现电力系统各环节互联互通，被称为泛在电力物联网（UPIoT）。泛在电力物联网在结构上分别由感知层、网络层、平台层和应用层组成。感知层位于泛在电力物联网最底层，基于现场传感器采集从发电到用电所需的基础海量数据;网络层是基于5G或其余有线或无线通信技术实现数据流的传输;平台层主要进行对感知层获取的海量数据进行处理和计算;应用层基于平台层对数据处理的结果进行分析决策与反馈。泛在电力物联网对通信业务的需求主要为对网络层的网络接入与传输能力、网络带宽与时延方面提出更高的要求。

3.2 5G网络切片

5G技术的高带宽、低时延、大连接突出特征与电力系统海量数据传输、灵活响应和远程控制、长距离万物信息互联的基本需求非常吻合。5G网络切片又为更灵活的电力连接支持，满足不同、多样化的电力业务场景需求提供了定制化专用网络。网络切片就是根据使用场景将一个物理网络划分为多个逻辑网络，不同的场景使用不同的逻辑网络[6]。

5G端到端网络切片框架由网络切片管理域和网络切片业务域组成，网络切片管理域具备通信服务管理、网络切片管理、网络切片子网络管理等功能;网络切片业务域包括终端用户（UE）、无线接入网子切片、承载网子切片、核心网子切片和数据网络（DN）组成。

（1）5G网络高宽带特性典型应用：电力行业对语音、视频等带宽要求非常高的业务场景，如变电站智能巡检实现主站远程对变电站现场作业全过程安全管控、音视频互动等功能、电力线与杆塔无人机巡检等业务需求，能够高速率实现视频数据回传与快速拼接，实现复杂恶劣环境下实时监测电力线路运行状态，如配电网虚拟现实业务能够实时更新高清画面，实现配电网全景图等;

（2）低时延特性典型应用：电力是以光速进行传播，为了及时响应电力的各种变化，需要进行低时延的精准控制。典型的业务场景为重点解决电网故障初期的精准负荷控制，实现发用电平衡，精准负荷控制系统处理故障通道传输时间总时延要求小于50ms;在配网差动保护场景中，结合5G网络切片和物联网边缘计算技术，满足配网差动保护对端到端通信通道10～12ms的低时延要求;

（3）大连接典型应用：5G移动通信使大量最后一公里电力设备实现互联互通，而且使终端传感器的海量数据得到了采集、传输和分析，典型业务场景包括电力计量检测、分布式能源监控和管理。

电力部门可根据业务需求将5G网络切片划分为多个不同功能的子切片网络，以实现与“专用网”同等级别的安全和隔离。但是，由于应用需求的不同，5G中安全结构与传统的移动网络安全机制结构有很大改变，随着电力发展和建设，国家电网对通信网络的标准、通信业务隔离等方面的要求非常高，切片在移动网络中的安全问题是强智能电网和泛在电力物联网中重要研究内容。网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术能够使不同的5G网络切片资源进行安全隔离，用于支持不同的无线接入网络（RAN）以及在这些RAN上运行的不同业务类型[7]。此外，还要注意解决切片管理接口的安全性问题。

3.3 IAB技术

空口，指的是移动终端到基站之间的连接协议，是移动通信标准中一个至关重要的标准。3G、4G时代的空口核心技术分别是CDMA和OFDM。在5G新空口（New Radio，NR）的研究中，由于5GNR技术由于可以使用更高的频段和更大的带宽，但是频段越高，NR的覆盖将会受到限制。为了满足覆盖要求，高频段的5G基站将会部署更加密集，但同时就会对有线传输网络的部署提出更好的要求。集成无线接入链路和无线回传链路（Integrated Access and Backhaul，IAB）技术为5GNR提供了解决方案。IAB基站包含一个IAB donor基站和多个IAB基站。无线接入链路为UE与IAB基站之间的通信链路，无线回传链路是IAB基站之间的通信链路。IAB donor基站为终端用户UE提供核心网接口同时，为各IAB基站提供无线回传链路。

3.4边缘计算技术

为解决电力物联网中计算密集型和延迟关键型任务，缓解云端计算压力，云服务器集中处理架构逐渐向边缘计算转移，边缘计算节点可以在云中心统一管控下，对现场采集的数据按不同的业务需求进行处理和存储，电力物联网的架构演进成了云、网、边和端层。云层主要进行用户监控和设备运维管理;网络层主要为光纤为主的有线网络和5G/4G等无线网络的通信传输;边侧主要负责基于现场端侧海量数据进行边缘计算和数据上传;端侧仍然是现场传感器、控制器等原始数据采集设备，负责数据采集和传输给边缘网关。

边缘计算节点完成的数据处理主要为以下三种情况：（1）边缘计算节点对端侧采集数据进行初步处理，再将处理结果上传给云计算中心继续分析处理;（2）云计算中心将算法下发到边缘计算节点，由边缘计算节点提供算力对本地数据进行处理;（3）边缘计算节点直接处理端侧原始数据以实现实时控制类业务。将5G网络切片和边缘计算结合起来，构建具有边缘计算能力的端到端切片网络，不仅保证不同电力业务有专有网络通道，又提供不同差异化数据处理和计算，有效保证电力业务安全隔离和可靠性。

4基于物联网技术的电力通信发展建议

4.1积极挖掘物联网技术价值

在物联网技术逐渐成熟后，将其应用于电力通信中更应加强技术价值挖掘。物联网技术的应用既能促进智能电网形成，又能对电力系统故障进行高效处理。社会与科技进步意味着需求增加和技术创新，目前，在电力通信中使用的物联网技术只能满足当下及未来较短一段时间需求，为了实现未来供需均衡，电力通信领域必须积极挖掘物联网技术潜在价值，立足于当下物联网技术应用现状制定创新规划，除了结合现阶段物联网技术带来的好处外，还应看到物联网技术应用不足。如当前电力通信在应用物联网技术时并没有实现全面应用，只将其应用在部分环节。因此，在后续发展时就需增强物联网技术涉及面，使技术价值及优势能够得到更大范围发挥，给电力通信改革推进智能电网发展提供有利条件。

4.2加快技术研究力度

智能电网建设是我国电网未来十年发展的主要方向，智能电网要具有自愈、抵御攻击能力、提供满足21世纪用户需求的电能质量、接入各种不同发电形式、实现资产优化管理等都离不开物联网技术的发展，然而目前我国物联网技术缺乏自主知识产权，各种技术融合、产品集成及一体化研究力度与国外相比还远远不够。除此之外，我国物联网认知较为缓慢，使得物联网技术应用融合时间较晚。即使电力通信对物联网技术需求较大，但因技术安全、可靠性等难点问题，导致在应用物联网技术时没有充分发挥技术优势[8]。结合这些现实情况，要想推动电力通信技术革新及智能电网发展，就必须正确看待物联网技术带来的好处，先“走出去、引进来”进行专项试点建设，对国外优秀研发技术加以借鉴，再结合国情、物联网技术、电力通信需求等现状来加以创新探索研究，有目的、有规划助推物联网技术进步。

4.3制定统一规范标准

当电力通信应用物联网技术缺乏统一标准支撑时，会给后续管理带来难度，且电力通信内容十分丰富，不同内容产生的数据处理需求存在差异，现行标准并不完全符合应用要求。因此，需对规范标准加以分类完善，使其具备统一性、实用性。一是对所有设备统一规范管理，如对物联感知装置、人机交互设备、传感器节点、物联网接入网关等物联网设备提出通信接口规范要求。二是对所有物联接人制定信息安全标准，如物联网技术对电力系统数据进行测量、采集时，须在电力系统数据信息传输过程中采用各种加密方式，确保自身数据防护安全，且不会对其他设备安全造成负面影响，全方位保障数据传输和储存安全。

5结束语

综上所述，物联网技术的应用对于电力系统通信而言有着积极影响，其有利于推动整个智能电网实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合发展。目前已广泛应用于电力通信终端业务接入中，不仅可以利用物联网技术实现电力资产信息化管理，还能高度融合电力数据的测量、采集、实时在线监测功能，提升精准主动运维、抢修能力，使电力通信新兴业务朝智能化、数字化方向发展。

参考文献

[1]李璇.浅析关于物联网技术在电力系统中的应用探讨叨.华东科技（综合），2019（08）：25

[2]牟长斌.物联网技术在智能电网中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2021，28（11）：162-163

[3]汤龙龙.一种基于物联网分布式光缆在线监测装置在电力通信上的应用[J].通讯世界，2020，27（01）：23

[4]王开郁.智能电网中的物联网技术应用与发展[J].数字通信世界，2021，17（09）：200-201

[5]王永超.物联网技术在电力系统通信中的应用方式分析叫.建筑工程技术与设计，2017，10（30）：18

[6] 刘锐.物联网技术在智能电网中的应用[J].无线互联科技，2021，18（04）：18-19

[7]王宏延 顾舒娴 完颜绍澎等.5G技术在电力系统中的研究与应用[J].广东电力，2019，32（11）：78-85

[8]丛鹏.物联网技术及其在电力系统通信中的应用分析[J].通信电源技术，2020，37（04）：11