5G電力虛擬專網(wǎng)的電力業(yè)務(wù)典型應(yīng)用當(dāng)前電網(wǎng)面臨的源荷缺乏互動(dòng)、安全依賴冗余、–––接海量電力終端。由于電網(wǎng)各類終端點(diǎn)多面廣，現(xiàn)有通過光纖專網(wǎng)進(jìn)行電力通信存在建設(shè)成本高、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差等問題，因此有必要探索無線替代有[1-2]。5G技術(shù)能夠承載電力生產(chǎn)、

[3-5]。本文提出應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)來承載海量電力業(yè)務(wù)，由于電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景種類繁多，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)各電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景的維護(hù)及管控，為保證通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃能精準(zhǔn)高效的貼合電力應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際需求[6-7]，本文分析了典5類電力典型通信應(yīng)用場(chǎng)景，以期為高彈性電網(wǎng)建設(shè)、各類新興業(yè)務(wù)和終端設(shè)備的互聯(lián)互通提供5G電力虛擬專網(wǎng)是指在運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)中，基于具有物理隔離強(qiáng)度的硬切片及具有邏輯隔離強(qiáng)張面向電力行業(yè)的專用網(wǎng)絡(luò)。虛擬專網(wǎng)通過安全接入平臺(tái)與電力通信專網(wǎng)跨域融合，實(shí)現(xiàn)端到端的電根據(jù)國網(wǎng)浙江省電力公司各地市5G公網(wǎng)電力應(yīng)用專項(xiàng)試點(diǎn)示范工作方案，全省共計(jì)選取并開展12項(xiàng)試點(diǎn)業(yè)務(wù)，主要分布在負(fù)荷控制、配電自55G通信通道，分別制定了相應(yīng)的技術(shù)方案及安全防護(hù)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)旨在匯聚社會(huì)各層級(jí)的海量可中斷負(fù)荷資源，可以實(shí)現(xiàn)海量資源被喚醒–––儲(chǔ)”全交互、安全效率雙提升的電網(wǎng)。通過在省公司側(cè)部署可中斷負(fù)荷調(diào)節(jié)功能主站，地市側(cè)部署可中斷負(fù)荷調(diào)節(jié)功能子站，用戶側(cè)開展秒級(jí)可中斷負(fù)荷接入功能建設(shè)。電網(wǎng)供需出現(xiàn)較大缺額時(shí)，針對(duì)預(yù)先選定的可中斷負(fù)荷簽約用戶下發(fā)負(fù)荷調(diào)節(jié)衡，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)荷控制業(yè)務(wù)場(chǎng)景總體架構(gòu)如圖1所示，可中斷負(fù)荷快速響應(yīng)系統(tǒng)采用分層3個(gè)層級(jí)。3個(gè)層級(jí)間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)策略的交互，共同完成事故發(fā)生時(shí)對(duì)可中斷負(fù)荷的快速精準(zhǔn)切除，其中負(fù)荷調(diào)節(jié)子站與負(fù)控終端間通信鏈路由電力通信專網(wǎng)與運(yùn)營商5G虛擬專用負(fù)荷控制業(yè)務(wù)需要快速恢復(fù)大電網(wǎng)供需平衡、確保電網(wǎng)頻率在直流閉鎖故障發(fā)生后約650ms內(nèi)（50Hz令通信通道傳輸時(shí)延不能超過50ms，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)時(shí)[8-10]。具體通信技術(shù)需求50kbit/s~2Mbit/s（子）站到終端

<10μs；省調(diào)地調(diào)圖1Fig.1Overallarchitectureoftheloadcontrolservice負(fù)荷控制屬于生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)場(chǎng)景，負(fù)荷調(diào)節(jié)子站與負(fù)控終端間的5G虛擬專用通道應(yīng)采用硬切片的技術(shù)方案。核心網(wǎng)側(cè)采用下沉式部署的電力專用用戶面UPF網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)側(cè)生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)與其余業(yè)務(wù)間的物理隔離。并通過為負(fù)控業(yè)務(wù)分配特定的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱（DataNetworkNameDNN5G（User-PlaneFunction，UPF）內(nèi)劃分出獨(dú)立的邏輯租戶，實(shí)現(xiàn)負(fù)控業(yè)務(wù)與其他生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)間的邏輯隔離；同時(shí)在傳輸側(cè)采用靈活以（FlexEthernet，F(xiàn)lexE）硬切片方式、無線側(cè)采ResourceBlock資源預(yù)留切片方式（RB資源預(yù)留）實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)的物理隔離。通過應(yīng)用端到5G通信通道內(nèi)根據(jù)負(fù)荷控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，劃分合理的網(wǎng)絡(luò)邊界，并在邊界處采取相應(yīng)等級(jí)的安全防護(hù)措施。4項(xiàng)內(nèi)容。負(fù)荷調(diào)節(jié)主站和多元融合高彈性電網(wǎng)智慧調(diào)度平臺(tái)邊界：省調(diào)負(fù)荷調(diào)節(jié)主站和省調(diào)多元融合高彈電網(wǎng)智慧調(diào)度平臺(tái)應(yīng)部署具有訪控功能的電力專在負(fù)荷調(diào)節(jié)主站系統(tǒng)和負(fù)荷調(diào)節(jié)子站系統(tǒng)分別部署千兆縱向加密認(rèn)證裝置，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加解密及雙負(fù)荷調(diào)節(jié)子站和安全接入?yún)^(qū)邊界：負(fù)荷調(diào)節(jié)子站系統(tǒng)與安全接入?yún)^(qū)之間應(yīng)部署具有防控功能的電力專用隔離裝置，實(shí)現(xiàn)物理隔離及業(yè)務(wù)報(bào)文的單安全接入?yún)^(qū)和可中斷負(fù)荷終端邊界：可中斷負(fù)荷終端通過無線公網(wǎng)接入安全接入?yún)^(qū)邊界的隔離3A認(rèn)證白名單控制，利硬切片、VPN配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)控制，通過繼電保護(hù)自動(dòng)裝置檢測(cè)配電網(wǎng)線路或設(shè)備狀態(tài)信息，快速實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路區(qū)段或設(shè)備的故障判斷及準(zhǔn)確定位，并快速隔離故障線路區(qū)段或故障設(shè)備，隨后恢復(fù)正常區(qū)域供電。配電自動(dòng)化場(chǎng)景總體2所示，配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站與配電自動(dòng)化終端通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸采用骨干通信傳輸至地市配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站；若采用5G再傳輸至配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站,[11-13]。

具體通信技術(shù)需求如下：差動(dòng)保護(hù)帶寬要求2Mbit/s；端到端時(shí)延<20ms>99.999%；業(yè)I/IIIII/IV100X/km2<10μs。配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)部署在地市生產(chǎn)控制大區(qū)I5GUPF數(shù)I5G切片規(guī)劃及配置方案由省公司整體統(tǒng)籌，硬切片原則上在無線側(cè)采用“RB資源預(yù)留+5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先級(jí)”（5GQosIdentifier5QI的形式，在傳輸側(cè)采用“FlexE硬切片+VPN隔離”形UPF網(wǎng)元的技術(shù)方案。該場(chǎng)景采用5G業(yè)務(wù)，達(dá)到物理隔離的網(wǎng)絡(luò)專用程度。硬切片內(nèi)部安全防護(hù)方案與負(fù)荷控制業(yè)務(wù)防護(hù)方案大體相市公司為單位，本方案統(tǒng)一部署1套無線安全接入?yún)^(qū)，防止惡意信息從終端入侵至主站系統(tǒng)。同時(shí)采用縱向通信安全防護(hù)技術(shù)，對(duì)控制指令與參數(shù)設(shè)置指令使用基于非對(duì)稱加密算法的認(rèn)證加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)終端和主站間的雙向身份鑒別和數(shù)據(jù)加密，智能巡檢主要應(yīng)用高清成像和圖像識(shí)別處理技1010kV巡檢模式提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和巡檢效 2Fig.2Overallarchitectureofthedistributionautomationscenario

智能巡檢場(chǎng)景總體架構(gòu)總體架構(gòu)如圖3用傳統(tǒng)有線專網(wǎng)通信，終端數(shù)據(jù)通過變電站業(yè)務(wù)匯聚層，經(jīng)地市骨干通信網(wǎng)到智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)集控站，再與作業(yè)安全管控系統(tǒng)和統(tǒng)一視頻系統(tǒng)進(jìn)行智能巡檢業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)需求如下：帶寬為4~100Mb/s<200ms>99.9%；業(yè)務(wù)類<100ms，可靠性>99.999%

過傳統(tǒng)電力通信專網(wǎng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行互通，若采用無線虛擬專網(wǎng)方式，終端數(shù)據(jù)直接通過運(yùn)營Fig.3Overallarchitectureoftheintelligentinpection智能巡檢業(yè)務(wù)歸屬管理信息大區(qū)與互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)，5G通信通道部分采用端到端軟切片方式，無線側(cè)采用5QI優(yōu)先級(jí)，傳輸側(cè)采用VPN側(cè)采用運(yùn)營商行業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元的技術(shù)方案，共享三大運(yùn)營商行業(yè)UPFUPF，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由三大公網(wǎng)運(yùn)營商省集中后通過運(yùn)營商專線送智能巡檢中不同業(yè)務(wù)分配不同IP，并設(shè)置合理的防火墻策略；不同業(yè)務(wù)進(jìn)入U(xiǎn)PF后，應(yīng)采用不同通信通道承載與傳輸，通信通道可采用專用傳輸通道或數(shù)據(jù)通信網(wǎng)VPN通道，不同業(yè)務(wù)之間不互通。遠(yuǎn)程控制指令使用基于非對(duì)稱加密算法技術(shù)進(jìn)行安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)巡檢終端和主站之間的雙向身份鑒別由于各類分布式清潔能源電站分布較分散，各類源儲(chǔ)信息采集較困難。為快速完成分布式小水應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分布式能源出力直采，做到實(shí)時(shí)出力可分布式能源場(chǎng)景總體架構(gòu)如圖4所示，此結(jié)構(gòu)采用

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(地市調(diào)控中心)用電信息采集系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(地市調(diào)控中心)用電信息采集系統(tǒng)(省級(jí)部署配電自動(dòng)化系統(tǒng)(含分布式電源監(jiān)控功能分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)(地市調(diào)控中心 主站35/10380/22035/1035/10Fig.4Overallarchitectureofthedistributedenergyresourcescenario分布式源儲(chǔ)業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)通信網(wǎng)需求為：帶寬綜2Mbit/s以上；時(shí)延對(duì)于采集類業(yè)務(wù)小于3s，1s>99.9%；業(yè)務(wù)類型為同時(shí)有I/II生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)及III/IV管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)；連接數(shù)量為10X/km2；網(wǎng)絡(luò)切片方面，I/II生產(chǎn)控制大區(qū)使用端到端硬切片，獨(dú)享切片資源，III/IV在運(yùn)營商覆蓋較差的偏遠(yuǎn)山區(qū)小水電站，建議結(jié)合北斗短報(bào)文等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；分布較松散的分布式光伏站、風(fēng)電站部署5G終端，建議優(yōu)選省分布式源儲(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用屬于管理信息類業(yè)務(wù)，應(yīng)采取軟切片方式。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由三大公網(wǎng)運(yùn)營商省集中后直接通過運(yùn)營商專線送至省公司互聯(lián)網(wǎng)部安全接入平臺(tái)外側(cè)。軟切片方案建議如下：無線側(cè)采用5QIVPN，核心網(wǎng)側(cè)共享UPF以實(shí)現(xiàn)端到端邏輯隔離。分布式源儲(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用屬于生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)應(yīng)采取端到端硬切片方式。無線側(cè)采用“RB資源預(yù)留+5QIFlexEUPF網(wǎng)元的技術(shù)方案。大多數(shù)分布式源儲(chǔ)業(yè)務(wù)屬于電網(wǎng)管理信息大區(qū)，終端安全防護(hù)方面可基于統(tǒng)一的安全接入網(wǎng)關(guān)和物聯(lián)管理平臺(tái)構(gòu)建的終端身份管理系統(tǒng)，采用數(shù)證接入網(wǎng)絡(luò)所有設(shè)備的合法性及終端真實(shí)性。邊界的非法訪問和外部惡意攻擊。對(duì)于少數(shù)涉及電網(wǎng)生產(chǎn)控制大區(qū)的業(yè)務(wù)，其安全防護(hù)方案應(yīng)參照文中負(fù)當(dāng)前主要通過低壓集抄方式進(jìn)行計(jì)量采集，多以配變臺(tái)區(qū)為基本單元進(jìn)行集中抄表，集中器通過運(yùn)營商無線公網(wǎng)回傳至電力計(jì)量主站系統(tǒng)，一般以天、小時(shí)為頻次采集用戶用電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以上行為3~5MB。隨著智能電網(wǎng)發(fā)展，主要呈集時(shí)間粒度提升至分鐘級(jí)，達(dá)到準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息現(xiàn)對(duì)家用電器的控制。給用戶提供實(shí)時(shí)電價(jià)和用電APP方式實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶室內(nèi)用電裝置的負(fù)構(gòu)如圖5所示。若采用5G端數(shù)據(jù)直接與省側(cè)用電信息配電主站進(jìn)行交互，采集類業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)通信網(wǎng)需求如下：帶寬方面，近期<100k/s，遠(yuǎn)期帶寬綜合大于2Mbit/s集類業(yè)務(wù)小于3s，控制類小于1s集類業(yè)務(wù)大于>99.9%；業(yè)務(wù)類型為管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)或互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)；連接數(shù)量為100個(gè)/km2；用電信息用電信息/配電主 公網(wǎng)接入服務(wù)采集終端采集終 采集終5Fig.5Overallarchitectureofthepowerconsumptioninformationcollectionscenario

采集類業(yè)務(wù)主要以用戶側(cè)功率、電能質(zhì)量等計(jì)4G無線公網(wǎng)也能滿足通信要求。隨著采集范圍、頻次提升及智控5G切片網(wǎng)絡(luò)的通信承載方式，根據(jù)業(yè)務(wù)所屬安全大區(qū)使用對(duì)應(yīng)的切片方案，管理信息大區(qū)采用高5QI優(yōu)先級(jí)的軟切片的方式，而互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)業(yè)務(wù)則僅采由于采集類業(yè)務(wù)的可靠性及實(shí)時(shí)性要求相較控5G電力虛擬專網(wǎng)建設(shè)初期，各地市還未建成完備安全接入平臺(tái)的情況下，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可通過省集中的方式接入各省公司側(cè)安全接入?yún)^(qū)，進(jìn)行統(tǒng)一的管理及安全接入?yún)^(qū)的數(shù)據(jù)壓力，達(dá)到減少鏈路可能故障點(diǎn)及目前浙江電力已建成覆蓋全省的5G電力虛擬20201期100kW秒級(jí)可中斷負(fù)荷接入工作，系統(tǒng)可視化界面如圖62023年將實(shí)現(xiàn)全省250kW秒級(jí)可中斷負(fù)荷資源圖6Fig.6Visualinterfaceofsecond-levelinterruptiblefastresponsesystem5G示范工作計(jì)劃在杭州、麗水等地區(qū)試點(diǎn)應(yīng)用配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)場(chǎng)景。杭州試點(diǎn)區(qū)域?yàn)槭捝綐蚰?、科技城?05G智能開關(guān)。目前已在蕭山錢江世紀(jì)城橋南開發(fā)區(qū)部署7臺(tái)開關(guān)，終端均為固定式，位置在室外。杭州公司基于5G的配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)如圖7所示。麗水地區(qū)計(jì)劃在景寧等區(qū)5513010kV線路實(shí)現(xiàn)基于5G配電自動(dòng)化5G通信終端106臺(tái)。75GFig.7Distributionautomationservicebasedon5GinHangzhoucompany對(duì)于智能巡檢業(yè)務(wù)場(chǎng)景，國網(wǎng)湖州公司在南潯1700MHz5G域現(xiàn)有32.6GHz5G（東林青聯(lián)村、青山4011號(hào)塔和南潯菱湖三溪村32.6GHz頻5G站點(diǎn)）互為補(bǔ)充，為特高壓密集通道青山變至鈕家變區(qū)段的感知裝置提供5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。湖州公司基于5G的特高壓密集通道巡檢如圖8所示。圖8湖州公司基于5GFig.8InspectionofUHVdensechannelsbasedon5GinHuzhoucompany5G5G感