5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用探究

5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用探究

张瑞敏

身份证号： 41102419860224****

摘要：基于智能电网建设背景下，配电网建设逐步朝着多元化、网格化、智能化的方向持续发展。随着配电网自愈需求愈发提高，促使传统馈线自动化与配电网保护难以满足实际要求，且1.8GHz电力无线专网、专用光纤通道等电流差动保护方法应用虽具备灵敏性、速动性等优势，但在实际运行阶段仍尚存稳定性较差、成本较高等问题，鉴于此，本文从5G+智能电网的应用需求分析入手，在此基础上阐明配电网差动保护业务中5G技术的具体应用。

关键词：配电网；5G技术；差动保护业务；关键技术

我国智能电网运行过程中配电网发挥着至关重要的作用，不仅是保障用户正常用电的关键设施，亦是推动我国社会发展的重要基础。随着智能电网建设对配电网提出更高安全要求，亟需借助更为科学、合理的方式来满足配电网快速自愈需求。鉴于此，探讨如何借助5G技术来优化配电网差动保护业务开展已然成为智能电网领域的重点关注问题。

一、5G+智能电网应用需求分析

5G技术的普及代表我国正式进入5G时代，依托于密集网络、超高频段、新型多天线、同频全双工等技术的实现使得5G技术的应用凸出海量接入、低时延、超频带宽等特点，并实现对MMTCP、eMBB、uRLLC场景构建^[1]。基于5G技术的逐渐渗透与普及，使得低时延通信、大规模机器类通信以及增强型宽带被广泛应用于各业务场景中，且5G技术的融合应用为我国智能电网的建设提供重要助力。纵观当前智能电网业务开展，其具体业务类型包括状态检测、采集业务及生产控制业务等，针对配电网业务开展，具体囊括精准负荷控制、分布式电源、用电信息采集及其配电自动化等业务^[2]。5G技术的应用相较于4G技术而言性能优势如表1所示。

表1 4G、5G性能指标比对

5G+智能电网因其具备超高带宽、低时延、高移动速率等优势，能够在更多业务场景中得到广泛应用，如在无人值守业务、分布式配电自动化、智能配电巡检、用电信息采集等业务中发挥巨大作用。

2. 配电网电流差动保护中5G关键技术应用

1. 电流差动保护同步应用

电流差动保护过程中信号同步的实现需达到：（1）以两侧时刻相同为前提下，差动继电器的选择需参照差动电流计算，而为保证计算结果符合精准要求，需以数据合理、科学采样为前提。（2）以同时刻为前提，确保线路两侧采样符合预期标准^[3]。在差动保护业务中进行5G技术的合理应用，可借助数据通道同步、全球定位同步时钟来达到信号同步的目的。在实际差动保护业务开展期间，基于数据通道同步的应用主要是结合对信号同步要求的分析，合理采用时钟校正法、采样时刻调整法等进行同步。针对全球定位同步时钟方法的应用，则需以GPS系统的应用为前提，通过时钟同步来达到信号同步定位的目的。

例如北斗卫星导航的使用，依托于北斗授时同步原理，通过将采样时钟设置于两端保护装置来达到信号同步目的，依托于对稳定性晶振体应用，脉冲信号以1S为间隔进行同步，在确定国际标准时钟为参照标准的前提下，以同步的形式进行晶振体脉冲前沿处理，并按照要求将两端时钟脉冲误差控制在2us范围内，通过对两端采样同步的控制来达到电流差动保护的目的。

（二）5G+差动保护应用

实施期间需做到对现场部署情况的明确掌握，在此基础上进行主站系统、配电网业务终端间传输的有效控制，并依据数据传输现状利用以太网、5G技术进行优化。需注意，电流差动保护装置的设置应发挥出效率优化的价值，并有助于对线路停电时间的缩短控制，而差动保护焊功能的实现，则需以采样值、跳闸信号的全面传输为前提。在多方面因素的影响下使得差动保护装置使用尚存问题，主要体现为：（1）原有配电网在分布式电源并网的影响下使得保护作用受限^[4]。运行期间分布式电源存在过电流能力差、电力电子器件耐受性较差等问题，致使电流水平在故障发生时呈现出明显下降的态势，且原有保护方案的作用与效果在上述问题的影响下受到较大限制，其保护原理无法实施于差动保护中。（2）差动保护在网架拓补变化的影响下难以做到灵活化、合理化配置，基于分布式电源实现利用多电源网络取代原有单端放射式网络，相较于输电网络而言，多电源网络配电保护无法做到灵活化、有效化配置网络拓补。（3）纵观当前配电网保护发展，受到无线通信特点以及通信通道建设的直接影响，当前1.8GHz无线专网与230MHz无线专网受到通信性能较差的影响而无法满足配电网保护需求，并对通信资源带宽、低通信时延需求的满足产生一定程度影响。

鉴于此，可充分借助5G技术的优势与功能来促进电流差动保护实现信号同步，同时可结合依托于串联连接方法的应用，保证配电主站、配电自动化终端、差动保护装置之间的有效连接（如图1）。在开展差动保护场景设计工作时，需以线路环网柜为载体，依托于常用联络线进行电流差动保护、测控装置以及5GCPE通信模组的有效设置。并以典型应用模式为依据，强调在差动保护装置安设时依照相关标准合理设置于两端位置，并在运行期间借助智能配电终端来分别完成对各项电流、两侧零序电流的采集，依托于采集数据来提升线路制动以及差动电力的计算准确性。结合对URLLC切片、5G基站设置来做到将智能配电终端的保护动作覆盖于故障区域内，充分利用差动保护逻辑来优化动作出口保护，以确保电流差动保护的作用通过5G技术融合得到充分体现^[5]。

图
1差动保护应用架构

（三）5G+巡检业务应用

设立5G典型应用场景eMBB，其中典型应用为配电站巡检摄像头，以5GCPE设备为载体进行摄像头连接，在接入5G通信的前提下做到对场景的全过程、无死角监控，并利用远程VR技术来实现变电站巡检业务的高质量开展^[6]。在5G技术合理应用的前提下，将5GCPE作为挂载摄像头的主要形式，主要结构采用NSA非独立式组网，在实施4G、5G基站混接的前提下构建额MBB应用场景，以监控大屏、VR头显为基准进行后端现场分路的显示，进而有效解决当前存在的大带宽数据传输难度大、通信网无法满足等问题，实现以可视化、智能化的方式来提升变电站巡检水平。

结束语：

综上所述，现阶段我国工业控制、监测监控等业务领域中5G技术得到广泛应用，而作为当前智能电网构建中的关键一环，配电网运行稳定性与民众用电满意度之间存在密切关联。鉴于此，为实现对配电网电流差动保护的优化，并有效消除以往通信技术存在的技术限制问题，配电网建设需充分结合5G技术的优势与特点进行电流差动保护业务的改进与创新，避免因差动保护不到位影响到智能电网建设，并为配电网的稳定、可靠运行提供支撑。

参考文献：

[1] 吕玉祥, 杨阳, 董亚文,等. 5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用[J]. 电信科学, 2020, 36(2):7.

[2] 肖泽龙, 黄亮. 基于5G技术的配电网电流差动保护技术研究[J]. 电力系统装备, 2021(9):2.

[3] 张建雨, 姜睿智, 李俊刚,等. 基于5G通信的配电网差动保护技术研究[J]. 电力系统保护与控制, 2021.

[4] 余江, 陈宏山, 罗长兵. 基于5G的配电网差动保护与CPE接口技术研究[J]. 供用电, 2021, 38(5):6.

[5] 王廷凰, 余江, 许健,等. 基于5G无线通信的配电网自适应差动保护技术探讨[J]. 供用电, 2019, 36(9):5.

[6] 吕玉祥, 杨阳, 董亚文,等. 5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用[J]. 2021(2020-2):83-89.