極客網·極客觀察（朱飛）7月1日 除了SpaceX的“仰望星空”，伊隆·馬斯克(Elon Musk)“腳踏實地”的新能源網絡布局，或許更值得注意。消息顯示，基于太陽能發(fā)電馬斯克已在美國的家庭、工廠和公用場所推出了Powerwall、Powerpack、Megapack三級電池儲能系統(tǒng)，“匯涓成河”構建新型電網，為各個場景提供精準計量、極具性價比的電力服務。

例如在家庭場景，馬斯克“上房揭瓦”用太陽能屋頂Solar Roof替代傳統(tǒng)屋頂，搭配Powerwall儲能系統(tǒng)，正以價格低廉的設備租賃模式快速推進家庭能源清潔化。這一行動雖然還只是邁出了幾小步，但其帶來的影響非常之大，恰如美國太平洋煤氣電力公司電網創(chuàng)新主管Vivek Narayanan評論稱：“我們正在努力擺脫傳統(tǒng)的單向電力網絡，朝著未來電網進發(fā)。”

國內這方面的趨勢也在涌現(xiàn)。不斷增多的太陽能、風能發(fā)電帶來的分布式能源接入及儲能需求，快速滲透的電動汽車對新能源充電樁“新基建”的巨大需求，家庭和工商業(yè)用戶對用電量、電價等信息知情和管理的訴求……都在呼喚一個“雙向互動”的更加智能的電網誕生。

試想這么一個場景——當某一天純電動車的保有量大幅增長后，大量純電動車同時充電會對公共電網帶來壓力，使其在一些區(qū)域因用電需求陡增而不堪負重——這時便需要發(fā)揮“雙向互動”電網的智慧能力，自動感知用戶側響應，實現(xiàn)從故障監(jiān)測定位到精準負荷控制全流程的自動化、智能化配電，確保新能源汽車有電可充“不罷工”。

如何給電力網絡增“智”？國內電網企業(yè)將目光投向了5G。圍繞電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的全流程，先行者們探索了一套智能電網對5G通信網絡需求的“三層馬斯洛模型”，從0到1打造出5G智能電網最佳實踐，并持續(xù)用5G技術全場景、端到端使能電力網絡打造能源互聯(lián)網，給后者插上了一雙飛向未來的智慧“翅膀”！

5G全面使能智能電網，演繹“三層馬斯洛模型”

ITU給5G定義了三大場景，包括增強移動帶寬（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和大規(guī)模機器類通信（mMTC），這使得它具備大帶寬、廣連接、低時延、高可靠等特性，再結合網絡切片、邊緣計算等創(chuàng)新技術，可全流程適配電力網絡發(fā)、輸、變、配、用五個環(huán)節(jié)，帶來全面的智能提升。

從電流流向看，發(fā)電、輸電到變電的過程稱為骨干網架，與之對應的通信網絡是電力骨干通信網；配電和用電對應的是電力終端接入網。

前者的5G應用主要場景有新能源功率預測與狀態(tài)感知、分散式風電組網管理與控制、發(fā)電廠/電站/輸電線路/變電站狀態(tài)監(jiān)測、視頻監(jiān)控和無人機巡檢等；后者5G應用的主要場景包括配電自動化、精準負荷控制、配網機器人巡檢、分布式電源接入、用電信息采集、源網荷互動控制、電動汽車充電樁、分布式能源接入等。

而根據以上諸多業(yè)務場景對帶寬、時延、可靠性、連接數(shù)、同步精度等指標的不同要求，又可分為低時延高可靠、廣覆蓋大連接、大容量高帶寬三大類場景。

具體而言，低時延高可靠場景需要發(fā)揮5G網絡低至15ms時延、us級時間同步精度、5個9高可靠性等優(yōu)勢，適配電力系統(tǒng)差動保護、配網自動化、精準負荷控制等業(yè)務場景的需求；廣覆蓋大連接場景需要發(fā)揮5G網絡可提供每平方公里上千個連接數(shù)量的優(yōu)勢，適配用電信息采集、配網狀態(tài)監(jiān)測、實物ID等業(yè)務場景；大容量高帶寬場景則有發(fā)揮5G網絡百兆級上行大帶寬能力，適配AR/VR智能巡檢、機器人巡檢、無人機巡檢、變電站視頻回傳等業(yè)務場景。

基于電力網絡具體的業(yè)務場景，結合5G的三大場景能力及技術優(yōu)勢，先行者們探索總結出一套智能電網對5G通信網絡需求的“三層馬斯洛模型”——第一層是差異化+確定性的QoS/SLA保障需求，第二層是業(yè)務安全隔離需求，第三層是自運維自管理需求——從可用、可信到可靠，證明5G可以全場景、端到端為電網增智。

而實現(xiàn)“三層馬斯洛模型”的關鍵便在于打造5G確定性網絡。因為以原生云為基礎架構、網絡切片和MEC邊緣計算為核心抓手、綜合5G LAN和5G TSN等差異化功能的5G確定性網絡，可以完美地契合能源互聯(lián)網對于業(yè)務可用、安全可信、可管可控的三層關鍵需求，對電力行業(yè)再合適不過。

如此一來，不僅開篇提到的電動車充電爆發(fā)對公共電網的重壓可以得到智慧釋放，電力發(fā)、輸、變、配、用全環(huán)節(jié)的其他業(yè)務場景也如插上智慧的翅膀，收獲數(shù)字化、網絡化、智能化帶來的降本增效、雙向互動、個性定制等諸多好處。

從實驗到商用，青島打造5G智能電網最佳實踐

春江水暖鴨先知，基于5G的全場景能力，國家電網積極開啟智能電網轉型，提出了建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網企業(yè)戰(zhàn)略目標，并自2017年9月起便與中國電信及華為公司達成合作，聯(lián)合創(chuàng)新、先行先試。

在這一大目標之下，國網青島供電公司積極與中國電信青島分公司、華為公司簽署5G戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，攜手成立了5G應用創(chuàng)新聯(lián)合實驗室，在5G電力切片建設模式、網絡安全、典型應用、共建共享以及商業(yè)模式創(chuàng)新等方面先廣泛合作，全面推進5G智能電網建設，打造未來電網。

自那以后，三方在嶗山金家?guī)X、市南奧帆中心、國網大廈、西海岸古鎮(zhèn)口四大示范區(qū)建設并開通29個5G站點、部署2套電力專用MEC網絡，建成了國內規(guī)模最大的5G智能電網實驗網。整個系統(tǒng)基于5G SA獨立組網架構，采用3GPP R15標準的端到端切片解決方案，通過5G接入網、承載網和核心網的不同靈活軟硬隔離技術，實現(xiàn)了電力業(yè)務場景的用戶面數(shù)據在電力切片內部流轉，確保數(shù)據安全可控。

這里值得注意的是，三方打造的是5G SA網絡，即接入網與核心網均是5G化的，而非混搭的NSA網絡。這是因為，如果沒有5G核心網，就不能實現(xiàn)端到端的網絡切片，5G低時延、端到端SLA保障、業(yè)務隔離性、運營獨立性等優(yōu)點就無法實現(xiàn)，5G虛擬化架構帶來的靈活運維等優(yōu)勢也就沒法發(fā)揮。而智能電網的關鍵突破，正需要上述5G SA的獨特能力。

在5G SA網絡的強力支持下，三方及產業(yè)鏈上下游合作伙伴在上述四個示范區(qū)成功驗證了基于5G網絡的配網態(tài)勢感知、配網線路差動保護、輸電線5G視頻監(jiān)拍等場景應用，充分展現(xiàn)了5G SA網絡與電力網絡“交匯碰撞”激發(fā)的巨大潛能。

2019年10月，國網青島供電公司基于5G切片的配網態(tài)勢感知系統(tǒng)正式上線，在2019青島跨國企業(yè)領導人峰會期間為峰會核心場館奧帆國際會議中心主場館供電的6座環(huán)網柜實現(xiàn)監(jiān)控信息高頻采集和實時錄波，實現(xiàn)了變電站高頻業(yè)務信息實時與國網調動中心主站信息交互，切實保障了現(xiàn)場的機器設備運轉，讓跨國交流分秒“不斷電”，以超高的電力保障水平確?？鐕髽I(yè)領導人峰會順利召開。

12月，基于前期的實驗室調試，國網青島供電公司在古鎮(zhèn)口區(qū)域進行了5G配網線路差動保護的外場實驗，實現(xiàn)單基站下通信延時平均值不大于8.5毫秒，電流相量數(shù)據發(fā)、收快速可靠，差動保護判定全部正確。這一成果有多厲害呢？須知道，如果要提升配電網保護級別到差動保護，通信的時延必須控制在15ms甚至10ms以內，而公網狀態(tài)下的通信時延超過20ms，必須利用網絡切片開辟“專用通道”。當然光纖專網也能夠達成目的，但其建設成本要高出數(shù)倍！

11-12月，國網青島供電公司先是在金家?guī)X示范區(qū)開展基于5G的輸電線路通道可視化試點，實現(xiàn)了高清視頻實時回傳，完成了SA獨立組網模式下5G切片的實際應用；繼而在黃島區(qū)顧家輸電線上線5G視頻4K監(jiān)拍應用，實現(xiàn)該輸電線路的5G安全可視化監(jiān)控巡檢。這一應用的好處同樣明顯——一方面可以降低人工成本和安全風險并大幅提升巡檢效率，另一方面還能把高清視頻圖像及時回傳到指揮中心做分析處理，提升運維效率。

碩果累累之下，榮譽也滿滿。去年11月，青島5G智能電網項目獲得山東省移動互聯(lián)網5G應用創(chuàng)新技能大賽一等獎；今年3月，該項目作為唯一工業(yè)能源領域案例入選了GSMA 5G SA獨立組網驅動應用案例集；4月，該項目又在Layer 123舉辦的第三屆網絡自動化峰會上聯(lián)合榮獲了“5G自動化最佳創(chuàng)新商業(yè)項目獎”。這些“認證”表明，5G智能電網不僅理論上可行，現(xiàn)實里也誕生了最佳實踐。

2020年新年伊始，中國電信青島分公司與國網青島供電公司正式簽訂了全球5G智能電網領域的首個商用合同，實現(xiàn)5G智能電網從0到1的商用突破，下一步將進入從1到N的規(guī)?！皬椭啤彪A段。

打造能源互聯(lián)網，從電廠向綜合能源服務商升級

據了解，在完成首階段的商用實踐后，產業(yè)各方接下來還將持續(xù)推進5G全場景適配智能電網升級需求，繼續(xù)驗證各類典型應用的5G承載能力，包括智能變電站作業(yè)監(jiān)護、削峰填谷等重點場景應用，全面使能智能分布式配電自動化、精準負荷控制、高級計量等不同智能電網應用場景，推動電力行業(yè)的能源互聯(lián)網建設。

 提起能源互聯(lián)網，作為產業(yè)互聯(lián)網浪潮下的重要分支，其建設意義非凡。數(shù)據顯示，2019年我國電力工程建設投資完成7995億元，其中電源建設工程投資完成3139億元，占電力投資總額39.2%；電網工程建設投資完成4856億元，占電力投資總額的60.7%。近8000億的成本支出，如果能夠通過引入5G、AI等先進技術節(jié)省一兩個點，那將多出上百億的利潤。

同時不止于降本增效，隨著5G智能電網向能源互聯(lián)網方向發(fā)展演進，基于5G這么一個泛在、靈活、經濟、可靠的無線聯(lián)接網絡，電力行業(yè)將極有可能打造出“以信息流控制分布式能量流，實現(xiàn)電能高效傳輸與交換共享”的能源互聯(lián)網，實現(xiàn)從電廠到綜合能源服務商的角色轉變與價值躍升。

數(shù)據顯示，2019年中國老百姓直接用電量約為10250億千瓦時，人均年度用電量約為732千瓦時，人均每月用電約61度電，相比之下美國居民同期人均每月用電量高達359度。在工業(yè)領域，2019年中國第二產業(yè)（廣義工業(yè)）用電量占比高達68.32%，而美國第二產業(yè)用電量占比僅約為29.2%。顯而易見，無論是家庭還是工業(yè)場合，對能源利用的提質增效都大有可為。

上述提及的削峰填谷，理論上可以根據不同用戶的用電規(guī)律，合理地、有計劃地安排和組織各類用戶的用電時間，以降低負荷高峰，填補負荷低谷，進而減小電網負荷峰谷差，使發(fā)電、用電趨于平衡，而實現(xiàn)的關鍵就在于利用5G泛在網打造能源互聯(lián)網，對各用電場所和終端的信息數(shù)據“明察秋毫”，讓電網運營商與消費者建立雙向互動關系，以新商業(yè)模式創(chuàng)造新價值。

比如，在今天智能家居浪潮下，用戶對家中日益增多的智能設備的用電需求存在知情、可視和控制的需求，以便從居民階梯電價中受益，這就對高級計量提出了要求。5G泛在網可以連接海量的智能電表設備，并提升采集頻次，豐富采集內容，實現(xiàn)雙向互動，最終滿足客戶智能用電和個性化服務的需求。同樣的訴求，在工業(yè)場景只會更大，產生的價值也更大！

可預見，隨著馬斯克規(guī)劃的太陽能發(fā)電+三級電池儲能系統(tǒng)發(fā)展壯大，這位技術狂人亦將思考如何利用先進的信息網絡將龐大的電網連接起來提供服務，可選的技術毫無疑問也將是5G（或者說他正在推動的星鏈，如果來得及的話）。不管怎樣，在清潔和綠色能源的大背景下，能源互聯(lián)網支撐下的電網運營商將可以提供更加敏捷、高效、智能、彈性的服務，構建更加靈活創(chuàng)新的商業(yè)模式，發(fā)掘更多新價值。

這樣的智能電網，誰會不來電？！

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