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5G助力智能电网应用研究报告.pptx

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  • 上传时间:2020-10-19
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    • 5G助力智能电网应用研究,智能电网发展带来新挑战 5G应用研究进展 下一步发展展望,,,,智能电网发展趋势,智能电网转型发展目标,,,,,,,,,,,,,,,实时感知,,信息监控,,,,,,电网,智能 负荷,储能 系统,分布式 电源,电动 汽车,常规 负荷,集中式 电源,,,,,,,,,,,,,电网设备状态,,电网运行状态,,市场交易状态,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,市 场 交 易 信 息,电 网 运 行 信 息,,设 备 状 态 信 息,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,信息发布,,市场信息透明,电网设备状态透明,电网运行状态透明,目标:向智能电网运 营商、能源产业价值 链整合商、能源生态 系统服务商转型,,,海量传感,,,传输与 通信,,,现场控制,,,数据处理,,,...,,,电网设备状态透明:设备健康状态、环境状态等实时感知;实现电网实时 状态监测、态势感知、智能运维、状态检修 电网运行状态透明:电网传输能力、电能质量、安全性、可靠性等实时感知; 实现电网运行的安全风险评估、优化经济运行、智能决策调度 电网市场信息透明:电网输配电价格、各类电力市场及辅助服务价格、交易过程/结 果实时发布;源、网、储、荷等所有参与者可以自由选择交易;市场监管及所有参 与者可实时监控交易过程。

      智能电网发展新需求,智能配电网典型业务,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,监测 传输线路状态 故障监测&告警 环境监测&告警,,,,视频监控 变电站 电缆及电塔 变压器 施工现场 移动作业 机器人巡检 无人机巡检 移动巡检 移动办公,指挥调度 施工监督 维护调度 任务安排 应急电力保护,,,,配电自动化 配电自动化及 电力负载管理 电力设备数据 获取 智能抄表 远程自动抄表 高抄表成功率 高抄表频率,,,,配用电网业务对通信网的核心诉求:窄带+宽带+实时+稳定+安全可靠,,海量终端通信低成本覆盖问题:当前通信终端数量为百万级,未来千万级过亿 信息传输安全性问题:调度自动化、继电保护等业务涉及电网实时控制,若被恶意攻 击,可能导致大面积停电3G、4G等公网通信不能满足安全性要求 高质量传输问题:继电保护等电网控制类业务需要毫秒级低时延通信、通道可测可控 业务差异化问题:电网业务种类异常丰富,通信的带宽、安全性要求、时延要求、成 本要求差异性非常大,通信平台的弹性、适配性面临挑战 通信智能管控问题:智能电网发展、应用高度依赖通信,海量物联网终端的通信质量 可监测、故障可定位、资源可管控面临巨大挑战。

      通信面临的新挑战,,,,电 力 通 信 网,,,,,在骨干通信网侧,已具备完善的光纤骨干网络和 可靠高效数据网络,光纤资源已实现35kV及以 上厂站、自有物业办公场所/营业所全覆盖 在配电通信网侧,建设大带宽、高可靠性、终端 接入灵活、具备双向互动体验能力的“泛在化、 全覆盖”配用电终端通信网络, 有效支撑配电 自动化遥控可靠动作、用电信息采集及用户交互 用能需求摘自南方电网“十三五”智能电网规划纲要,智能电网发展带来新挑战 5G应用研究进展 下一步发展展望,,,,,,18年2月 1、南网正式成为 CCSA/3GPP标准化,组织的全权会员单,位,18年4月 1、已陆续向3GPP递交9 项国际标准提案(其中7 项已采纳,2项已提交) 2、形成白皮书初稿,一年多来,南方电网与中国移动,联合各合作单位在产、研、用各环节开展合作,共同推进5G国际标准制定,5G承载配 网差动保护测试,首个行业白皮书发布,5G安全隔离分析,相关接口规范制定,平台预研、实验室测试等工作 18年6月 1、上海电信展与移动、华为联合发,布5G智能电网应用白皮书,现 场演示5G承载配网差动保护业务 2、深圳启动试验网建设; 3、启动5G承载配网差动保护业务实 验室测试 4、细化已采纳需求提案的技术实现 方案,编制技术提案,18年10月 1、完成5G试验网建设 ; 2、启动1-2项业务验证,开展 业务接入方案研究和外场测试;,3、启动终端、平台系统等接口,规范研究,18年3月,1、启动授时业务与四方在北,京的继电保护装置实验室的,对接测试;,网络建设规划,18年5月,1、完成端到端技术解决证方案 2、启动终端适配性研发及平台,建设,2、明确业务需求、示范地点、 3、5G助力智能电网应用白皮,书定稿,18年8月,1、瑞典3GPP会议,宣读相关技 术实现方案提案; 2、形成南方电网“5G能源互 联网”项目储备库 3、形成5G承载电网业务安全 隔离分析报告,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,19年10月,1、完成国家发改委项目验收, 完4类业务接入和外场测试验 证; 2、形成面向智能电网的5G 无线通信技术应用发展分析报 告,,,,20年10月 1、完成终端、平台间接口 适配、规范制定和功能定义, 并开展终端入网测试; 2、总结5G成果,策划十四 五规划,全网推广应用,5G应用研究进展,南方电网公司内部成立专项工作组,并成功加入3GPP国际标准化组织,5G应用研究进展,,,成立“南方电网5G无线通信技术专题研究工作组”,确保应用研究顺利开展,成果按时交付 制定南方电网5G无线通信技术专题研究工作方案(2017年-2020年),每年滚动修编具体实施计划内容,逐步明确未来 基于5G无线网络承载电网业务的技术路线、技术规范、设备选型、网规网优、测试标准、应用场景等,有力指导和支撑智能电网 通信领域的快速发展 成功加入3GPP、CCSA标准化组织 南方电网已于2月份正式成为CCSA/3GPP标准化组织的全权会员单位,南方电网致力于将智能电网需求纳入5G国际标准,已向3GPP提交14篇电力需求提案,内容涉及5G公网授时、5G承载配 网差动保护、网络能力开放、网络切片管理能力、电力终端二次认证等,其中9篇已被采纳,分别纳入4项国际标准中。

      5G应用研究进展,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5G新特性带来全新的解决方案,,,,,,,,,,,,,5G网络为配电网业务无线接入提供了一种更优的解决方案 各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长,迫切需要构建安全可信、接入灵活、双向实时 互动的“泛在化、全覆盖”配电通信接入网,并采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术及系统予以支 撑 5G多场景适配为智能电网不同业务提供差异化的网络服务能力 智能电网业务需求广泛,同时包含了eMBB(如巡检机器人、无人机巡检、应急通信等智能电网大视频应 用)、uRLLC(智能分布式配电自动化)、mMTC(低压集抄、分布式能源等)三大场景多场景适配可同 时满足海量连接、大带宽、低时延、授时等多样化需求,更有针对性地解决智能电网不同业务的通信需求 5G网络切片为电网不同分区业务提供高可靠的安全隔离能力 5G网络切片技术可为电网不同分区业务提供物理资源、虚拟逻辑资源等不同层次的安全隔离能力,为智能电 网的业务承载提供更好的安全保障 5G能力开放为海量接入终端提供高效灵活的运营管理能力 电力企业可利用公网运营商提供的各种能力开放,实现电力通信终端的连接管理、设备管理、业务管理、网 络切片管理等创新业务,满足电力终端通信的可管可控要求,5G智能电网典型业务场景梳理,5G智能电网典型业务场景梳理,总体上可分为控制、采集两大类 控制类:包含智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等。

      随着精准负控、分布式能源接入等业务迅速发展, 主站系统将逐步下沉,出现更多的本地就近控制,且与主网控制联动的需求,未来时延需求将达到毫秒级 采集类:包括低压集抄、站所内外场景的智能电网大视频应用等未来采集对象将趋于多媒体化、深入用户行为分析;采集内容将 趋于视频化、高清化;采集频次将趋于准实时,且从单向采集向双向互动演进,,,,,,,,,,,,,5G智能电网典型业务场景梳理:关键通信指标,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5G应用研究进展,南方电网首次参展2018年世界移动大会(上海),与中国移动合作展示了5G智能电网五大典型应用场景、5G承载 配网差动保护技术实现方案,引起业界高度关注在上海世界移动大会期间,南方电网与中国移动、华为公司联合对外正式发布5G助力智能电网应用白皮书这 是5G电网领域应用的第一份正式宣告,将电网特色需求融入5G解决方案,推动了5G与智能电网深度融合5G助力智能电网应用白皮书白皮书首次对5G电力业务进行了顶层设计:根据智能分布式配电自动化、用电负荷需求侧响应、 分布式能源调控、高级计量、智能电网大视频应用等5大类典型应用场景,首次提出了5G智能电网端到端网络切片解决方案,,,,5G应用研究进展,,,,,关键技术3-网络切片端到端管理技术,,,切片选择功能,,,接入网 管理,关键技术2-网络切片标识及接入控制技术,,,传输网 管理,,,核心网 管理,,,,,订购管理,,,,,,,接入网 (支持切片),,,,切片一,切片二,,统一物理基础设施(计算、网络、存储),,传输网 (支持切片),,,,,终端一,,,核心网 低时延会话控制 低时延用户面,,,,,终端二,,关键技术1-接入网、传输网、核心网的各域支撑技术,,,,,数 据 采 集,,,数 据 分 析,,,可 视 运 维,关键技术4-网络切片端到 端SLA保障技术,,,端到端资源 管理及编排,核心网 高带宽会话控制 高带宽用户面,,,端到端切片管理,,关键技术1-接入、传输、核 心网域切片使能技术:作为 基础支撑技术,实现接入网、 传输网、核心网切片的处理,关键技术2-网络切片标识及 接入技术:实现网络切片实 例与终端业务类型的映射, 并将终端注册至正确的网络 切片实例,关键技术3-网络切片端到端 管理技术:实现端到端网络 切片的订购、创建、删除、 更新等,关键技术4-网络切片端到端 SLA保障技术:可以对各域 网络性能指标进行采集分析 和准实时处理,保证系统的 性能满足用户的SLA需求,,,,,省/市信息中心,,SecGW,,,,,,,,,,,,无线公网运营商 IPSec Tunnel,,,电网,N2+N3,,,,,,,,,电网Slice 核心网(信息采集&配网1),电网切片服务提供商 运营商默认 核心网,,,电网 AAA,,,,自动化机房,,,变电站,,,电网Slice 核心网(配网2),,,,,,,,,,,,,电网 安全区,,,,,,,,,,,,,,,用采业务终端,采集业务终端,配电业务终 端 精控业务终 端,,,,,,,,,,,,,,,RRC Security,UP Security,NAS Security,,,IPsec,不与主站交互的业务,与主站交互的业务,依据电力监控系统安全防护总体方案要求,南方电网联合中国移动、华为公司,首次结合5G承载电网业务模型,从 终端(含电力终端和通信终端)、无线空口、基站、传输网、核心网侧,端到端分析和评估了5G网络的安全隔离能 力,形成了国际标准提案。

      网络可用性保障:为了防范恶意 干扰对电网引发基础设施的攻击, 需要检测恶意干扰安全事件二次认证:防范电网USIM卡插入恶 意终端,攻击电网或滥用USIM卡,支 持二次认证终端身份和运营商认证身份 绑定(机卡绑定)定位信息开放: 防止 USIM卡和通讯终端被盗/异 常,支持卡位置绑定5G应用研究进展,,,,,,,,DTU,,4G RRU,5G AAU,4G BBU,5G BBU,业务交换机,核心网 (NSA),基站,,,,L2/3协议转 换模块,交换机TUE(面向4G 空口) TUE(面向5G 新空口),,,,,,,,,,,,,,,配网自动化三 遥主站模拟,5G承载电力DTU配网差动保护+三遥业务 实验室测试(NSA版本)结论: 5G通信系统端到端平均时延 7.5ms8.5ms,最大时延约9ms10ms, 符合预定目标; 通信终端对DTU授时精度<300。

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