傻笑鹿5G漫游记:5G智能电网这样解释你一看就懂

作者:少语 责任编辑:朱文凤 2021.10.09 18:17 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)5G如何为千行百业赋能?抛开晦涩难懂的专业名词,这次,咱们好好来唠一唠。由通信行业资深专家带来的“傻笑鹿5G漫游记”系列文章,将深入浅出的帮助各行业从业者理解5G能带来怎样的改变。本期,我们一起来围观5G与智能电网能擦出怎样的火花。

电力综述篇

从记忆起,电从来都是我们生活的必需品,感觉就像空气、水一样与生俱来就存在我们身边;我们从来也没认真了解过电是怎么来的,只是偶尔抬起我们看手机的头,才会偶然想起,原来电是从一根根电线传送到千家万户的。那我们有没有想过,电力不只是一根根电线,而是一个复杂的系统,一个跨越我国所有疆土的复杂网络。

电力主要分为五大环节“发-输-变-配-用”,即发电、输电、变电、配电、用电。发电就是将化石能源或者是光、风等可再生能源转化成为电能,大家在做高铁路上会看到巨大风车、冒烟的火力发电厂等都属于发电这个环节,相关的公司我们通常叫发电企业,中国有五大发电企业,分别是华能、中国电力投资集团、大唐、国电和华电。“输-变-配-用”主要是将电像“水”一样从一根根电线传递到千家万户。为了减少电力传输过程中损失的功耗,就需要1000千伏左右特高压传输,但是到用户端要将电压降低到220v,因为要逐级变电、降低电压,所以根据电压和地理区域不同,将电网分为这四大环节。这四大环节归谁管呢,在我们国家主要归电网公司管理,我们国家有国家电网和南方电网两大公司,我们在地方看到的各地供电局、变电站等都属于这两大公司来管理。两者有啥区别呢,从职能上来说,两者没有区别,两者最大的区别就是管辖的范围有所不同,南方电网主要为南方的广东、广西、云南、贵州、海南五省提供服务,而国家电网是为除此之外的其它省市提供电力服务。

今天我们本篇游记主要来看看电网,即看看5G在“输-变-配-用”都干了啥,起到啥作用。首先,我们要看看咱们本期的主角-电网公司未来发展趋势是什么?

目前电网公司处在从坚强电网向能源互联网的转变时期,努力构建新型电力系统,所以其希望对内全面深度感知源网荷储设备运行、状态和环境信息,提升智能化运营水平,并逐步加大清洁能源的使用,重点通过虚拟电厂和多能互补提高分布式新能源的友好并网水平;对外提供希望向能源生态系统服务商转型,提供能源互联网生态圈。说的这么高大上,啥意思呢,就是电网希望对内能用信息化手段对自己掌控的更加精确,想知道啥信息就知道啥信息,想用哪家发电公司的电就用哪家公司的电,想切哪个设备的电就切哪个设备的电,简单方便的维护电力系统的稳定。同时还要多使用配电环节的新能源,使其完成“碳达峰、碳中和”目标,向外不但是“卖电”,还希望开展其它互联网业务。

为了实现能源互联网的目标,电网公司在各个环节都在尝试5G等新型信息化技术。国家电网和南方电网再次方面做了大量的探索,其中青岛电力、深圳鹏城变电站就是这些探索的一个缩影。我们以几个环节来简单介绍一下5G应用情况。

电力5G应用篇

输电环节:5G促进巡检无人化

首先来说输电环节,输电线路就是电力的“高速公路”,它承担这电力的“西电东送”的作用。我们在野外看到的高高的高压线路,很多就是高压输电线路,有人会问,“高压”到底有多高呢?1000kV!这就是我们国家最大的特色网络--特高压输电骨干网,为啥要那么高的电压呢?因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方,所以在远距离输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流,减少电能在输电线路上的损失,简单来说,就是电压越高,那么传输电损耗越少,将有更多的电输送给用户使用,兵家说“千里不送粮”,就是送粮途中消耗粮食太多,送电也一样,就是尽可能减少电能在传输路途上的损耗,提升送电效率。

在输电环节,其主要职责要保障输电的安全性和可靠性,目前这个环节最大的痛点什么呢?是整个输电电力的巡检。如果大家注意观察,会发现输电网的两个电力塔杆之间距离较远,而且好多线都需要跨越群山、河流等,所以传统的巡线模式需要工人爬到输电线路上“走钢丝”,翻山越岭的来检查设备或线路的状态。一般一人一天只能完成2~3个铁塔的巡视工作,不但工作量大,效率低,而且工作危险,最麻烦的是招工也难,大家想想,那么危险的工作,谁愿意去呢?尤其现在的90后、00后,这似乎陷入到了一个困境,工作很重要,但工作招人难,这就倒逼电网公司要通过新的技术来解决这个难题。5G+无人机、5G+摄像头等应用有效的解决了这些问题,利用5G低时延、大带宽的特性,可以使工作人员在地面通过5G控制无人机的飞行,并利用无人机上带的5G摄像头,将巡视点设备的视频、图片等实时回传到控制台,控制台利用人工智能图像处理算法,自动发现问题、识别隐患。通过在固定铁塔上安装高清摄像头,采集电力铁塔和输电线路的图像,通过人工智能处理算法来检查其状态信息,及时排查隐患,与无人机巡检构建“动-静”两种组合巡检模式,大大降低了作业风险,提升工作效率,将原有需要10天巡检的工作降低为2个小时完成。

变电环节:5G促进变电管理智能化

上个环节提到,输电线路要以1000Kv的电压进行传输,但是咱们都知道,咱们家里用的电一般都是220v和380v左右,在发电端的电压也比较低,那么这就需要在发电端和用户端进行变压,即在发电端将电压抬升到1000kv,在用户端又要将电压降压到220v和380v左右,这个过程就是变压,用专业的解释就是变电是将低等级转变为高等级(升压)或由高等级转变为低等级(降压)的过程,一般升压是在发电厂进行,便于将电流输送到高压输电线路上,降压过程采用逐级降压的方式实现给企业和个人用户供电的目的。输电电压等级有765kV、500kV、220-110kV、35-60kV等:配电电压等级有35-60kV、3-10kV等;用电为3-15kV的高压用电和110V、220V、380V等低压用电。

在变电环节,重要的是保障变电设备和线路的安全稳定,这就需要对变电设备和线路进行例行的巡检,但变电环节中存在大量的高压设备,这些高压设备不但危险,而且有较强的电磁辐射,对人体有一定的伤害。传统运维模式通过人工对这些设备进行巡检,作业风险高,重复性强、而且存在人员疏忽等形成“巡检黑洞”,从而造成生产事故。现在变电环节就利用5G+巡检机器人和5G+视频两种业务相互配合,实现对变电站和变电线路的自动化巡检,可以有效的解决刚才提到的难题。例如南方电网鹏程变电站采用UPF下沉模式的5G行业虚拟专网,利用5G将机器人和摄像头摄像头采集变电站设备的状态信息、作业温度、环境等信息传回到中控室,中控室利用人工智能平台对图像进行处理识别,完成自动化巡检,如果对某些区域需要二次确认,还可以通过5G远程操控机器人到周围地区进行二次检查,有效提升了工作效率,降低了工作风险。变电站之前1330个项目,人工巡检需要3天,利用5G后,自动巡检只需要1小时。

配电环节:5G促进配电实时化、柔性化

配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能,通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。简单来说,配电网是就像电力四通八达的“毛细血管”,从主干网上将电能接收下来,同时将电送到城市的街角巷尾百姓家中,咱们在路边看到的电柜等都属于配电环节的设备。

配电网作为电网的“最后一公里”,是主网与用户之间连接的桥梁,直接面向用户,成为保障和改善居民用电体验的重要基础设施,也是用户对电网服务感受和体验的最直观对象。在“双碳”政策下,配电网还承担着新能源的并网的职责,简单来说,就是将光伏发电、太阳能等新能源接入到电网,而不是只靠从高压线路“东送”过来的电能,由于新能源具有随机性大、波动大等特征,也就是新能源发电不稳定,发出来的电量时高时低,所以要想保证电网主网电压稳定,就必须实时适配这种波动,实现所谓的“源网荷储”的协同互动。

从配电网的职责来看,配电环节存在的难点主要有三个,第一是网络覆盖范围广,巡线困难,配电网像“毛细血管”一样存在城市的各个角落,这造成巡检极其困难,既耗人力,又耗时间。第二是对故障的发现及隔离的响应速度要快,以便缩短用户停电时间,同时还要能够根据主网情况调节各个企业或用户的用电情况,实现更细粒度的精准切负荷,就是如果电不够用了,就将企业中大型或不重要的用电设备给停了,从而保障整个网络电压的稳定,所以有时候我们能看到电网公司给企业发的“停电通知单”。第三是新能源的接入,要保障新能源稳定、可预测的接入,保障新能源并网后主网电压的稳定。5G就是为了解决这三个难点,实现了与配电网的融合,实现了5G+配电自动化、5G+差动保护、5G+自动巡检、5G+源网荷储等应用。

差动保护是电网安全的“保护者”,当故障发生时,差动保护就像电网“大脑”,可对故障第一时间作出判断,实现故障隔离,保障电网安全。5G+差动保护使得电网解决了城市部署光纤难、铺设成本高等问题,凭借15毫秒以内的超低延时,精确运用差动保护技术快速隔离故障点,将故障隔离时间从秒级升级到毫秒级,使用户侧停电恢复零感知,将传统人工1.2小时复电缩减到1分钟,用户停电时间降低98%。

传统配电网巡检是当设备出现故障,需要派人到现场检查,耗时数小时甚至一天,通过5G在电力线路上安装高清摄像头,实现高清视频实时回传,实时监控输电线路下方各种隐患,相比标清监拍,可节省80%现场核查人力。

精准负荷控制是指在电网发生故障或电量不足时,精确切除电网内部分非重要负荷,保障电网的安全运行,是防止引发电网大面积停电的重要手段。利用5G通信城域范围内低于20ms的时延,对分布在城市内的电力负荷进行精准调控,有效解决传统光纤通信方式下接口多,光缆敷设难度大、成本高等问题。

5G+分布式电源是利用5G低时延、大连接特性解决分布式电源调度通信接入“最后一公里”的难题,可以实时采集分布式电源状态信息,同时可以反向控制分布式电源接入主网,这样有效地解决分布式电源光纤部署不方便,解决可再生能源分布式电站分散、点多、量大等问题,形成电网对分布式电源的群调群控能力。

用电环节:5G促进用电互动实时化

用电环节呢,其实就是咱们大家使用电器具消耗电能的环节,是电力环节的最后节点,我们在日常生活中到处可见的都属于用电环节,比如家里用的日光灯、计算机、空调、洗衣机、冰箱等。

用电环节主要是电网企业与用户交互的直接界面,因此整个用电环节未来发展趋势是实现用户用电的交互实时化,实现用户智能家居,完成用户用电“用的清楚,使得明白”。

在用电环节,利用5G大连接特性,可以将实时采集用户用电信息,将用户用电信息收集粒度由每天降低到15分钟,甚至更低粒度,这样就能够知道用户什么时间用电多,什么时候用电少,未来还能知道家里电器用电信息等,这样就能根据不同时间实现动态实时电价,同时通过5G还能与用户的实时互动,提供更多的用电扩展服务。

用一句话来形容5G与电网的融合,那就是“5G好像催化剂,在加速电网各种业务的转变,积小成大,未来的电网将更会变得更加智能,更加绿色”。



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