5G技术在智能电网中的实践和验证

5G技术以其大带宽、低时延、广连接技术优势,可以广泛地应用于电网行业全流程的生产和运营管理中。通过对5G切片、边缘计算等技术在差动保护等典型应用场景的实践和应用,验证了5G端到端的网络切片对电网业务隔离和保护的有效性,满足差动保护、配电网三遥对5G授时精度、端到端时延的指标要求。因此,5G网络可为配电网提供高可靠的无线通信服务,具有广阔的商业前景。     

基于等势P圈的电力通信骨干网保护优化

为解决我国电力通信骨干网资源紧缺问题,该文主要研究可以同时保护变电站通信节点故障和站间光纤链路故障的路径P圈保护方案。依据电力通信网建设规范中提出的以端到端路径长度限制为业务时延约束,在考虑变电站间实际光纤链路容量限制的条件下,基于电力通信网业务典型的汇聚特征,提出等势P圈生成算法,然后建立最优化整数线性规划(integerlinearprogramming,ILP)配置模型,通过优化电力通信骨干网的通信通道配置来提高其资源利用率。以电力通信十三五规划中江苏省某地区的电力通信网拓扑为例进行仿真,并与现有的电力通信网双路由算法以及电信网络中的故障独立路径P圈算法进行对比,从资源利用率、保护路径长度以及最大业务容纳量等多项指标验证了该文所提算法的高效性。此外,业务路由均衡对等势P圈配置的优化也进行了初步研究。     

电力ASON中基于SRLG完全分离P圈的链路故障保护算法

结合电力光纤网络对网络生存性和可靠性的需求,在共享风险链路组的约束下,为电力ASON网络动态业务提出了一种基于P圈的链路故障保护算法。该算法采用整数线性规划模型,为给定的网络拓扑离线配置SRLG完全分离P圈集,以保证100%单链路故障保护的同时实现单SRLG故障保护。在动态业务环境下,该算法给出路由策略为业务动态计算工作路径和分配保护容量。仿真结果表明,所提算法具有部分双链路故障保护能力,所需的保护容量介于单链路故障保护和完全双链路故障保护之间,可为电力ASON网络中的单链路故障和完全双链路故障提供有效的混合保护。     

精准负荷控制在电力5G环境中的应用

精准负荷控制属于电网生产大区业务,要求和其他管理大区业务完全隔离。毫秒级精准负荷控制对通信网络的关键需求是毫秒级的超低时延,5G技术具有低时延、高可靠性的特点,理论上能够满足精准负荷控制的要求。基于此,研究5G的网络切片技术和低时延技术,并且基于5G技术,对负荷控制业务进行了分析和研究,结果表明5G技术能满足负荷控制业务对端到端通道50 ms的时延要求,取代光纤通信进行负荷终端之间实时通信。在实验室搭建源网荷毫秒级控制业务测试网络,初步完成负控业务基于5G环境的可行性测试,并与基于4G环境下的测试进行了对比,测试时延能够满足控制业务的要求。研究结果可为基于5G网络的电力业务应用拓展提供参考,为其他电力业务在5G场景下的应用奠定理论基础。     

基于5G的电力通信终端研制及应用研究

基于通用5G网络解决方案不能很好的支持电力行业应用,存在通信链路不确定、抖动较大等问题,从电力应用需求入手,介绍了一种具备5G网络授时、支持端到端组网应用的电力5G通信终端的实现方案.该方案结合5G配网差动和精准负荷控制两种电力典型应用场景进行组网应用,进而测试IRIG-B码授时精度、链路延时及配网差动和精准负控业务整组延时,指出后续应在安全应用、终端认证等电力通信终端相关方向进一步展开研究.     

区分电力业务保护质量的链路故障差异化保护策略

随着智能电网和能源互联网的快速发展,电力通信网(EPCN)承载的业务越来越多样。为提高EPCN资源利用率,降低网络风险,保证电力业务的可靠传输,提出了一种区分电力业务保护质量的链路故障差异化保护(DLFDP)策略。首先,基于电力通信业务流特征,分析链路失效风险,对EPCN中业务风险进行建模。其次,根据业务重要度和链路风险度提出了基于服务质量的3类保护模型,考虑负载均衡的影响,将网络中的业务向风险较低的链路上进行疏导,在为高重要度业务分配独立保护路径的基础上,复用P圈来保护高风险链路,同时降低网络的阻塞率和风险。仿真结果表明,DLFDP算法可以更加高效地利用网络资源,降低网络中的业务风险和链路风险,同时降低网络的阻塞率。     

基于SDN与NFV的电力5G网络切片差异化资源分配方案

基于SDN与NFV技术框架,以满足电力多业务差异化需求为目标,设计了面向大规模采集类业务、低时延电力工控业务、移动大带宽巡检类业务等场景的电力5G网络切片方案;建立了从电力业务需求到网络切片通信、计算资源的映射模型,揭示了两者之间的作用机理与转换关系.以电力多业务传输带宽、时延以及计算资源需求为约束条件,建立了电力5G多业务网络切片运行经济性最优数学模型,提出网络切片通信与计算资源的联合分配算法,实现了电力网络切片资源高效、经济利用.     

基于安全性的继电保护光纤迂回通道路径选择

针对电力光纤迂回通道传输的继电保护业务,提出了基于安全性的最佳路径选择方法。介绍了光纤通道方式及性能指标,强调了从安全性的角度为继电保护业务配置最佳路径的必要性。在此基础上,改进了已有的Dijkstra算法用于选路,所提算法充分考虑了电力光纤通信网节点和链路的安全性度量值。为避免某些链路过载带来安全风险,通过动态权值更新函数调整链路权值。通过网络实例验证了新算法的可行性和有效性。     

5G环境下差动保护在电力系统中的应用

由于面临业务需求差异化,应用场景多样化,以及网络设备异构化的挑战,电力物联网的构建需要引入网络切片、边缘计算、灵活回传以及低时延技术等5G关键技术来实现灵活、差异化的通信能力。针对这些问题,本文研究了5G网络的关键技术,研究了差动保护业务在5G环境中的应用,并设计了移动边缘计算平台,使信息流无须回传至5G核心网、在网络的边缘就能完成信息的交互与传输,满足配网差动保护对端到端通信通道10～12 ms的时延要求。该方案能够取代光纤通信进行配网差动保护装置之间实时通信,为泛在电力物联网接入网低时延、高可靠应用场景提供解决方案。     

基于改进蚁群算法的电力通信网络路由策略研究

针对传统电力通信网络路由效率低、成本开销大等缺点,在软件定义网络的基础上,提出了一种基于改进蚁群算法的电力通信网络QoS路由策略。建立了以时延、路径数和抖动等为约束条件的路由模型,并使用改进的蚁群算法进行路径选择。通过仿真和传统路由策略进行端到端延迟、丢包率和链路利用率等性能比较。结果表明,相比于传统策略,该策略的负载分布更加均匀,在端到端的时延、丢包率、链路利用率等性能上都有明显提高,具有一定的实用性。     

基于电力需求响应业务特性的P圈保护策略

为提高电力通信网资源利用率,降低网络冗余,满足电力需求响应业务对于传输网络可靠性的要求,文章考虑需求响应的业务特性,提出一种基于报文感知的电力需求响应业务P圈保护策略(P-Cycle protection strategy for power demand response service based on message awareness,DRPS-MA).通过负载均衡方案对网络流量进行疏导,避免网络中的业务集中至某些特定链路,可以有效降低网络阻塞,优化业务路由.保证网络可靠性的基础上通过工作路径和保护P圈联合优化算法解决需求响应业务的寻路和保护问题,为待处理的业务请求分配工作带宽和保护带宽,最大化利用网络资源.仿真结果表明所提DRPS-MA算法能够显著降低电力通信网的冗余度和阻塞率,为需求响应业务提供端到端的快速恢复.     

5G网络切片技术在电力通信中的研究与应用*

基于网络切片技术构建5G电力虚拟专网,能够为新型电力系统提供海量终端通信能力,结合时间敏感网络、精准授时等技术,进一步适应新型电力系统源、网、荷、储各环节业务场景的需要。主要介绍了无线通信在电力系统的发展,5G电力虚拟专网整体架构、技术原理及应用方案。     

能源互联网背景下5G网络能耗管控关键技术及展望

第五代移动通信(5G)网络基础设施建设逐步加快,绿色节能通信网络的构建关乎5G网络能否可持续发展.研究5G网络能耗管控技术,对于探究能源互联网背景下,分布式清洁能源系统、储能系统与需求响应在5G网络能耗管控中如何应用以实现节能减排具有重要意义.文中从基站能耗管控研究的模型、算法、技术路线等角度出发,以配置有能量收集装置的5G基站为基础,介绍和分析了5G网络能耗问题研究现状和5G网络能耗管控相关技术,并对能源互联网背景下5G通信网与电力网的联合电力流优化控制及其技术创新与应用进行了展望,以期通过5G网络能耗管控技术的协同应用降低5G网络运营商与电网运营商的运营成本,为绿色5G网络建设提供思路.     

基于2 M业务的电网保护恢复机制研究

针对电网控制普遍采用SNCP(subnetwork connection protection)自愈环保护方式所面临的问题,提出了在电力通信光纤网络中引入ASON(Automatically Switched Optical Network)智能技术。采用网状网组网方式提高网络生存能力,实现端到端业务的快速配置和部署,对网络路由进行动态的优化调整,提高网络管理的智能化水平和网络资源利用率;研究了保证自愈切换时,电网控制业务恢复算法业务传送收发路径完全一致性的通道恢复路由拆建协议,实现了电网控制业务的自动多路由保护和应对多点故障的能力。咸宁市供电公司试运行结果表明,所提算法能够有效增强通信网对电网控制业务的安全保障水平,提高全网络的生存性和可靠性。     

基于2M业务的电网保护恢复机制研究

针对电网控制普遍采用SNCP(subnetwork connection protection)自愈环保护方式所面临的问题,提出了在电力通信光纤网络中引入ASON(Automatically Switched Optical Network)智能技术。采用网状网组网方式提高网络生存能力,实现端到端业务的快速配置和部署,对网络路由进行动态的优化调整,提高网络管理的智能化水平和网络资源利用率;研究了保证自愈切换时,电网控制业务恢复算法业务传送收发路径完全一致性的通道恢复路由拆建协议,实现了电网控制业务的自动多路由保护和应对多点故障的能力。咸宁市供电公司试运行结果表明,所提算法能够有效增强通信网对电网控制业务的安全保障水平,提高全网络的生存性和可靠性。     

基于机器学习的电力通信网带宽分配算法

网络切片技术可以优化5G电力通信网的数据传输性能,但是数据传输性能取决于5G电力通信网为各切片分配的带宽大小。为优化5G电力通信网中网络切片的时延效果,提出了一种基于机器学习的5G电力通信网带宽资源分配算法。该算法通过对5G电力通信网历史预留带宽量及获得的时延效果进行学习,进而确定当前时隙网络应该预留的带宽资源大小。得到当前网络所预留带宽大小后,算法会基于切片重要度按序准入切片。仿真结果显示,所提出的基于机器学习的带宽资源分配算法可以提升17.968%切片加权时延和,并获得43.21%的决策性价比增益。     

5G网络切片技术在智能电网中的应用分析

对智能电网和5 G网络切片技术进行介绍,并对4个5 G网络切片智能电网典型业务场景的通信需求进行分析。结果表明,5 G网络切片的性能、特点可以很好地满足智能电网多样性的需求,该技术可促进安全、可靠、高效、环保的智能电网建设。     

SPN技术在电力通信系统中的应用研究

随着电力系统通信技术的发展,对通信专业全面支撑及保障能力也提出了更高的要求. 基于切片分组网 (SlicingPacketNetwork,SPN)技术超大带宽、超低时延、灵活切片、集中管控等技术特点,提出使用SPN 技术解 决电力通信网发展难题的方案.为验证SPN技术在电力通信系统的适配性,针对业务的承载能力、保护能力、切片 隔离能力进行了实验验证,重点测试继电保护业务.经过全场景全业务测试对比,验证了该方案能够支撑能源互联网 领域的新型电力切片网络架构,提高各层级网络的资源调配和智慧运营能力,为源网荷储互动、能源广泛互联提供技 术支撑,可进一步面向全国各地提供基于切片的业务承载网,特别是用于承载控制类等时延敏感的业务,有效提升通 信网络乃至能源互联网的安全承载能力.SPN相较传统通信技术体系更加契合电力通信网发展.     

计及倒换时延的需求响应业务P圈保护策略

为应对日益增长的需求响应业务传输带宽需求,该文设计了一种考虑节点与链路业务承载能力的动态负载均衡模型,利用该模型能够有效实现网络局部业务疏导,将业务导向负载能力大的且保护水平高的链路上。同时,利用重要度将需求响应业务与非需求响应业务进行区分。在该基础上利用启发式算法自适应学习,有选择地针对需求响应业务提供不同的保护方式。以传统P圈配置和复用的方式为低重要度的业务配置保护路径,而高重要度的业务分别复用已配置P圈中单链路故障下的倒换时延最小保护路径。从而进一步提高资源利用率,降低阻塞率。仿真实验结果表明,所提的基于动态负载均衡的最小倒换时延P圈保护策略能在一定程度上提高资源利用率,降低冗余度的同时,实现重要等级高的业务倒换时延最小化目标局部最优求解。     

电力物联网中5G边缘计算技术的研究

为解决电力物联网中海量设备接入诉求,云服务器集中处理架构逐渐向边缘计算模式演进,电力物联网演进为云、网、边、端四层模型。本文根据现有电力业务类型和传输需求,分析了电力物联网中边缘计算面临的技术难点,提出采用基于时隙的灵活调度,并结合自时隙结构和灵活时隙配置等方案改进边缘计算网络中的端到端时延;采用基于5QI配置及ARP优先级方案提升电力物联网中业务保障效果,采用业务安全隔离是保障电力业务安全运行。文章最后给出了基于5G技术的边缘计算网关体系架设和技术特点,指出可以充分利用基于5G的创新技术,提升电力物联网中边缘计算有效性和安全性,满足电力物联网蓬勃应用的需要。