項目簡介：中國移動通信集團山東有限公司聯合國網山東省電力公司啟動5G電力專網建設，深入開展5G與電網技術融合應用。該項目聚焦雙碳背景下能源轉型變革需求，以5G技術賦能新型電力系統，成功打造“一張網、一顆芯、12大場景、30萬應用”的5G規模化應用標桿工程，并與中國信通院、中國電科院等開展多項5G行業標準編制，解決5G規模化應用的技術標準問題。該項目是5G賦能山東數字強省建設、助力新型電力系統發展的新成果。
近期，記者邀請到了山東移動政企客戶中心工業能源行業團隊，回顧雙碳背景下智能電網5G規模化應用的部署歷程。該項目填補了省域5G網絡建設的空缺，有利于山東移動在不同行業的省域5G網絡的建設。下一步將通過電力行業應用作為突破口，打造5G電力行業應用標桿，帶動5G產業鏈發展升級。
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能源轉型變革成趨勢 5G賦能新電力
5G技術賦能是大勢所趨、電力所需。山東省在電力系統發展上也面臨著與5G網絡相結合的新需求：一是從雙碳戰略要求出發。十四五規劃提出建設現代化能源體系，利用5G、工業互聯網等手段推進產業數字化轉型。二是從電網業務需求出發。山東是新能源大省，用電量、裝機總量、分布式光伏戶數及國家整縣屋頂分布式光伏開發試點皆居全國第一。如果電網無法對新能源的發電情況進行監控和預測，對電力供應安全會帶來很大的風險。同時電網的建設、運行、管理等各個環節都在進行數字化轉型，數據爆發增長，對通信網絡承載能力提出更高要求。三是從5G發展出發。我國5G的發展正值創新試點到規模應用的關鍵期，面臨模組應用成本高、行業標準不完善等問題，需要一個規模化應用示范項目來帶動產業鏈發展。
因此，山東省聚焦雙碳背景下能源轉型變革需求，以5G技術賦能新型電力系統，成功打造“一張網、一顆芯、12大場景、30萬應用”。“一張網”是山東移動聯合山東電力共同打造全國首套省域5G電力示范網，支撐山東60萬分布式光伏的有效調度，助力碳達峰、碳中和在能源領域率先落地。“一顆芯”是聯合北京智芯研制一顆國產輕量化5G芯片，大幅降低5G芯片成本，打破5G行業發展瓶頸。“12大場景”更是覆蓋電網發、輸、變、配、用全環節實現真5G應用。“30萬應用”是在山東規模化應用30萬臺電力5G終端(內置5G模組)，促進5G在B端的商業正循環，拉動產業鏈協同發展，并形成多項電力5G行業、國際標準。
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打破傳統通信模式，5G電力切片扛大旗
5G電力系統從整體架構來說被劃分為四個層次（感知層、網絡層、數據中臺、應用層）來匹配電力“發電、輸電、變電、配電、用電”全業務場景需求。在感知層，通過應用5G技術，實現海量電力終端數據的實時接入，通過網絡層網絡及安全接入區，接入電力管理信息大區及生產控制大區業務平臺，通過數據中臺、人工智能平臺實現海量數據的分析運算，提高電力場景智能化水平，支撐應用層地方電廠接入、配電自動化、客戶用能管理以及智能配電臺區等電力業務場景應用。
隨著新型電力系統構建不斷深入，分布式電源、分布式負荷、分布式儲能等大量增長，電力系統逐步呈現終端設備海量接入、信息采集爆炸式增長、運行控制高度靈活等特點，傳統通信模式面臨全新挑戰。在省域電力5G示范網建設中，為突破這些傳統通信問題，5G電力專網引入了一系列新技術：（1）5G行業虛擬專網（2）邊緣計算（3）網絡切片（4）定位/授時（5）上行增強（6）大數據（7）云計算（8）人工智能（9）5G LAN（10）數字孿生（11）差動保護等。
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其中網絡切片技術是5G有別于4G的技術特征之一，是5G賦能行業的關鍵要素。基于業務需求和網絡切片技術理念，山東移動聯合山東電力構建了一張覆蓋全省的端到端的5G電力切片網絡。在網絡切片構建上，根據各應用場景不同的網絡性能和安全隔離需求，構建生產控制大區、管理信息大區、互聯網大區3類電力5G切片，部署電力專用UPF設備。
生產控制大區，生產控制大區5G切片做端到端硬隔離。承載網劃分VPN做邏輯隔離。核心網部分，UPF獨立部署，由電力專用獨享。空口部分，生產控制大區業務做基于5QI的優先級調度，并在山東開展空口PRB頻率資源塊預留試點。
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管理信息大區，省電力公司中心機房部署電力專用UPF，并部署2套承載網設備，與山東移動承載網對接，形成雙歸結構，承載網劃分VPN與其他公網業務做邏輯隔離。空口部分做基于5QI的優先級調度。核心網部分，部署獨立的轉發面UPF供電力獨享，核心網控制面網元均與山東移動共享。
互聯網大區，采用虛擬專網方式構建1個電力互聯網大區5G切片。共享運營商UPF，開通專線至省電力公司機房，不同業務通過DNN方式做邏輯隔離。
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與此同時，電力5G切片的應用為電力系統帶來一系列性能提升：
電力5G切片滿足了安全隔離需求與海量數據連接需求，構建了安全可信、接入靈活、雙向實時互動的“泛在化、全覆蓋”電力通信網絡。
電力5G切片實現了智能臺區融合終端5G接入應用，大幅降低通信時延，完全滿足業務通信需求，提升供電可靠性。
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電力5G切片完成了統一通信管理平臺，助力電力通信的可觀、可測、可控，實現對電網運行狀態的全面感知和對系統資源的優化控制，提高能源綜合利用效率及服務質量。
5G專網賦能全環節，智慧電網展現新效能
當前，山東正深入推進數字強省建設，加快布局5G等數字基礎設施。目前，全省接入電力5G終端7000余套，應用基站超過7萬座，實現山東16地市全覆蓋。面向電網全業務場景，5G專網賦能發、輸、變、配、用電全環節：
發電方面，完成了對全省17地市地方電廠及分布式能源的安全接入、全面監控和平滑調度，解決了電網存在調度盲區的問題，進一步提升電網調度的能力，提升了新能源消納水平，較光纖接入，具有較為顯著的經濟效益和社會效益。
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輸電方面，依托電力管理大區5G專網，已完成5G+北斗無人機智能巡檢試點應用。按每年8000基桿塔巡檢量計，每年可節約2800小時*人，節約巡檢費用50萬/年以上。大尺寸缺陷識別準確率可達到90%，小尺寸缺陷識別準確率可達到70%，巡檢工作效率提高八倍以上。
變電方面，依托5G專網，完成對5G智能機器人的數據的實時傳輸，提高巡檢效率，實現了變電站人工例行巡視的智能替代，使現場核查維護工作量減少60%。
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配電方面，依托5G專網，在各地市供電公司，選取不同場景的智能用電臺區，通過5G切片及DNN實現了，智能臺區融合終端5G接入應用，智能終端通信平均時延13ms，完全滿足業務通信需求，可將線路停電時間縮短至秒級，提升配電網供電可靠性至99.996%。
用電方面，依托5G專網，分別在17地市供電公司完成客戶用能管理5G應用，實現對用電信息的實時監控、采集、處理、分析，提升服務質效和管理水平，提高能源綜合利用效率。
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山東移動還聯合山東電力搭建了電力5G專網運營管理平臺，面向電網“發電、輸電、變電、配電、用電”全業務場景，為電網調度管理提供“端-管-云-用”一體化解決方案，充分滿足電網業務的安全性、可靠性、靈活性需求。
該平臺被劃分為四個層次（協議層、平臺組件層、核心服務層、展示層）來匹配電力“發電、輸電、變電、配電、用電”全業務場景需求。電力5G專網運營管理平臺設計開發了多項功能，制定了與山東移動的物聯網、網管、CSMF等系統的多項數據接口，獲取數十項監測類數據。平臺不僅能監控號卡、流量、費用等終端業務信息，還實現了切片網絡的狀態監控和業務管理，從而使得核心服務層能更好的分析處理獲取的數據，并結合展示層的權域模塊進行可視化展示。
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省域專網突破園區限制，打造5G廣域典型模式
據了解，本項目實現5G專網的省、市、縣全域覆蓋，首次突破行業應用園區場景的限制，打造5G廣域應用典型模式。相較于園區網，省域5G專網具有明顯的區別：
1.省域5G專網實現了省、市、縣全域覆蓋，覆蓋面廣、組網結構復雜，網絡技術難度高，而園區5G只是針對某一園區，其覆蓋面窄，網絡類型簡單。所以省域5G專網相比園區5G，組網更加多且復雜。
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2.省域電力5G專網對接著山東省數十萬臺電力終端，終端接入數量多且類型復雜，分布廣、專業性強、總體建設規模龐大；園區5G終端接入數量少且集中。因此，省域電力5G專網需要面臨海量數據源，要求其切片網絡數量更多，安全及時延級別更高。
3.園區5G作為目前運營商5G行業應用主要合作用戶，樣板多，可借鑒性強。省域電力5G專網是山東省首次的起點，領先于全國，借鑒性低，需要研發創新。
該項目作為專網覆蓋最廣、終端規模最大的5G垂直行業規模化應用，不僅首次打破了前期5G行業應用試點僅局限于園區的現狀，還創新融合電力系統，給團隊增加了不少難題。過程中也遇到了許多挑戰性的問題，但是團隊不懼困難，面對挑戰也提出了有效的解決方案。
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（1）電網設備遍布全省、17地市、多級區（縣），覆蓋范圍廣，設備數量多，各應用場景不同的網絡性能和安全隔離需求，電力通信需要在邏輯及物理上進行安全隔離。針對該問題的解決方案：構建生產控制大區、管理信息大區、互聯網大區3類電力5G切片，在核心網資源池中劃分專用SMF及AMF，共用控制面網元，按需采用端到端物理隔離、不同業務間做邏輯隔離，部署電力專用UPF設備。
（2）如何實現對電力終端、物聯網卡、網絡切片的可觀、可管、可控。針對該問題的解決方案：為解決以上問題，雙方聯合打造了自主研發的電力5G運營管理平臺，該平臺具備終端管理中心、網絡管理中心、專網監控中心、工單中心、訂購中心等五大功能，助力電力實現對業務可視可管可控。
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（3）新型電力系統的靈活調控、新能源消納、源網荷儲互動等關鍵問題。針對該問題的解決方案：通過建設省域5G專網，研發自主可控的輕量化5G芯片，選取發輸變配用全環節的十幾個場景部署5G終端開展應用建設，利用5G大帶寬低時延特性助力電力實現對新能源的實時調控互動。
攜手能源行業深度合作，帶動5G產業鏈發展
本次全國首套省域5G電力示范網的落地應用，標志著山東在5G與電力融合創新應用方面走在了全國前列，該項目的建設經驗和建設成果對于整體的能源行業發展具有非常重要的意義：
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在能源行業5G建設方面，通過與國網山東省電力公司的深度合作，深入了解了能源行業需求及痛點，定制可行的行業解決方案，積累了豐富的能源行業應用經驗，有利于山東移動在能源領域的快速復制拓展。
在5G芯片模組研發方面，全球“缺芯”的大環境下，通過山東智芯研制輕量化5G芯片，推動定制化電力5G終端應用量產，降低了模組成本50%以上，同時為我們及上下游產業鏈研制5G模組、5G終端沉淀了的寶貴經驗。
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在省域5G網絡建設方面，目前5G的合作用戶主要是園區，省域5G網絡極少。該項目填補了省域5G網絡建設的空缺，有利于山東移動在不同行業的省域5G網絡的建設。
針對這些經驗成果在其他能源領域的復制推廣，山東移動下一步的計劃與思路：首先，通過打造電力5G行業應用標桿，積累行業經驗，形成可落地的行業解決方案，快速實現對能源領域的復制推廣，通過開展論壇、交流會等方式，帶動5G產業鏈發展，推動煤礦、油氣田、電廠等領域化的信息發展，推動5G用能信息采集、AI能效分析等智能化應用落地。其次，通過與能源行業的深度合作，對5G終端進行自主研發推廣，進而帶動5G芯片、模組終端價格的下降，助力5G產業鏈成熟。最后，隨著物聯網、大數據建設的深入推進，協助政府部門及社會各界，構建智慧能源網絡助力智慧城市建設，積極參與課題申報、創新應用大賽等，擴大5G影響力。
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