5G助力电力行业数字化转型，山东电网有本“成功秘籍”
【环球网报道 记者 张阳】自5G商用之初，中国就将其视为推动产业升级和经济社会发展的重要引擎。经过五年的行业融合与发展，中国不仅在5G建设上取得了举世瞩目的成就，更在技术创新和应用推广上展现了强大的实力。交通、能源、制造、医疗等等多个行业因为5G而彻底改变了原有的生产模式，极大提升了智能化生产水平。
近日，记者走访了国网山东电科院、章丘明水供电营业厅对于5G技术在电力系统的生产应用有了更深刻、更直观的体会。
轻量化5G提升电网运营效率
山东电网规模巨大，山东电网是特高压交直流混联大电网，电网负荷突破1亿千瓦，迫切需要运用新兴信息通信技术来提高电力网络的运行质量、效率和安全性。
据了解，建设5G电力专网后，虽然解决了电力系统末端接入和运行调控等问题。但在规模化应用中仍存在一些挑战。一是各类电网设备、电力终端、新能源用电的需求爆发式增长，迫切需要构建安全可信、接入高效灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”配电无线通信接入网，实现智能电网业务接入、承载、安全及端到端的自主管控。二是由于完整版的5G终端芯片和模组设计复杂，研发成本高，终端价格一直居高不下，导致规模建网成本巨大。三是每次点位部署都需要人工勘测，每人每天仅可勘测4个点位，成本高、效率低，严重影响业务的上线进度。另外，电网的配电、并网等关键应用分布广，对网络的可靠性要求高，随着5G手机的普及，网络在忙时会出现时延大、抖动多的情况。如何降低建网成本同时又保障网络质量，成为5G电力专网规模应用的主要课题。
在国网山东电科院记者看到了各式各样的新型5G工业网关、智能电表和不知道能发挥什么功能的电力场景器件，但是无一例外这些器件的名字上都冠上了智能二字。
据介绍，电力5G终端检测实验室，作为国网山东省电力公司数字化规划下的重要组成部分，是国内电力行业首个专注于5G终端模组检测的省级实验室。该实验室肩负着三项核心使命：电力5G终端模组的深入检测、5G网络安全的全面测试，以及5G安全技术的深入研究与标准化推进。
现场的工作人员给记者讲解说，为了高效执行这些任务，实验室精心构建了模拟三大运营商的5G专网环境，通过先进的5G室分设备，实现了电力业务终端与电力5G虚拟专网的稳定接入。在此基础上，实验室开展了一系列严谨的测试工作，包括验证5G通信单元的功能性能是否达标，测试不同终端与模组之间的适配性，以及在实际业务场景中评估5G终端的业务稳定性。同时，针对智能终端的安全问题，实验室从固件、主机、应用等多个层面进行了深入的安全检测，确保终端的安全可靠。
为了进一步提升检测效率与安全性，实验室自主研发了电力物联网终端安全检测平台，该平台集成了漏洞扫描、模糊测试、协议检测等核心功能，能够实现对物联网安全风险的一站式评估。此外，实验室还开发了电力5G专网安全测试工具，通过可视化界面简化测试流程，加速安全问题的发现与解决。
在5G网络安全测试方面，实验室联合多方力量，在多个地市开展了广泛的测试工作，覆盖了5G业务终端、接入网、承载网、核心网等关键环节。通过测试，实验室不仅发现了当前网络存在的安全风险，还验证了5G在隔离性、安全性等方面的显著优势，为电力行业的网络建设提供了有力支持。
在5G安全技术研究领域，实验室深入分析了电力5G虚拟专网的安全特性，设计了针对性的安全防护方案，并基于“全程全网、分层分域”的研究思想，构建了完善的5G安全研究框架。这些研究成果不仅为电力行业的5G应用提供了安全保障，还为后续的标准制定工作奠定了坚实基础。
当然在电力行业应用5G技术过程中，少不了通信运营商的身影。中国联通大数据首席科学家范济安表示，“联通在电力领域的5G RedCap技术发展中，通过一系列策略和措施有效降低了终端联网成本，并推动了其广泛应用。首先，联通紧跟5G技术的演进步和标准化进程，特别是RedCap技术的轻量化特性，通过削减不必要的功能来降低芯片模组和终端的成本。其次，联通将山东国网电力合作项目作为5G RedCap的重点试验网络，通过前期在5G专网建设、功能性能验证等方面的合作基础，进一步验证RedCap的商用化可行性，并准备全面推广。”
“此外，联通不仅在山东推动5G RedCap技术的应用，还与国家国网集团在全国范围内探讨合作，特别是在新能源发电量占比大的省份，推动5G专网向更加独立、安全的网络发展，专门服务于新能源电力。同时，联通与国网电力合作，在终端侧和原来网络调度的终端上打造融合产品，这种产品的打造起源于山东，应用于山东，并计划向全国复制推广。联通在电力领域的5G RedCap技术发展中，有效地降低了终端联网成本，并推动了其广泛应用。”范济安说。
国网山东实现光伏柔性控制
山东是新能源大省，拥有大量光伏发电站，光伏发电分布广、波动性强，给电网的安全运行带来新的挑战。国网希望提升电站并网率和调控灵活性。
范济安介绍称，国家电网公司作为全球最大的电力企业，正面临新能源快速发展带来的挑战。随着光伏和风电等新能源装机容量的增加，电网在消纳这些新电量方面承受着巨大压力。为应对这一挑战，国家电网需要推动电力市场的改革开放，让发电和用电企业参与市场经营，实现行业的转型升级。
在山东章丘明水供电营业厅记者看到在很多场景中都有应用的无人机巡检线路也用上了基于5G RedCap技术的通信模块。而营业厅内展示的应对光伏电力消纳的柔性方案更是让记者耳目一新。
据了解，山东省是新能源装机大省，截至2023年，山东新能源装机容量达到9122万千瓦，占了全省装机总容量的43%。其中光伏装机容量是5693万千瓦，规模占全国第一。但是，大规模、高比例的光伏并网因其具有间歇性、随机性和波动性的特点，给电网运行带来新的挑战。
山东省电力公司率先探索在采集主站智能终端，规约转换器，逆变器搭建的智慧量物联体系架构下，通过设备升级、模式创新，应用22版的Ⅰ型集中器和5G通讯，实现了主站对光伏上网功率的控制。2021年山东省电力公司在国网系统内率先实现了光伏功率的刚性控制全覆盖，但是刚性控制也有一定的局限性，也就是只能实现上网功率从0-100%，或者从100%压降到0，容易给光伏用户带来不良的用电感知。为了解决这一问题，国网通过研发了光伏规约转换器，它能够将电网的通讯规约转变为逆变器能够识别的规约，从而能够控制用户逆变器的上网的电流，从而控制它的功率，实现从0到100%的平滑的控制。
在这一过程中，国家电网与联通合作，利用5G技术构建智慧电网。5G技术的引入，特别是网络切片技术，为电网提供了高稳定性和低时延的网络服务，满足了电网业务的高标准要求。“与传统的光纤网络相比，5G网络在覆盖面积、建设成本和周期上具有明显优势，特别适合分布式能源的接入。”范济安解释称。
在范济安看来，国家电网与联通的合作成果显著，不仅提高了服务质量，降低了成本，还为社会经济带来了价值，如投资节约、GDP贡献和降碳量。在国际舞台上，这一合作模式获得了GLOMO奖的认可，展示了中国在5G应用和共建共享模式上的全球领先地位。通过这种合作，国家电网能够更有效地管理和整合新能源，推动电力行业的数字化转型。