2022電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)

PAGEPAGE5電力行業(yè)確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（2022版）目錄一、背介紹 7（一）電力通信網(wǎng)組成 7（二）確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 9（三）電力確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀 10二、應(yīng)場景需求 18（一）發(fā)電 18火電DCS 18水電站自動化系統(tǒng) 19新能源發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng) 22發(fā)電集團集控系統(tǒng) 23發(fā)電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求 25（二）輸電 26特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng) 26輸電狀態(tài)監(jiān)測 27輸電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求 28（三）變電 29站控層網(wǎng)絡(luò) 29過程層網(wǎng)絡(luò) 30輔控系統(tǒng) 31變電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求 33（四）配電 34基于IEEE802.1AS的配電網(wǎng)精準時間同步授時 35配網(wǎng)差動保護 36基于5GLAN的智能分布式配電自動化業(yè)務(wù) 38配電網(wǎng)巡檢 38配電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求 40（五）用電 40智能用電臺區(qū) 41電動汽車充電網(wǎng)絡(luò) 42虛擬電廠 43用電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求 46（六）微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng) 47三、網(wǎng)及設(shè)備 50（一）以太網(wǎng) 50交換機 50基本要求 50接口功能 50轉(zhuǎn)發(fā)功能 50管理接口 51時間同步 51時鐘源 51同步機制 52同步精度 52流量調(diào)度 52時間分片調(diào)度 52報文搶占 53流量整形 53端設(shè)備（模組） 54以太網(wǎng)控制器 54FPGATSN控制器 54（二）電力專網(wǎng) 551.簡介 555G電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的總體架構(gòu) 565G電力確定性網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu) 57關(guān)鍵能力 59電力專網(wǎng)通信終端 78（三）WIFI7 791.簡介 79802.11be標準與前代技術(shù)特征對比 80WiFi7的技術(shù)方向及特點 80WiFi7關(guān)鍵技術(shù)能力 81（四）微功率無線 911.端設(shè)備 942.AP 953.網(wǎng)關(guān) 95四、網(wǎng)支撐證 96（一）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真 96TSN的仿真模型 97TSN的仿真工具簡介 100（二）配置管理 100（三）測試診斷 104測試工具 104測試方法 1075G電力仿真測試系統(tǒng) 108五、發(fā)展望 111電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)PAGEPAGE10一、 背景介紹（一）電力通信網(wǎng)組成電力能源是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重要組成部分。可再生能源高比例接入、分布式能源、電動汽車及儲能等新興能源形態(tài)的蓬勃發(fā)展使電力系統(tǒng)正在向源、網(wǎng)、荷、儲多種要素之間互連互通、供需平衡、優(yōu)化互動的能源互聯(lián)網(wǎng)演進。能源流與信息流深度融合是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵特征之一，電力通信網(wǎng)承擔(dān)著源、網(wǎng)、荷、儲各個環(huán)節(jié)的信息采集、網(wǎng)絡(luò)控制等重要業(yè)務(wù)，為能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與各類能源服務(wù)平臺消費各環(huán)節(jié)的信息流、能量流及業(yè)務(wù)流的貫通，促進電力系統(tǒng)整體高效協(xié)調(diào)運行。圖1-1電力通信網(wǎng)概覽圖電力通信網(wǎng)的基本組成包括電力骨干通信網(wǎng)、電力廠站實時監(jiān)控網(wǎng)以及電力通信接入網(wǎng)等，各類網(wǎng)絡(luò)均需要在一定程度上滿足電力業(yè)務(wù)的時間同步、通信服務(wù)質(zhì)量保障、網(wǎng)絡(luò)冗余、網(wǎng)絡(luò)安全等確定性通信需求。電力骨干通信網(wǎng)由傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)三部分組成。傳輸網(wǎng)為整個電力通信網(wǎng)提供底層的數(shù)據(jù)傳輸能力，多以光纖通信為主，微波、電力線載波、衛(wèi)星通信等為輔，多種傳輸技3國家電網(wǎng)總部、分部、直屬單位和各省公司，省級骨干傳輸網(wǎng)則連接省電力公司及其直屬單位、地市公司、省調(diào)直調(diào)發(fā)電廠及變電站等。省際傳輸網(wǎng)和省級傳輸網(wǎng)均按照雙平面建設(shè)，A平面承載生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)，采用SDH，B平面承載管理信息類業(yè)務(wù)，采用OTN電力廠站實時監(jiān)控網(wǎng)部署于發(fā)電廠和變電站內(nèi)，用于監(jiān)控系統(tǒng)與控制設(shè)備間、控制設(shè)備間以及控制設(shè)備和感知設(shè)備間的通信，承載實時性、確定性和可靠性要求最高的電力實時控制業(yè)務(wù)。電力廠站實時監(jiān)控網(wǎng)一般采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),星型或環(huán)形拓撲，重要場合網(wǎng)絡(luò)冗余配置，在傳輸距離較遠或電磁干擾較強的場合則采用光纖作為通信介質(zhì)。電力通信接入網(wǎng)用于電力物聯(lián)網(wǎng)中海量傳感器和智能物聯(lián)終端的接入通信，通常采用Wifi、微功率無線和電力線載波等通信技術(shù)。（二）確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述確定性網(wǎng)絡(luò)是為確定性業(yè)務(wù)流提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，其主要特征包括：亞微秒級精度的時鐘同步、關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信的有界延遲和抖動、網(wǎng)絡(luò)冗余和自愈等。之前常采用VLAN和基于優(yōu)先級的技術(shù)實現(xiàn)可控的時延和丟包，然而，這些技術(shù)通常只有在關(guān)鍵數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)容量中占比很小、網(wǎng)絡(luò)中的所有系統(tǒng)都運行正常、沒有終端系統(tǒng)中斷網(wǎng)絡(luò)操作行為等情況下，才能工作得很好。確定性網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是確保在最糟糕的網(wǎng)絡(luò)情況下關(guān)鍵數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。目前L1層確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要采用靈活以太網(wǎng)（FlexE）技術(shù)，其基本思想是通過增加時分復(fù)用的Shim層實現(xiàn)MAC層與PHY層的解耦，得到更加靈活的物理通道速率，從而實現(xiàn)鏈路捆綁、子速率和通道化3種應(yīng)用模式，承載各類速率需求業(yè)務(wù)；通過PHY、MAC層協(xié)同調(diào)度，實現(xiàn)時隙交換以保證時延、提高帶寬利用率，也能夠與SDN技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)對L1層的傳輸控制，實現(xiàn)網(wǎng)路動態(tài)調(diào)整。L2層的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)。TSN技術(shù)是IEEE802.1工作小組中的TSN工作小組發(fā)展的系列IEEE802.1AS（時鐘同步）、IEEE802.1Qbv（時隙控制）、IEEE802.1Qbu&IEEE802.3br（幀搶占）、IEEE802.1CB（冗余數(shù)據(jù)傳輸）等技術(shù)保證保證L2的確定性時延；在TSN機制。通過各個機制的協(xié)同，TSNL3層的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括DetNet（deterministicnetworking）等技術(shù)。DetNet性大網(wǎng)場景，在排隊轉(zhuǎn)發(fā)機制上使用TSN定義的技術(shù)，并基于L3核心旨在定義一種通用架構(gòu)，對數(shù)據(jù)平面和L3超低時延操作、管理和維護進行標準化，涉及多跳路由的時間同步、控制和安全性，動態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置及多路徑轉(zhuǎn)發(fā)。（三）電力確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀電力通信網(wǎng)的基本組成包括電力骨干通信網(wǎng)、電力廠站實時監(jiān)控網(wǎng)以及電力通信接入網(wǎng)等，各類網(wǎng)絡(luò)均需要在一定程度上滿足電力業(yè)務(wù)的時間同步、通信服務(wù)質(zhì)量保障、網(wǎng)絡(luò)冗余、網(wǎng)絡(luò)安全等確定性通信需求。IEC61850前已經(jīng)擴展到IEC61850標準在風(fēng)電、水電、變電、配電、分布式能源、微電網(wǎng)、儲能及電動汽車等智能電網(wǎng)領(lǐng)域（2所示）。圖1-2IEC61850系列標準全景圖IEC61850標準規(guī)定了不同電力業(yè)務(wù)的通信傳輸延遲以及時間同步的類型和性能指標，并且通過將SV、GOOSE1588時通信服務(wù)，直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層以避免其他各層的協(xié)議開銷以及采用VLAN和優(yōu)先級tag802.1Q技術(shù)，最大限度地保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性（1-3所示）。圖1-3IEC61850網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)圖國際上，采用TSN技術(shù)與IEC61850將電力列為TSNIEEE組織編寫的《時間敏感網(wǎng)絡(luò)電力應(yīng)用白皮書》【1】，時間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變電站過程層和站控層網(wǎng)絡(luò)、縱聯(lián)差動保護、電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、配用電融合通信網(wǎng)、綜合能源、新能源發(fā)電等電力相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。20214IECTC57/WG10（TSN）標準編制完成《IEC61850-90-13：電力行業(yè)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)報告》【2】。報告描述了目前電力通信網(wǎng)存在的問題，提出了在變電站自動化、縱聯(lián)保護、微電網(wǎng)、配電通信網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用TSN技術(shù)，并針對TSN與IEC61850、IEEEC37.118、104TSN性進行了探討。文獻【3】對在變電站站控層和過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用TSN技術(shù)進行了初步探討。文獻【4】基于TSN技術(shù)搭建了一個數(shù)字變電站的確定性網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)（如圖1-4所示），研究表明，在PTP時間同步、GOOSE、盡力而為（BE）等數(shù)據(jù)的混傳條件下，通過該確定性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)奶l命令可比通過硬接線傳輸?shù)奶l信號減少四分之三的時間。圖1-4基于TSN的數(shù)字變電站確定性網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)圖美國能源部TSQKD項目（2018~2021）正在基于TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）及QKD（量子密鑰分發(fā)）技術(shù)研究安全可靠的確定性電力及工控通信網(wǎng)絡(luò)【81-5所示，在該項目中，TSN技術(shù)提供時間同步、確定性調(diào)控、配置管理和流量控制，QKDTSNQKD進行配置管理。?圖1-5TSQKD項目原型系統(tǒng)圖文獻【5】【6】采用TSN1-6所示，該測試床的仿真測試表明，可以實現(xiàn)在混傳流條100ns左右的同步控制脈沖。圖1-6基于TSN的微電網(wǎng)測試床系統(tǒng)圖文獻【7】采用TSN技術(shù)搭建了四節(jié)點的微電網(wǎng)同步相量（PMU）1-7100k采樣率數(shù)據(jù)提供低于300us300Mbps的吞吐量。圖1-7基于TSN的微電網(wǎng)PMU通信原型實驗系統(tǒng)圖在國內(nèi)，IEEE1588和IEC62439站通信網(wǎng)的應(yīng)用一直是各家科研機構(gòu)和高校的研究熱點。文獻【9】分析了MMS、GOOSE、SV三網(wǎng)合一的變電站通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀，針對目前三網(wǎng)合一網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的通信實IEC62439－3并行冗余協(xié)議/高可用性無縫環(huán)網(wǎng)冗余PＲP/HSＲ的智能變電站三網(wǎng)合一網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方案，總結(jié)了關(guān)鍵設(shè)備的研制要點。文獻【10】介紹了混合組網(wǎng)下SV報文傳輸時延測量方法和實現(xiàn)，詳細分析并對報文中與SV數(shù)據(jù)強關(guān)聯(lián)的時延測量值提出了基于總鏈路時延合理值和總鏈路時延誤差值作為指標組合來進行在線評估的方法，詳細闡述了其工程閾值的取值方法；并通過選取就地化保護專網(wǎng)的專項測試分析與實際應(yīng)用，驗證了該方案的有效性和可靠性。文獻【11】研究了電力二次設(shè)備在多種報文共網(wǎng)共口條件下接收與發(fā)送的優(yōu)化處理機制。在接收方向上針對變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴條件下的報文特點,方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制，保證了正常報文的接收與處理;方向上提出以優(yōu)先級劃分為前提的優(yōu)化調(diào)度發(fā)送策略，保證了報文發(fā)送的實時性并充分利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬；并基于純硬件片上系統(tǒng)實現(xiàn)了上述機制的實際應(yīng)用與測試。文獻【12】提出了基于冗余通信的就地化HSR環(huán)網(wǎng)有主分布式母線保護解決方案。研究了以主機內(nèi)部時鐘作為同步對時源的采樣同步方法，并提出了分布式系統(tǒng)身份拓撲定位技術(shù)，實現(xiàn)保護功能不依賴外部時鐘、保護子機免配置和即插即用。結(jié)合分布式母線保護環(huán)網(wǎng)IEC61850-9-2GOOSE幀格式報文進行了適用性分析，提出了滿足百兆口帶寬和傳輸延時要求的新環(huán)網(wǎng)通信幀格式；通過現(xiàn)場運行驗證技術(shù)方案的可行性。文獻【13】以HSＲ方案和實現(xiàn)技術(shù)為對象，研究第三代智能變電站就地模IEC62439-3標準的HSＲ組網(wǎng)實現(xiàn)技術(shù)，主要包括基FPGA交互的互聯(lián)實現(xiàn)技術(shù)、IEEE1588對HSHS網(wǎng)時間敏感數(shù)據(jù)同步方案。文獻【14】闡述了電力系統(tǒng)對于時間同步的需求，同時針對目前電力系統(tǒng)所采用的各種時間同步方案作了較為具體的研究。并提出了IEEE1588時間精確同步協(xié)議在發(fā)電廠中的應(yīng)用實現(xiàn)方案。電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用白皮書電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用白皮書PAGEPAGE18二、 應(yīng)用場景及需求（一）發(fā)電DCSDCS制以及外圍輔助系統(tǒng)，是全廠控制系統(tǒng)的中樞。火電廠的DCS系統(tǒng)按功能可劃分為設(shè)備層、控制層、管理層，各個單元以及各個人機接口通過通訊系統(tǒng)連成一個有機整體，通信網(wǎng)絡(luò)對于DCS它必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內(nèi)完成信息的FSSS、汽機保護、發(fā)變控制DCSms間敏感通信，而鍋爐輔控、運行監(jiān)測等子系統(tǒng)則相對不具備敏感需求。圖2-1火電DCS系統(tǒng)圖時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN在設(shè)備層，提供了確定可靠的傳輸通道，確保設(shè)備層的現(xiàn)場設(shè)備關(guān)鍵控制指令優(yōu)先在DCS網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳輸時延確定可控?？刂茖拥墓こ處熣?、操作員站、歷史站及接口站功能與數(shù)據(jù)傳輸要求各不相同，TSN網(wǎng)絡(luò)在控制層實現(xiàn)了不同時間敏感度數(shù)據(jù)的混合傳輸，滿足了各個節(jié)點的通信需求。水電站自動化系統(tǒng)現(xiàn)地二次系統(tǒng)是水電站自動化系統(tǒng)的重要組成部分，二次系統(tǒng)設(shè)備分為三個安全區(qū)：實時生產(chǎn)控制區(qū)（安全區(qū)I）、非實時生產(chǎn)控制區(qū)（安全區(qū)II）、管理信息區(qū)（安全區(qū)III），三個安全區(qū)包括監(jiān)控、安穩(wěn)管理、相角測量、故障錄波、圖像監(jiān)控等系統(tǒng)，之間采取物理隔離或邏輯隔離等邊界防護措施（圖2-2），各系統(tǒng)獨立工作，通過硬接線或網(wǎng)絡(luò)通信進行數(shù)據(jù)傳輸。圖2-2水電站現(xiàn)地二次系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)（圖2-3）是水電站自動化系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)，系統(tǒng)功能上可分為廠站層和現(xiàn)地控制層。廠站層承擔(dān)全廠數(shù)據(jù)采集、處理、集中控制、自動發(fā)電控制等全廠性的功能；現(xiàn)地控制層由按單元分布的各現(xiàn)地控制單元LCU組成，用于完成現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制的功能。此外，計算機監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)了信息中樞的職能，向上與上級調(diào)度通信，發(fā)送實時數(shù)據(jù)至調(diào)度自動化系統(tǒng)，實時接受調(diào)度指令；向下與調(diào)速、勵磁、保護、在線監(jiān)測等各個子系統(tǒng)相連，完成指令下發(fā)、信息交換等功能。圖2-3水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖目前在水電站自動化系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，極大減少了電纜施工。但數(shù)據(jù)采集及控制的完成仍嚴重依賴硬接線，例如：傳感器至遠程IO要信號也以硬接線方式接入監(jiān)控系統(tǒng)。其主要原因一方面是帶通信功能的智能變送器尚未得到大范圍應(yīng)用，另一方面則是大量智能設(shè)備采用的通信協(xié)議不具有網(wǎng)絡(luò)通信時延確定性。如果參與控制的數(shù)據(jù)采集或指令下發(fā)產(chǎn)生設(shè)計范圍外的延遲，會導(dǎo)致控制超調(diào)、事故擴大等嚴重后果。另外，現(xiàn)有以太網(wǎng)技術(shù)不能在保證時間確定性的前提下，實現(xiàn)實時、非實時多協(xié)議、多業(yè)務(wù)流量的共物理網(wǎng)絡(luò)傳輸，導(dǎo)致各自動化系統(tǒng)均需要單獨組網(wǎng)，嚴重阻礙了傳輸網(wǎng)絡(luò)的共享和數(shù)據(jù)的共享。因此，引入的電力確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)解決以下幾方面的問題：（1）引入時間敏感性網(wǎng)絡(luò)，解決以太網(wǎng)傳輸時延不確定問題，以大大減少現(xiàn)場硬接線的數(shù)量。（2）時間敏感性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量兼容各子系統(tǒng)已有的通信規(guī)約。（3）解決多業(yè)務(wù)不能同網(wǎng)傳輸?shù)膯栴}，在滿足電力系統(tǒng)安全分區(qū)的前提下，實現(xiàn)現(xiàn)地控制層、廠站層統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的全面共享。新能源發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的火電、水電等機組集中發(fā)電的形式不同，風(fēng)力、光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)是由成百上千個分布式發(fā)電單元組成，需要構(gòu)建分布式新能源發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，對各個發(fā)電單元進行實時監(jiān)控，掌握其運行狀態(tài)，保證并網(wǎng)安全，同時還具有控制指令下發(fā)的功能，通過監(jiān)控平臺，優(yōu)化各個發(fā)電單元運行狀態(tài)。圖2-4新能源發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖TSN因此其可以很好地實現(xiàn)各種設(shè)備之間的實時、確定而可靠的數(shù)據(jù)傳輸，滿足了眾多行業(yè)的應(yīng)用需求。TSN技術(shù)應(yīng)用于新能源發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，各個地理位置上較為分散的分布式發(fā)電單元之間可實現(xiàn)時鐘的精確同步，站控層關(guān)鍵控制命令下發(fā)、現(xiàn)場層緊急狀態(tài)上傳等時間敏感數(shù)據(jù)與其他非敏感數(shù)據(jù)共享同一通信網(wǎng)絡(luò)，既解決分布式網(wǎng)絡(luò)中同步對時問題，又能夠?qū)Σ煌瑥S商、不同類別的逆變器和其他相關(guān)電氣設(shè)備進行監(jiān)控，采集運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，智能控制現(xiàn)場設(shè)備，達到數(shù)據(jù)傳輸與共享，從而實現(xiàn)新能源電站管理效率的最優(yōu)化。同時結(jié)合大數(shù)據(jù)模型進行故障預(yù)測與分析，及時發(fā)現(xiàn)并定位設(shè)備故障，為用戶快速發(fā)現(xiàn)和排除故障提供有力支持，提供電站的整體發(fā)電效率，增加電站的經(jīng)濟效益。發(fā)電集團集控系統(tǒng)集控系統(tǒng)利用計算機通信技術(shù)、智能測控技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)及自動化技術(shù)，對發(fā)電企業(yè)全廠進行集中監(jiān)視、集中控制、集中調(diào)度、集中管理，是電廠的生產(chǎn)控制中心，具有設(shè)備多、層次深、功能全等特點。集控系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確地掌握企業(yè)設(shè)備運維、生產(chǎn)經(jīng)營狀況，實現(xiàn)以實時企業(yè)管理指令指導(dǎo)生產(chǎn)，以生產(chǎn)指令優(yōu)化底層控制，達到規(guī)范業(yè)務(wù)流程、提高工作效率、降低企業(yè)成本、節(jié)能降耗、環(huán)保等目標，實現(xiàn)企業(yè)集約化、流程化、規(guī)范化管理，提升電廠安全運行水平。因此，要求集控系統(tǒng)必須具備可靠性、穩(wěn)定性和開放性。圖2-5發(fā)電集團集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖TSN集控系統(tǒng)中的控制數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等不同時間敏感度、不同帶寬需求的數(shù)據(jù)可以在TSN的時延進行實時傳輸，滿足集控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求。TSN絡(luò)所具備的開放性與兼容性，可以較好的兼顧不同的場景應(yīng)用既有協(xié)議，并對集控系統(tǒng)實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的集成，提供了良好的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。此外，TSNIEEE802.1Qcc置模型也非常適合應(yīng)用于集控系統(tǒng)。當集控系統(tǒng)中有新增支持IEEE802.1QccTSNSDN協(xié)商完成新增設(shè)備的接入配置，實現(xiàn)了集控系統(tǒng)的智能運維，減輕了集控系統(tǒng)的人工干預(yù)工作，保證了電廠集控系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。發(fā)電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求（二）輸電特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)直流控制保護系統(tǒng)是特高壓直流輸電的“大腦”，不間斷地控制著交直流轉(zhuǎn)換、直流功率輸送的全部過程，并且保護直流換流站所有電氣設(shè)備以及直流輸電線路免受電氣故障的損害。特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，完全冗余配置，按照控制級別的不同分為運行人員控制系統(tǒng)、保護控制設(shè)備、閥控設(shè)備以及現(xiàn)場I/O設(shè)備、現(xiàn)場測量系統(tǒng)等。圖2-6特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運行人員控制系統(tǒng)與保護控制設(shè)備通過冗余配置的以太網(wǎng)組網(wǎng)通信，保護控制設(shè)備與現(xiàn)場I/O設(shè)備間通過冗余配置的光纖現(xiàn)場總線（Profibus-DP、CAN）或?qū)崟r以太網(wǎng)通信，保護控制設(shè)備與測量系統(tǒng)及閥控設(shè)備均通過冗余配置的點對點串行光纖通信。在特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)引入電力確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可改善以太網(wǎng)傳輸時延不確定、傳輸可靠性差以及以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線并存而導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜度過高、網(wǎng)絡(luò)層次不夠清晰的問題。輸電狀態(tài)監(jiān)測輸電狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用場景主要包括輸電線路狀態(tài)實時感知與智能診斷、自然災(zāi)害全景感知與預(yù)警、線路檢修智能輔助等方面，應(yīng)用如下圖所示。圖2-7輸電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景圖通過微功率無線傳感網(wǎng)、鏈狀多跳組網(wǎng)及物聯(lián)代理等方式實現(xiàn)信息互聯(lián)及融合，利用邊緣計算實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的初步診斷及告警，依托設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)高級應(yīng)用實現(xiàn)多系統(tǒng)、多源信息數(shù)據(jù)的融合分析與深化應(yīng)用；利用大數(shù)據(jù)、云計算等人工智能手段實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)主動評估、智能預(yù)警及精準運維，進一步提升線路運維保障能力，提高線路運檢效率效益。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知關(guān)鍵部件狀態(tài)信息（如貼片溫度、智能間隔棒）、設(shè)備缺陷信息、線路通道不良工況（雷電、風(fēng)害、覆冰等）信息，采用邊緣計算技術(shù)，實時開展線路狀態(tài)評價，自動提出檢修建議，利用云計算、遠程視頻、智能穿戴設(shè)備等多種手段，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)全過程遠程監(jiān)測與安全管控。在輸電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)引入電力確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可在鏈狀多跳組網(wǎng)的微功率無線傳感網(wǎng)基礎(chǔ)上保證告警等重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性，實現(xiàn)輸電監(jiān)測各終端的時間同步，并提高微功率無線傳感網(wǎng)的帶寬利用效率。輸電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求（三）變電智能變電站自動化系統(tǒng)基于IEC61850標準定義的數(shù)據(jù)接口模型，采用“三層設(shè)備，兩層網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)：設(shè)備裝置根據(jù)實現(xiàn)功能不同分為站控層、間隔層和過程層設(shè)備，層與層設(shè)備間信息交換通過站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。此外，智能變電站自動化系統(tǒng)還包括了集成了一次設(shè)備在線監(jiān)測、火災(zāi)消防、安防、動環(huán)等系統(tǒng)的變電站輔控系統(tǒng)以及集成在線智能巡視主機、高清視頻、紅外測溫、巡檢機器人等設(shè)備的變電站在線智能巡視系統(tǒng)。圖2-8智能變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖站控層網(wǎng)絡(luò)智能變電站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，三層指的是站控層、間隔層、過程層，兩網(wǎng)指的是站控層網(wǎng)絡(luò)和間隔層網(wǎng)絡(luò)。站控層設(shè)備包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控主機、工程師站、五防主機、順控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、綜合應(yīng)用服務(wù)器、PMU數(shù)據(jù)集中器、時間同步裝置等。間隔層設(shè)備包括繼電保護裝置、測控裝置、穩(wěn)控、PMU、故障錄波裝置、網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀、主設(shè)備在線監(jiān)測裝置等。保護、測控等間隔層裝置通過站控層網(wǎng)絡(luò)將信號上送至站控層監(jiān)控后臺、數(shù)據(jù)服務(wù)器等設(shè)備。數(shù)據(jù)服務(wù)器負責(zé)將站內(nèi)信號上送至調(diào)度系統(tǒng)，同時接收調(diào)度控制命令，然后將控制命令下發(fā)到測控裝置。后臺的控制命令則直接發(fā)送至測控裝置。100Mbps為星型，可通過劃分虛擬局域網(wǎng)（VLAN）將網(wǎng)絡(luò)分隔成不同的邏輯網(wǎng)段。220kV及以上電壓等級智能變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)要求冗余配置,主要通信服務(wù)為MMS、GOOSE、SNTP過程層網(wǎng)絡(luò)過程層設(shè)備包括智能終端、合并單元、合智一體裝置等。過程層設(shè)備采集開關(guān)量、互感器模擬量信息，通過過程層網(wǎng)絡(luò)以SV/GOOSE報文的形式上送至間隔層保護、測控裝置,保護、測控裝置可通過GOOSE報文將保護控制命令發(fā)給智能終端或合智一體裝置，從而實現(xiàn)對開關(guān)、刀閘等一次設(shè)備的控制操作。過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案較多，保護可采用直采直跳、直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，GOOSE、SV可采用不組網(wǎng)、共網(wǎng)、獨立組網(wǎng)等方式，網(wǎng)絡(luò)配置可采用按串（間隔）和多串（間隔）方式。智能變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)采用100Mbps及以上速率的工業(yè)以太網(wǎng)，拓撲為星型，通信介質(zhì)為光纖，要求冗余配置,主要通信服務(wù)為GOOSE、SV、PTP等報文。輔控系統(tǒng)變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供視頻監(jiān)控、安全防護、環(huán)境監(jiān)測、輔助控制等功能，對變電站安全可靠運行至關(guān)重要，成為變電站信息化建設(shè)的重要支撐部分。圖2-9智能變電站輔控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖智能變電站輔助設(shè)備全面監(jiān)控系統(tǒng)包括安全IIIV輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成了變電站在線監(jiān)測、消防、安全防范、環(huán)境監(jiān)測、SF6監(jiān)測、照明控制、智能鎖控、電纜溝火災(zāi)監(jiān)測等子系統(tǒng)輔助設(shè)備，為變電站綜合監(jiān)控提供輔助支撐。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能獨立完成視頻監(jiān)控相關(guān)業(yè)務(wù)，提供音視頻、數(shù)據(jù)、告警及狀態(tài)等信息遠程采集、傳輸、儲存、處理。智能機器人巡檢系統(tǒng)主要由巡檢主機、機器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成，巡檢主機下發(fā)控制、巡檢任務(wù)等指令，控制機器人和視頻監(jiān)控系統(tǒng)開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡檢作業(yè)，巡檢完成后將巡檢數(shù)據(jù)、采集文件等上送到主站系統(tǒng)。感知層包括變電站端的機器人、視頻監(jiān)控、消防、安防、燈光控制、環(huán)境監(jiān)測、水浸監(jiān)測等子系統(tǒng)，以及其他未接入輔控系統(tǒng)的輔助監(jiān)測、感知設(shè)備，通過傳感器、攝像機、控制器等設(shè)備采集變電站前端的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制前端輔控設(shè)備行為，并以多種通信方式對主輔設(shè)備進行統(tǒng)一管理，為變電站輔助設(shè)備一體化監(jiān)控平臺的高級應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。100Mbps撲為星型，智能巡檢機器人、溫度、煙感、水浸等傳感器可通過工業(yè)Wifi如變電站發(fā)生預(yù)警、故障、火災(zāi)、暴雨等異常情況，站內(nèi)輔助監(jiān)控主機主動啟用機器人、視頻監(jiān)控、燈光、環(huán)境監(jiān)控、消防等設(shè)備設(shè)施，立體呈現(xiàn)現(xiàn)場的運行情況和環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)主輔設(shè)備智能聯(lián)動、協(xié)同控制，為設(shè)備異常判別和指揮決策提供信息支撐。變電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求在變電場景引入電力確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有望提升變電站通信網(wǎng)絡(luò)以下性能：（1）保證重要信息傳輸?shù)拇_定性和可靠性。（2）實現(xiàn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的智能運維管理，提升網(wǎng)絡(luò)的運行可靠性。（3）支撐變電站通信網(wǎng)逐步升級到融合網(wǎng)絡(luò)，支持設(shè)備靈活擴展、滿足設(shè)備即插即用；支持智能傳感器、視頻終端等異構(gòu)信息安全無縫的接入；實現(xiàn)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全、可靠、實時、高效的共網(wǎng)傳輸；（四）配電智能配電通信網(wǎng)是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件。智能配電通信網(wǎng)建設(shè)目標是：利用經(jīng)濟合理、先進成熟的通信技術(shù)，滿足智能配電網(wǎng)發(fā)展各階段對電力通信網(wǎng)絡(luò)的需求，支持各類業(yè)務(wù)的靈活接入，為電力智能化系統(tǒng)或設(shè)備提供“即插即用”的電力通信保障，為電力用戶與分布式能源提供信息交互通信渠道。智能配電通信網(wǎng)需滿足高級配電自動化、配網(wǎng)保護、分布式能源接入、精準負荷控制、配網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測等業(yè)務(wù)的通信需求。目前，配電通信網(wǎng)多采用工業(yè)以太網(wǎng)、XPON、無線公網(wǎng)等通信技術(shù)。公網(wǎng)承載能力有限，難以有效支撐配用電網(wǎng)各類終端可觀可測用戶雙向互動等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，各類電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長。配用電網(wǎng)的通信的業(yè)務(wù)可分為控制和采集兩大類。各類業(yè)務(wù)通信需求如下表所示：上表中的智能分布式配電自動化、精準負荷控制、分布式能源調(diào)控以及移動現(xiàn)場施工作業(yè)管控等關(guān)鍵業(yè)務(wù)對通信系統(tǒng)的確定性、實時性和可靠性提出了極高的要求。配電通信網(wǎng)絡(luò)的骨干通信網(wǎng)宜采用光纖專網(wǎng)，終端通信接入網(wǎng)主要包括光纖專網(wǎng)、配電線載波、無線專網(wǎng)和無線公網(wǎng)等多種方式，應(yīng)因地制宜，綜合采用多種通信方式，并支持SDH、工業(yè)以太網(wǎng)與無源光網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)通信。5G5GIEEE802.1AS的配電網(wǎng)精準時間同步授時基于5G+確定性網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，可以為配用電智能終端提供微秒級的精準時鐘同步授時，一方面解決了電力業(yè)務(wù)高精度授時需求，另一方面，間接降低了網(wǎng)絡(luò)抖動的嚴苛要求。5G5GIEEE802.1AS圖2-10基于5G+TSN的配電網(wǎng)精準時鐘同步授時源時鐘可取自北斗/GPSIEEE802.1AS的配用電網(wǎng)精準時鐘同步授時系統(tǒng)可采用IEEE802.1AS/GPS授時異構(gòu)組網(wǎng)、實現(xiàn)天地互備，大幅提高網(wǎng)絡(luò)授時的安全可靠性；5GgPTP網(wǎng)絡(luò)授時或北斗/GPS授時獲取時鐘，同時將時鐘信息通過空口廣播（SIB16）或單播（SFN點）5GCPE；5GCPEIRIG-B口方式傳遞給配電終端，實現(xiàn)配單終端間微秒級的高精時鐘同步需求。配網(wǎng)差動保護現(xiàn)有配電網(wǎng)保護配置方式下，線路某處發(fā)生故障，將造成變電站出線開關(guān)跳閘，整條線路都會停電，然后依靠配電自動化主站進行故障隔離和供電恢復(fù)，整個過程往往持續(xù)幾分鐘至幾十分鐘，嚴重影響用戶用電感受。隨著分布式電源接入到配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)故障電流等級、潮流方向發(fā)生了較大變化，傳統(tǒng)的三段式過流保護已經(jīng)難以滿足配電網(wǎng)保護“四性”的要求。多電力電子設(shè)備的接入和高滲透分布式發(fā)電（DG）的并網(wǎng)給配網(wǎng)保護帶來新的挑戰(zhàn)。逆變型分布式發(fā)電是目前分布式發(fā)電接入配網(wǎng)的主要形式。包括逆變器在內(nèi)的多種類型的電力電子裝置并網(wǎng)成為配網(wǎng)運行的新常態(tài)。但是電力電子裝置建模困難，潮流特性和受控特性分析復(fù)雜，導(dǎo)致傳統(tǒng)過流配網(wǎng)保護難以配置，易出現(xiàn)拒動和誤動等事故導(dǎo)致配電網(wǎng)傳統(tǒng)過流保護適應(yīng)性降低，逐漸不能適應(yīng)有源配電網(wǎng)、主動配電網(wǎng)的發(fā)展需要。分布式差動保護能夠?qū)崿F(xiàn)故障區(qū)段的快速定位與隔離，但差動保護要求保護裝置之間實時快速通信，之前只有光纖能夠滿足這種高要求，但存在光纜敷設(shè)困難和投資太高的問題。配網(wǎng)差動保護各側(cè)保護終端都通過通信通道將本端的電氣測量數(shù)據(jù)發(fā)送給對側(cè)，同時接收對側(cè)發(fā)送的數(shù)據(jù)并加以比較，判斷故障位置是否在保護范圍內(nèi)，并決定是否啟動將故障切除。1200Hz0.833ms次數(shù)據(jù)，單次數(shù)據(jù)量為245Byte2.36Mbps。由于配網(wǎng)故障發(fā)生是隨機的，配網(wǎng)差動保護需要持續(xù)實時通信傳遞數(shù)據(jù)來判斷和檢測線路是否發(fā)生故障，因此具有持續(xù)上行帶寬流量需求，并且對對帶寬資源保障要求高。此外，持續(xù)通信也將產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)流量，單個終端DOU886GB，對網(wǎng)絡(luò)的流量承載能力要求高。配網(wǎng)差動保護的業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)時延≤15ms。5G無線通信技術(shù)憑借其超高帶寬、超低時延、高可靠性等技術(shù)特點，適應(yīng)于無線通信通道下的配網(wǎng)差動保護算法，解決5G通信的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)解決配網(wǎng)無線差動保護應(yīng)用安全性及可靠性問題，相關(guān)技術(shù)融合創(chuàng)新提高了配網(wǎng)故障快速處理的能力，顯著提升了配電網(wǎng)的供電可靠性。5GLAN的智能分布式配電自動化業(yè)務(wù)智能分布式配電自動化業(yè)務(wù)采用IEC61850GOOSE該協(xié)議基于二層組播方式進行通信。不同組播組不僅組播MAC相互有區(qū)別，同時也攜帶不同的VLAN。5GLAN技術(shù)，可支持VLANMAC5G間的GOOSE圖2-11利用5GLAN技術(shù)實現(xiàn)配電終端間的GOOSE通信配電網(wǎng)巡檢5G5G5G（TSN）標準是在精準的時間刻度下保證嚴格的數(shù)據(jù)準確性；是控制系統(tǒng)從傳感器，計算機視覺應(yīng)用程序等接收數(shù)據(jù)的理想選擇。5G可以為工業(yè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流量提供低延遲和可靠的確定性功能；無線技術(shù)可以為整個工業(yè)制造設(shè)施和工廠提供系統(tǒng)連接的靈活性。TSN-over-5G5GTSN服務(wù)，因此傳感器、執(zhí)行器等工業(yè)設(shè)備可以基于無線信道，與工業(yè)控制器進行確定性通信。這與工業(yè)4.0啟用新業(yè)務(wù)模型和簡化工廠運營的潛力。TSN-over-5GTSN5GTSN操作，5G（URLLC）傳輸，5G（QoS）管理和智能調(diào)度程序算法。當前城市的電網(wǎng)設(shè)備檢測系統(tǒng)中，需要依賴網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸與控制。在網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，出于對穩(wěn)定性的考慮，使用的是傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)來確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝耘c穩(wěn)定性。然而對于光纖的維護，成本確十分的昂貴，如何降低網(wǎng)絡(luò)的維護成本同時保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性成為了新的課題。在這樣的場景下，使用5G技術(shù)是最好的選擇，5G的靈活組網(wǎng)，能夠替代光纖保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。但如何確保傳輸?shù)牡蜁r延？此時使用TSNover5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，完美替代傳統(tǒng)的光纖組網(wǎng)方案，降低配電網(wǎng)巡檢的成本。配電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求（五）用電用電作為整個電力系統(tǒng)的需求環(huán)節(jié)，是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要價值呈現(xiàn)，在“碳中和”的大背景下，用電呈現(xiàn)明顯的清潔化、高效化、智能化發(fā)展趨勢。用電服務(wù)直接面向用電客戶，用電側(cè)終端數(shù)量多、終端類型多、設(shè)備分散、網(wǎng)絡(luò)通道環(huán)境復(fù)雜、應(yīng)用場景多樣。通依托智能用電設(shè)備、智能電表、智能開關(guān)、智能插座、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)等5G/LTE、以太網(wǎng)、無線、HPLC術(shù)，把單個用電設(shè)備從信息孤島變成可以遠程感知、智慧管控的智慧用電平臺，實時鏈接用電各環(huán)節(jié)設(shè)備、客戶、數(shù)據(jù)，全面承載營銷運營管理、客戶服務(wù)、新興業(yè)態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全面連接、業(yè)務(wù)全程在線、客戶服務(wù)全新體驗、能源生態(tài)開放共享。智能用電臺區(qū)智能用電臺區(qū)以優(yōu)質(zhì)的供電質(zhì)量、高效的運營效率和優(yōu)良的用戶體驗為目標，采用基于智能融合終端、傳感網(wǎng)等多種先進的信息化、智能化技術(shù)、設(shè)備及運維管理手段，充分融合不同系統(tǒng)、不同設(shè)備數(shù)據(jù)，支撐用電主動運維、全壽命周期管理、多元負荷消納等應(yīng)用功能，通過低壓故障預(yù)判、停電事件感知和低壓故障定位，提高主動檢修、故障搶修工作效率，實現(xiàn)供電質(zhì)量、運營效率和用戶體驗的全面提升。擴充配電業(yè)務(wù)功能模塊營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)PMS擴充配電業(yè)務(wù)功能模塊營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)PMS系統(tǒng)供電服務(wù)指揮平臺5G/LTE/EPON5G/LTE/EPON智能融合終端HPLCHPLC配電網(wǎng)智能低壓電纜分支箱智能綜合配電箱智能用戶表箱圖2-12智能用電臺區(qū)通信系統(tǒng)圖智能綜合配電箱智能用戶表箱通信層采用“遠程通信網(wǎng)+本地通信網(wǎng)”的技術(shù)架構(gòu)，通過通信通道IP化、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)信息模型，實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)、設(shè)備自發(fā)現(xiàn)自注冊、資源自描述，支撐邊端設(shè)備的即插即用，滿足配電業(yè)務(wù)處理實時性和帶寬需求。利用HPLC、微功率無線等通信組網(wǎng)技術(shù)，依托智能電表、智能開關(guān)、智能斷路器、低壓狀態(tài)監(jiān)測終端等關(guān)鍵設(shè)備，實現(xiàn)終端的快速接入，數(shù)據(jù)的高效傳輸。實現(xiàn)全臺區(qū)故障精準定位、狀態(tài)全面感知、設(shè)備即插即用。在電力智能臺區(qū)通信系統(tǒng)應(yīng)用確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可保證控制、告警等重要信息的通信實時性、確定性和可靠性；促進多種異構(gòu)通信方式融合組網(wǎng)；并可有效提升網(wǎng)絡(luò)利用效率。電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)我國向國際社會做出的鄭重承諾：二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。根據(jù)歐美國家的經(jīng)驗，在碳排放達峰之后，交通變成主要的排放部門，大致占全部排放量的三分之一。加快發(fā)展電動汽車是汽車產(chǎn)業(yè)碳減排的重要舉措。基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建設(shè)電動汽車智能充電系統(tǒng)，實現(xiàn)對充電業(yè)務(wù)智能化管理，優(yōu)化平臺的服務(wù)性能，提高平臺在計費、運營方面的靈活性，改善目前電動車充電難、平臺服務(wù)差的現(xiàn)象，更好地統(tǒng)一充電信息管理，優(yōu)化平臺服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)充電業(yè)務(wù)管理的智能化，為大規(guī)模電動汽車的發(fā)展提供可靠的技術(shù)支撐。圖2-13電動汽車智能充電系統(tǒng)通信系統(tǒng)圖電動汽車智能充電系統(tǒng)通信網(wǎng)是集5G/LTE、以太網(wǎng)、HPLC、微功率無線等多種通信形式組網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，其主要業(yè)務(wù)包括輸配電設(shè)備、充電樁、電動汽車等設(shè)施的實時監(jiān)測信息、充電服務(wù)的業(yè)務(wù)信息和交互信息、充電站的視頻監(jiān)控等音視頻信息以及平臺下發(fā)的有序充電、需求響應(yīng)、V2G等實時控制信息。在電動汽車智能充電系統(tǒng)通信網(wǎng)應(yīng)用確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可保證實時控制信息確定可靠的傳輸，同時通過有效的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和流量控制，保持網(wǎng)絡(luò)其他業(yè)務(wù)信息的有序通信，保證充電業(yè)的務(wù)順暢開展，提升用戶體驗。虛擬電廠虛擬電廠概述虛擬電廠通過先進的通信、計算、調(diào)度、市場手段把大量分散布置的中小規(guī)模的分布式資源進行統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào)優(yōu)化，釋放系統(tǒng)靈活性；虛擬電廠通過聚合分散在電網(wǎng)中的分布式能源（即分布式發(fā)電、可控負荷和分布式儲能）以使其成為可統(tǒng)一調(diào)度的“發(fā)電系統(tǒng)”，進而可以跟從調(diào)度指令、參與電能量市場和輔助服務(wù)市場。虛擬電廠系統(tǒng)應(yīng)用功能主要目標是實現(xiàn)虛擬電廠與電網(wǎng)互動的需求側(cè)響應(yīng)、提供調(diào)峰調(diào)頻等功率平衡的響應(yīng)能力，整體的功能邏輯架構(gòu)如圖2-14所示：圖2-14虛擬電廠系統(tǒng)及應(yīng)用功能架構(gòu)圖虛擬電廠參與需求側(cè)響應(yīng)、調(diào)峰調(diào)頻功率平衡等應(yīng)用功能的實現(xiàn)需要各個邏輯層級在其應(yīng)用功能上協(xié)調(diào)配合，主要邏輯層級包括用戶資源層、智能終端層、虛擬電廠主站和電網(wǎng)調(diào)度層。虛擬電廠對通信的要求虛擬電廠涉及到的通信方案主要包括用戶資源接入智能終端的通信方案、智能終端接入虛擬電廠主站的通信方案、虛擬電廠主站接入電網(wǎng)調(diào)度的通信方案以及虛擬電廠與外部系統(tǒng)的通信方案，主要考慮這幾種接入方案的通信要求。用戶資源接入智能終端的通信方案及通信要求用戶資源接入智能終端的通信方案主要解決虛擬電廠智能終端怎樣獲取用戶資源的運行數(shù)據(jù)，同時智能終端怎樣控制用戶資源的運行，一般情況下，用戶資源具有控制系統(tǒng)或者能量管理系統(tǒng)，智能終端從這些系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)或者下發(fā)控制命令；如果用戶資源的沒有完善的控制系統(tǒng)或者能量管理系統(tǒng)，需要智能終端直接采集用戶資源的運行數(shù)據(jù)。通過通信方式采集運行數(shù)據(jù)與控制的通信的實時性達到100ms太網(wǎng)或者串行通信的方式，采用的協(xié)議有Modbus或者IEC60870-510ms100us智能終端接入虛擬電廠主站的通信方案及通信要求智能終端接入虛擬電廠主站的通信方案一般會采用無線通信，考慮到接入虛擬電廠的用戶資源的數(shù)目比較大以及通信帶寬的問題，智能終端采用4G5G的專用服務(wù)器通信，再通過專線后經(jīng)安全接入?yún)^(qū)接入虛擬電廠主站，通信的實時性需考慮虛擬電廠的應(yīng)用功能要確定，一般100ms-1s虛擬電廠主站接入電網(wǎng)調(diào)度的通信方案及通信要求一般情況下，接入調(diào)度系統(tǒng)的廠站的解決方案的要求是比較明確的，基本上都是采用電力專網(wǎng)的接入方式，通信協(xié)議基IEC60870-5-104100ms虛擬電廠與外部系統(tǒng)的通信方案及通信要求虛擬電廠一般還需要與外部系統(tǒng)進行通信，如交易系統(tǒng)，天氣預(yù)報系統(tǒng)及其他預(yù)測等IT系統(tǒng)的通信，一般是采用WebServicehttpsMQTT用電場景網(wǎng)絡(luò)通信需求（六）微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)微電網(wǎng)（MicroGrid）是指由光伏、風(fēng)電、燃氣發(fā)電等\h分布式電源、\h儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、\h負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給。圖2-15微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)圖微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分層控制系統(tǒng)。分為三層。１）初級控制層（primarycontrol）執(zhí)行影響微電網(wǎng)穩(wěn)定運行的下垂控制和“虛擬同步機”等關(guān)鍵控制任務(wù)。２）二級控制層（secondarycontrol）為消差環(huán)節(jié)，主要目的在于消除由初級控制層產(chǎn)生的頻率和電壓的偏差，將頻率和電壓維持在額定值附近。３）三級控制層（tertiarycontrol）：第三層為調(diào)度層，控制各個分布式電源之間及微電網(wǎng)與外界的功率流動。圖2-16微電網(wǎng)分層控制系統(tǒng)圖微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)集中式、分布式控制以及同步控制等實時控制需要一個快速可靠的通信系統(tǒng)來控制微電網(wǎng)內(nèi)部組件，并能實現(xiàn)控制中心與系統(tǒng)各組件間及本地控制器之間的聯(lián)網(wǎng)。IEEE2030.7節(jié)、功率控制、同步、能源管理等四部分，并規(guī)定了每個部分了響應(yīng)時間（1-2）。表1-2微電網(wǎng)的控制還需要獲取系統(tǒng)內(nèi)源網(wǎng)荷儲設(shè)備的全面信息，因此微電網(wǎng)控制器必須與海量的光伏逆變器、PMU、建筑溫控器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行通信，不僅需要涵蓋以太網(wǎng)、PLC、5G、RF等各種異構(gòu)的通信技術(shù)，而且還需要涉及Modbus、DNP3、IEC61850、OpenADR等多種不同的電力通信標準和協(xié)議，這也是設(shè)計和運營微電網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)之一。由于微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備、通信技術(shù)和協(xié)議的多樣性，必須考慮通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全?，F(xiàn)場的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備需要確認狀態(tài)或控制請求是否有效，并且需確保它們的響應(yīng)是安全的并且只能由適當?shù)目刂破鹘饷?；而微電網(wǎng)控制系統(tǒng)則必須確保接收的數(shù)據(jù)是有效的，并且發(fā)出的命令被適當?shù)亟邮蘸蛨?zhí)行，而不會被惡意行為者入侵/BTM國內(nèi)外的研究和項目實踐表明，微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制性能高度依賴于其通信系統(tǒng)的性能。采用TSN已采用TSN統(tǒng)，PAGEPAGE100三、 網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備（一）以太網(wǎng)交換機TSN時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機是一款集成了時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）特性的工業(yè)以太網(wǎng)交換機。在工業(yè)領(lǐng)域，時間敏感網(wǎng)絡(luò)作為下一代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的演進方向，應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域等各種對傳輸時間有高穩(wěn)定性要求的網(wǎng)絡(luò)?；疽蠼涌诠δ軙r間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機接口功能要求包括但不局限于以下：應(yīng)支持符合IEEE802.310M/100Mbits/s100Base-T4、100Base-TX100Base-FX應(yīng)支持符合IEEE802.31000Base-SX、1000Base-LX應(yīng)支持符合IEEE802.3ae10GBase-X、10GBase-R交換及的業(yè)務(wù)接口數(shù)量宜根據(jù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)角色確定，并不應(yīng)少于四個端口。轉(zhuǎn)發(fā)功能時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機功能要求包括但不局限于以下：應(yīng)支持數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀存儲轉(zhuǎn)發(fā)能力，應(yīng)支持直通式轉(zhuǎn)發(fā)能力；PAGEPAGE51應(yīng)支持數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀的包過濾功能；應(yīng)具備鏈路層檢查功能，支持IEEE802.1AB-2009LLDPIEEE802.1DRSTPIEEE802.1QMSTPIEEE802.1Q-2016VLANVLAN16；IEEE802.1Q-2016規(guī)定的優(yōu)先級服務(wù)功能，每端口應(yīng)至少4應(yīng)支持轉(zhuǎn)發(fā)過程中根據(jù)端口、VLANMAC802.1p/DSCP優(yōu)先級標記映射的功能；應(yīng)支持包過濾、隊列調(diào)度、基于端口的限速、基于流的重定向、時間段等功能。管理接口時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機管理接口要求包括但不局限于以下：應(yīng)至少提供一個帶外管理接口，支持RS232宜支持業(yè)務(wù)端口作為帶內(nèi)管理接口使用。時間同步時鐘源IEEE1588v2PTP要求，宜符合IEEE802.1AS中g(shù)PTPPAGEPAGE52TOD支持針對TOD可作為主時鐘設(shè)備的時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機宜具有時間信息輸入接口，并支持連接不限于授時型GPS/北斗衛(wèi)星、IRIG-B時間統(tǒng)一碼信息或網(wǎng)絡(luò)時鐘。時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機應(yīng)采用TAI作為時間刻度基準，時間記錄步長精度應(yīng)不大于40ns。同步機制時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機的同步機制應(yīng)：支持發(fā)送、接收并識別Announce時鐘精度等參數(shù)，支持通過BMC具備通過事件消息報文及通用消息報文進行頻率同步、延時測量及時鐘同步計算的能力。同步精度時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機的同步精度應(yīng)符合以下要求：40ns；應(yīng)支持通過同步（SYNC）報文和跟隨（Follow-UP）報文進行時鐘（頻率）同步，同一時間敏感網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)應(yīng)支持周期發(fā)起時鐘同步，發(fā)起間隔的取值為2的n次冪（n=-5~0）毫秒；同步精度不得大于最小的調(diào)度周期和門控周期的精度。流量調(diào)度時間分片調(diào)度時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機應(yīng)符合IEEE802.1Qbv中門控調(diào)度機制對下行隊列進PAGEPAGE53行流量調(diào)度的相關(guān)規(guī)定，包括：支持通過配置同時對每一隊列門控進行打開和關(guān)閉；當隊列處于關(guān)閉狀態(tài)時，該隊列的報文不能發(fā)送；當隊列處于打開狀態(tài)時，進入該隊列的報文應(yīng)正常發(fā)送；1ms；單一時序之最小單位應(yīng)為微毫秒等級。報文搶占時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機宜符合IEEE802.1QbuIEEE802.3br支持將接收到的報文按照優(yōu)先級標記為可被搶占和搶占幀；支持快速幀MAC（expressMAC）MAC（PreemptableMAC）兩種轉(zhuǎn)發(fā)通道；MAC（PreemptableMAC）的可被搶占幀的傳輸過程可被進入快速幀MAC（expressMAC）通道的搶占幀打斷；支持報文分片和重組功能，以實現(xiàn)被搶占幀的正常傳輸。流量整形時間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機宜符合IEEE802.1Qci中流過濾和監(jiān)管機制的相關(guān)規(guī)定，包括：MACVLAN、優(yōu)先級等標識特定的數(shù)據(jù)流，在隊列入口端處進行流過濾和監(jiān)管的功能；宜支持依據(jù)端口及時間窗配置流過濾配置模板，保證標記報文在正確的時間片和端口進行傳送；PAGEPAGE54宜符合IEEE802.1Qch規(guī)定的周期性排隊與轉(zhuǎn)發(fā)機制要求。端設(shè)備（模組）TSN端設(shè)備產(chǎn)品包括了分離式的以太網(wǎng)控制器以及基于FPGA的TSN網(wǎng)卡。以太網(wǎng)控制器以太網(wǎng)控制器是一個分離式的網(wǎng)絡(luò)適配器，用于實現(xiàn)實時以太網(wǎng)應(yīng)用程序，可以用作TSN端點。它支持用于工業(yè)應(yīng)用的TSN標準，例如IEEE802.1AS和IEEE802.1Qbv（通過TSN參考軟件）。1Gb/s（DRAM）預(yù)取以太網(wǎng)幀（在其指定的傳輸時間之前），并將此數(shù)據(jù)存儲在傳輸緩沖區(qū)中。網(wǎng)絡(luò)適配器還支持配置啟動時間，指定傳輸數(shù)據(jù)包的確切時間。開發(fā)人員可以使用啟動時間來減少以太網(wǎng)幀傳輸過程中的不規(guī)則性。制造商可以將TSNQav，這是一種為特定流分配一定數(shù)量的帶寬的方法。FPGATSNTSNOEM，ODM以使用FPGATSN快速重新配置FPGA，以確保設(shè)備支持最新的TSN在工業(yè)系統(tǒng)中使用FPGA上實現(xiàn)TSN的原因包括：FPGAPAGEPAGE55而使客戶能夠高效的擴展其當前的解決方案。需要系統(tǒng)中具有一套新的計算功能，從而提高系統(tǒng)性能，開發(fā)人員可以通過讓CPUFPGAI/O，F(xiàn)PGATSN功能安全性。當TSNFPGAIPIEC61508（二）5G/LTE電力專網(wǎng)簡介確定性網(wǎng)絡(luò)是指能保證業(yè)務(wù)的確定性帶寬、時延、抖動、丟包率指標的網(wǎng)絡(luò)。這里的確定性是指標可預(yù)期，比如確定性時延10ms，時延的抖動在±10μs。對確定性網(wǎng)絡(luò)的需求在電力通信領(lǐng)域廣泛存在。傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)ProfiBus、CAN、CC-Link、LonworksEtherNet/IP、Profinet、EtherCAT、PowerLink等都在一定程度上解決了該問題。但因通信協(xié)議標準多而雜，導(dǎo)致彼此之間通信兼容性不佳，技術(shù)實現(xiàn)封閉，可復(fù)用性較差，制約了電力通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的發(fā)展，并導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)部署成本長期居高不下。支持超低時延、高可靠通信的5G技術(shù)的出現(xiàn)，為電力通信領(lǐng)域提供了新PAGEPAGE565G要求的同時，解決網(wǎng)絡(luò)布設(shè)問題，那么長期困擾電力通信網(wǎng)絡(luò)的問題將迎刃而解。5G電力確定性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的總體架構(gòu)圖3-1電力確定性網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)5G/LTE電力確定性網(wǎng)絡(luò)包括四個層次，終端層：通過電力專用CPE/網(wǎng)關(guān)和專用模組等不同形態(tài)的電力通信終端為電力業(yè)務(wù)提供融合接入；網(wǎng)絡(luò)層：5G/LTE5GE2E5GC能力層：通過高精度授時同步，時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），靈活時隙配比，網(wǎng)絡(luò)二次鑒權(quán)及加密等關(guān)鍵技術(shù)，滿足電力業(yè)務(wù)在時間同步，時延，帶寬，安全性等方面的差異化定制化需求；PAGEPAGE575G電力確定性網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)1436全防護需滿足“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認證”的總體原則。其中，生產(chǎn)控制大區(qū)需要與管理信息大區(qū)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)實現(xiàn)物理隔離，生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)部各安全區(qū)（生產(chǎn)控制區(qū)，生產(chǎn)非控制區(qū)）之間實現(xiàn)邏輯隔離，管理信息大區(qū)內(nèi)部各安全區(qū)（生產(chǎn)管理區(qū)，管理信息區(qū)）之間實現(xiàn)邏輯隔離。5G圖3-2 5G電力確定性網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)根據(jù)電力業(yè)務(wù)的分布特點和安全防護保障要求，形成面向廣域和局域場景的兩套組網(wǎng)架構(gòu)，廣域組網(wǎng)架構(gòu)-混合專網(wǎng)：該架構(gòu)適用于配網(wǎng)差動保護，精準負荷控制，計量自動化等需要廣域全程全網(wǎng)覆蓋的電力業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)控制面共享大區(qū)/省會城市集中部署的2B（AMF，SMFPAGEPAGE58專用），UPF/區(qū)/縣機房。其中生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)使用部署于省會城市核心機房，或地市核心機房的電力專用UPF，實現(xiàn)與管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)的物理隔離，以及業(yè)務(wù)的就近轉(zhuǎn)發(fā)。管理信息類業(yè)務(wù)使用部署在省會城市核心機房或地市核心機房的UPF，實現(xiàn)與生產(chǎn)控制大區(qū)和公網(wǎng)業(yè)務(wù)的物理隔離。傳輸組網(wǎng)通過MTN/FlexEVPN離。無線側(cè)使用公網(wǎng)基站，通過RB5G5QIQoS業(yè)務(wù)類型方案無線傳輸核心網(wǎng)切片生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)PRB切片資源預(yù)留+5QI優(yōu)先級調(diào)度FlexE硬切片+VPN省/地市/縣電力專用UPF生產(chǎn)控制區(qū)和生產(chǎn)非控制區(qū)配置獨立的切片ID管理信息類業(yè)務(wù)5QI優(yōu)先級調(diào)度FlexE硬切片+VPN省/地市電力專用UPF生產(chǎn)管理區(qū)和管理信息區(qū)配置獨立PAGEPAGE59的切片ID局域組網(wǎng)架構(gòu)-獨立專網(wǎng)：該架構(gòu)適用于大型變電站、發(fā)電站內(nèi)智能機器人巡檢、智能視頻監(jiān)控等?區(qū)本地業(yè)務(wù)。無線側(cè)優(yōu)先使用公用5G小站實現(xiàn)局域場景覆蓋。核心網(wǎng)在?區(qū)本地建設(shè)物理獨立的輕量化5GC，滿足業(yè)務(wù)不出?區(qū)，低時延，邊緣計算等需求。傳輸組網(wǎng)通過MTN/FlexEVPN業(yè)務(wù)類型方案無線傳輸核心網(wǎng)切片管理信息類業(yè)務(wù)5QI優(yōu)先級調(diào)度FlexE硬切片+VPN?區(qū)專用輕量化5GC管理信息大區(qū)配置獨立的切片ID關(guān)鍵能力5G/LTE電力確定性網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)圖譜典型業(yè)務(wù)生產(chǎn)控制大區(qū)管理信息大區(qū)生產(chǎn)控制區(qū)生產(chǎn)非控制區(qū)生產(chǎn)管理區(qū)管理信息區(qū)PAGEPAGE60網(wǎng)絡(luò)能力配網(wǎng)差動保護精準負荷控制計量自動化輸電線路監(jiān)測變電站智能巡檢變電站智能視頻監(jiān)智慧品控組網(wǎng)模式廣域組網(wǎng)架構(gòu)-混合專網(wǎng)√√√√√局域組網(wǎng)架構(gòu)-獨立專網(wǎng)√√關(guān)鍵能力精準時間同步√精準時延√√5GLAN√邊緣計算√√√增強上行√√超高可靠√√√增強安全√√√√√√精準時間同步1uss基及地基同步時鐘網(wǎng)絡(luò)提供。對于調(diào)度中心、發(fā)電廠、變電站等電力自有場所，已有專用的電力時鐘同步及分配系統(tǒng)。而在電力配用領(lǐng)域，在廣域區(qū)域BDS/GPS5G5G發(fā)送過來的同步信號和時間信息，終端產(chǎn)生并維護一個本地時間，通過時延補償機制，修正無線傳播路徑所造成的時延偏差，以精確同步于基站系統(tǒng)的時間，并將時間信息通過特定的接口協(xié)議發(fā)送給行業(yè)終端使用。相比現(xiàn)有的GNSS級提供穩(wěn)定可靠的時鐘來源；PAGEPAGE61成本低，功能強大，可將終端的授時模塊和通信模塊合一；基站部署位置靈活，可確保無縫覆蓋。5GGNSS/PTP、基站和授時終端三部分組成，PTP(IEEE1588)作為可選同步手段。5GGNSS（GPS、北斗、GLONASS等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）UTCGNSS/PTPUTCUE業(yè)終端需要使用的時間格式，傳遞給下一級設(shè)備。電力行業(yè)中使用IRIG-B(DC)接口來傳遞時鐘。5G5G1us圖3-35G精準空口授時框架5G精準時間同步中，通過空口消息將基站系統(tǒng)時間信息發(fā)送給終端UE，PAGEPAGE62消息中包含有關(guān)GPS時間和協(xié)調(diào)世界時（UTC）的信息。UE可以使用該系統(tǒng)信息中提供的參數(shù)來獲取UTC、GPS和本地時間。UEUE度時間信息T1，具體地，可以通過廣播或單播的方式發(fā)送T1；SI-Window邊界；單播方式中的參考幀邊界由單播消息中攜帶一個SFNUE行傳輸時延可以近似等于TA/2UE認為參考幀邊界的時鐘實際T1TA/2圖3-4UE與基站的時間同步原理精準時延TSNover5G實現(xiàn)端到端精準時延是當前的主要技術(shù)方向。5G空口PAGEPAGE63URLLC系列技術(shù)逐步增強空口的時延確定性。TSNBridge5G高精5GTSNTSNL2Ethernet的改進，5GLAN5GL2Ethernet5G+TSN組網(wǎng)的重要組成部分。這些關(guān)鍵技術(shù)具體介紹如下：URLLC系列技術(shù)Mini-Slot4PDCPduplication5G1ms99.999%。5G活配置統(tǒng)一幀結(jié)構(gòu)技術(shù)（UFS）TTICP增加子載波間隔、改進調(diào)度流程、降低調(diào)度時延應(yīng)對低時延高可靠業(yè)務(wù)，另一方面又可以針對不同頻段、場景和信道環(huán)境，選擇不同的參數(shù)進行配置，如帶寬、子載波間隔、循環(huán)前綴、傳輸時間間隔和上下行配比，滿足時延方面的需求或者帶寬方面的需求。圖3-5統(tǒng)一幀結(jié)構(gòu)時隙結(jié)構(gòu)上使用Mini-Slot時隙架構(gòu)，其上下行不一致，下行可以在（2,4,7）OFDM1-13樣以更少的符號數(shù)為調(diào)度單元，盡可能短的時間內(nèi)保證物理層的迅速響應(yīng)，PAGEPAGE64實現(xiàn)更小調(diào)度粒度，減少調(diào)度符號數(shù)目，實現(xiàn)快速傳輸，從而降低時延，增加可靠性。同時上下幀調(diào)度使用快速接入免授權(quán)調(diào)度，避免采用調(diào)度申請請求和調(diào)度許可，快速接入信道，降低時延。圖3-6Mimi-Slot時隙結(jié)構(gòu)上行免授權(quán)調(diào)度，提供了一種基于非動態(tài)授權(quán)的傳輸方式，通過激活上行配置的周期性授權(quán)，并基于此授權(quán)配置可進行多次上行傳輸。上行免授權(quán)調(diào)度對于時延敏感業(yè)務(wù)以及控制信息開銷方面均有所幫助。在NR2Type-1Type-2。Type-1RRCRRCType-2RRCPDCCH5GTSN網(wǎng)橋技術(shù)TSNR165GTSNTSNPAGEPAGE65網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與互聯(lián)。5GTSN邏輯網(wǎng)橋架構(gòu)如下圖所示：圖3-7 3GPP定義的TSN邏輯網(wǎng)橋系統(tǒng)架構(gòu)圖5GTSNTSN5G3DS-TTTSN（Device-sideTSNtranslator），用于連接終端側(cè)的TSNNW-TTTSN（Network-sideTSNtranslator），用于連接網(wǎng)絡(luò)側(cè)的TSNTSNAF：即：TSN（ApplicationFunction），用于連接TSNCNC此外，為了實現(xiàn)5GTSN邏輯網(wǎng)橋的功能，5G系統(tǒng)需要支持如下關(guān)鍵技術(shù)：第一，5GTSNE2E5G系統(tǒng)可以視為IEEE802.1ASUE/DS-TTIEEE802.1ASDNTSNGMTSNPAGEPAGE66時間同步。此外，5GgNBUPF5G第二，5G網(wǎng)絡(luò)需要為TSN工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供確定性低時延流調(diào)度能力，包括：無線資源的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，UE/DS-TT和UPF/NW-TT基于IEEE802.1Qbv標準定義的流調(diào)度能力等。第三，5GTSN5GTSN網(wǎng)橋的配置和管理等功能，包括：UE/DS-TTUPF/NW-TTLLDP議進行鏈路發(fā)現(xiàn)，5GTSNAFCNC5G收CNC5G確定性業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載技術(shù)TSNTSN+確定性網(wǎng)絡(luò)承載方案，即UNITSN類確定性現(xiàn)場網(wǎng)業(yè)務(wù)流量，將承載網(wǎng)虛擬成TSNDetnet采用不同的連接技術(shù)提供精準網(wǎng)絡(luò)連接（如圖所示），從應(yīng)用角度精準網(wǎng)絡(luò)連接等同于虛擬的“光纖”連接，轉(zhuǎn)發(fā)時延和抖動是確定性的。圖3-8 承載確定性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與模型示意圖精準網(wǎng)絡(luò)連接支持從網(wǎng)絡(luò)L1-L3提供不同特性的連接技術(shù)，包括以太網(wǎng)PAGEPAGE67L1TDMITU-TMTNL2PWE3IPQos時延和抖動特性以及可靠性等。用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)的差異化需求選擇合適的連接技術(shù)，其選擇過程可以通過智能化管控自動完成。精準網(wǎng)絡(luò)連接同時支持精準質(zhì)量指標檢測功能，具備實時檢測連接的丟包、時延和抖動等關(guān)鍵指標，保障連接質(zhì)量并簡化運維。承載網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是支持現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)綜合承載的基礎(chǔ)能力，基于統(tǒng)一的承載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，針對行業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的差異化承載需求進行網(wǎng)絡(luò)切片，為行業(yè)應(yīng)用提供合適的網(wǎng)絡(luò)資源保障，進而為行業(yè)應(yīng)用要求的確定性承載提供有保障的虛擬專網(wǎng)服務(wù)。SPN小顆粒技術(shù)傳輸小顆粒技術(shù)繼承了高效以太網(wǎng)內(nèi)核，通過層次化設(shè)計，將細粒度切片技術(shù)融入整體架構(gòu)，提供低成本、精細化、硬隔離的承載管道。結(jié)合集中管控，實現(xiàn)開放、敏捷、精細化的網(wǎng)絡(luò)運營。小顆粒技術(shù)特征：靈活小顆粒：小顆粒支持最小Mbps根據(jù)業(yè)務(wù)需求可靈活提供Mbps層次化設(shè)計：通過層次化設(shè)計，將細粒度切片技術(shù)融入整體架構(gòu)。在小顆粒層提供端到端的小顆粒硬管道；確定性轉(zhuǎn)發(fā)：提供確定性轉(zhuǎn)發(fā)，滿足低時延、低抖動要求；OAMPAGEPAGE68帶寬無損調(diào)整：通過帶寬無損調(diào)整，可靈活調(diào)整小顆粒管道帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量及運維效率。5GLAN為了解決行業(yè)業(yè)務(wù)私有網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)問題，3GPPR165GLANLANL3VPN（IPVRF）L2LAN（Ethernet局域網(wǎng)），同時5GLAN也支持用戶移動性，支持細分子網(wǎng)，以及基于子網(wǎng)的管理能力，來解決傳統(tǒng)行業(yè)客戶專網(wǎng)中存在的問題。圖3-95GLAN業(yè)務(wù)模型5GLAN5GSMFUPFUEUPFVLAN5GLAN5G5G邊緣計算電力網(wǎng)絡(luò)中為了提升數(shù)據(jù)的處理能力、提高業(yè)務(wù)處理的實時性、拓展業(yè)務(wù)類型、提高應(yīng)用的智能性，降低對集中式數(shù)據(jù)中心的依賴，降低數(shù)據(jù)傳輸PAGEPAGE69及處理成本與云服務(wù)行程互補，提升電網(wǎng)系統(tǒng)安全和隱私保護能力，電力網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該引入移動邊緣計算（MEC）應(yīng)對變電站機器人巡檢等大帶寬數(shù)據(jù)本地處理需求，以及避免安全接入5GMEC5G帶寬、低延時、大連接的特性，與云端配合實現(xiàn)出色的云邊協(xié)同能力，以提升電力網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)效率。MEC5GMECUPF（UserPlaneFunction）的關(guān)系如圖所示：圖3-10MEC與5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)系MEC5G（UPF），提供一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過將移動接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合，一方面通過本地分流來降低時延，滿足用戶極致體驗需求，并節(jié)省帶寬資源。另一方面通過將計算能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣位置，提供第三方應(yīng)用集成，為移動邊緣入口PAGEPAGE70的服務(wù)創(chuàng)新提供了無限的想象空間。圖3-11MEC整體架構(gòu)用于承載電力應(yīng)用的MEC邊緣云具有規(guī)模小，數(shù)量多的特點。為了在MEC邊緣云集成設(shè)施上部署具有多樣性、高性能和屬地化的電力應(yīng)用，必須采用輕量化精簡部署，提升資源利用率。輕量化VIMHypervisor裁剪組件，僅保留基礎(chǔ)組件，支持計算和控制合一部署，使得資源能夠得到有效利用。采用虛機+容器雙核方案，實現(xiàn)資源共享，管理組件融合，提供一致的管理體驗。同時，提供包括虛機、容器、裸機在內(nèi)的多種資源，滿足電力各類應(yīng)用的需求。存儲輕量化邊緣云規(guī)模較小，承載業(yè)務(wù)以本地處理為主，所需的存儲容量較小。用計算存儲融合方案，將分布式存儲部署于計算節(jié)點上，計算/存儲共物理平臺節(jié)省成本。網(wǎng)絡(luò)輕量化PAGEPAGE71邊緣上的業(yè)務(wù)以第三方業(yè)務(wù)為主，業(yè)務(wù)變動頻繁，需要采用輕量化SDN控制器來實現(xiàn)，例如OVN，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化部署，提升運維效率，降低運維工作量，適應(yīng)業(yè)務(wù)的頻繁變化。多態(tài)硬件：電力擁有大量屬地變電站機房，考慮到成本利舊因素，大量的邊緣云將部署于變電站機房。這些機房在面積、承重、供電容量、能效等關(guān)鍵指標上與標準數(shù)據(jù)中心有很大差距，且部分機房改造難度大，需要能提供多形態(tài)的硬件來適應(yīng)不同機房。增強上行靈活時隙配比運營商面向普通消費者的公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，下行流量需求遠大于上行流量，因此幀結(jié)構(gòu)設(shè)計時都采用下行占用更多資源；而電網(wǎng)所面對的業(yè)務(wù)大部分是感知和控制類業(yè)務(wù)，需要把各類實時視頻流以及傳感器信息回傳，所以對上行容量要求更高。為了更好得滿足電力上行大容量業(yè)務(wù)的需求，可以為電力基站采用優(yōu)先保障上行容量的1D3U幀結(jié)構(gòu)。5ms周期典型的運營商公網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，支持單用戶最高285Mbps5ms周期2.5ms周期2.5ms周期上行容量增強的1D3U幀結(jié)構(gòu)，支持單用戶最高760Mbps上行峰值速率2.5ms周期2.5ms周期圖3-12運營商常規(guī)公網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)和1D3U幀結(jié)構(gòu)對比5GFAST時頻雙聚合技術(shù)PAGEPAGE725GFDDTDD頻譜相結(jié)合的技術(shù)，該技術(shù)利用FDD5GFDD能力強，頻分雙工方式傳輸時無額外等待時延，但帶寬通常都較小；TDDMIMOFDD4GFDD+TDD則因終端成本原因并未得到普遍應(yīng)用。5G（雙通道），硬件能力上具備了上行載波聚合條件。5G5G終端在小區(qū)中心（近點）FDD+TDD大帶寬和低時延能力；終端在小區(qū)邊緣（遠點）FDDFDD+TDD5GFDDTDD端增加額外成本的基礎(chǔ)上，引入創(chuàng)新性的載波間協(xié)同與調(diào)度技術(shù)就可以很好地5GPAGEPAGE735G

圖3-13 FAST技術(shù)5G終端上行發(fā)射通道數(shù)普遍為最大2發(fā)，上行連接TDD載波時可以使用2x2MIMOFDD+TDDFDDTDD1TDDMIMO5GFDD+TDDTDD2x2MIMOTDD端雙發(fā)全部用于TDD2x2MIMOTDD下行時隙則立即切換到使用FDD進行上行傳輸，這種快速切換機制使得上行方向可用時隙提升到接近100%。5GSub6G5G，覆蓋瓶頸會先出現(xiàn)在上行方向。原因主要在于上行受終端最大發(fā)射功率（26dBm）限制，而且時隙占比較少。所以終5GPAGEPAGE74Sub6G“覆蓋”范圍，降低了網(wǎng)絡(luò)利用率。通5GFDDTDDTDD5G比單TDDFDD5G5GFDDTDD都有可用的發(fā)送時隙，無需額外等待，可有效降低傳輸時延。時延降低后對高層業(yè)務(wù)體驗會很有幫助。同等帶寬條件下，時延和業(yè)務(wù)速率成反比關(guān)系，因此時延降低后端到端業(yè)務(wù)速率會得到抬升。超高可靠電力通信系統(tǒng)的可靠性在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中起著至關(guān)重要的作用，它不但是保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)固、高效的基礎(chǔ)，還是電力企業(yè)市場化的必然要求，因此在電力5G確定性網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)該引入超高可靠性技術(shù)，保障電力系統(tǒng)的安全運行。3GPPR16URLLC基于端到端冗余用戶平面路徑（雙PDU）：5G兩個PDUPDU網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示：PAGEPAGE75圖3-14基于端到端用戶面冗余方案（雙PDU會話）N3/N9（單PDU）：支持冗余N3GTP-U絡(luò)側(cè)對GTP-UNG-RANUPFUEQoSFlowGTP-UUPFDNQoSFlow其分配相同的GTP-UN3/N9接口冗余傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示：圖3-15基于N3/N9接口冗余傳輸用戶面冗余方案（單PDU會話）PDCPduplication技術(shù)原理：一份PDCP層數(shù)據(jù)在多個RLC實體上傳輸，一個PDCP最大可PAGEPAGE76以映射到4個RLC實體傳輸。多鏈路數(shù)據(jù)同時發(fā)送，減少傳輸出錯引起的數(shù)據(jù)重傳，降低傳輸時延及傳輸抖動。主備通訊模式CPECPE用CPE。多傳輸鏈路備份，防止網(wǎng)絡(luò)故障、丟包等異常導(dǎo)致的業(yè)務(wù)中斷，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性。圖3-16左為PDCPduplication，右為主備通訊示意增強安全遭受各種各樣的惡意攻擊。因此，為了預(yù)防安全事件的發(fā)生，5G網(wǎng)絡(luò)必須在遵循國家和行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)的前提下，以風(fēng)險管理與資產(chǎn)安全為核心，建立一個自主可控、彈性可擴展、符合電力行業(yè)安全要求的網(wǎng)絡(luò)安全防護體系，滿足機密性、完整性、可用性、身份認證、訪問控制、安全審計等方面的要求。5G網(wǎng)絡(luò)繼承了4G網(wǎng)絡(luò)的安全特性，同時對認證授權(quán)、隱私保護、數(shù)據(jù)PAGEPAGE77傳輸安全、互通安全等進行了優(yōu)化或增強，提供更健壯的業(yè)務(wù)安全性、更嚴密的數(shù)據(jù)保護以及更強的用戶隱私性。在此基礎(chǔ)之上，5G電力確定性網(wǎng)絡(luò)進一步增強安全能力。電力行業(yè)海量終端處于復(fù)雜多變威脅環(huán)境中，成為安全隱患與威脅的主要來源，實時保證這些終端的有效性和合法性特別重要。為此，5G5GSUPI/SUCI/GUTIAPN/DNNTAC/基站與終端所處位置綁定、機卡鎖定、業(yè)務(wù)終端IPMAC為了預(yù)防非授權(quán)訪問事件的發(fā)生，電力行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間應(yīng)按照要求實現(xiàn)隔離，跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問必須受到嚴格控制。因此，5G電力確定性網(wǎng)絡(luò)需要基于業(yè)務(wù)差異化需求定制相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片，實現(xiàn)客戶化的業(yè)務(wù)安全分級服務(wù)。同時，在區(qū)域物理邊界和虛擬化邊界部署安全防護措施，實現(xiàn)縱深防御，提高網(wǎng)絡(luò)安全能力。電力行業(yè)數(shù)據(jù)量大、價值高，涉及國家安全、社會穩(wěn)定和家庭隱私。5G電力確定性網(wǎng)絡(luò)需要強化重要數(shù)據(jù)的識別、分類和保護，防止信息泄露；加強關(guān)鍵系統(tǒng)、核心數(shù)據(jù)容災(zāi)備份，有效保障數(shù)據(jù)安全。例如，借助于邊緣計算實現(xiàn)數(shù)據(jù)不出?區(qū)；嚴格定義數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和訪問控制策略；對敏感數(shù)據(jù)進行加密存儲，提供數(shù)據(jù)機密性和完整性支持。另外，數(shù)據(jù)傳輸過程中，采用端到端加密機制，防止數(shù)據(jù)被嗅探竊取或被篡改。電力行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)可部署在MEC上。MEC本質(zhì)上是一個小型的云數(shù)據(jù)中心，由于部署的物理位置、網(wǎng)絡(luò)邊界和承載主體等方面的特殊性，需要參PAGEPAGE78考等保等相關(guān)的技術(shù)要求，結(jié)合MEC本身的業(yè)務(wù)特點，構(gòu)建從物理安全、基礎(chǔ)設(shè)施安全、系統(tǒng)及平臺安全、業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)安全、管理與運維安全等端到端的安全解決方案，打造“放心”的邊緣計算平臺。MEC上業(yè)務(wù)系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)隔離、資源限制和生命周期安全幾方面來保障安全。例如，MECVLAN隔離，同時可以配置虛擬防火墻，防止惡APPAPP；限制應(yīng)用虛擬資源用量，防止惡意占用，進行帶寬APP的流量過載；通過數(shù)字簽名及SHA2提供業(yè)務(wù)系統(tǒng)注冊、加載、更新時的完整性保護和認證；對MECAPP的鏡像進行漏洞、病毒掃描；鏡像在安全路徑下加密存儲；鏡像包在注冊、加載、更新時進行完整性校驗；對終止的MECAPP所有資源進行徹底凈化。電力專網(wǎng)通信終端電力系統(tǒng)中有成千上萬的電力設(shè)備，電力設(shè)備之間的互聯(lián)互通能夠協(xié)調(diào)戶與戶之間、小區(qū)與小區(qū)之間的智能集群用電，為建設(shè)智慧城市提供便利。5G1km5G使大量設(shè)備能夠互聯(lián)互通，實現(xiàn)真正意義上的萬物互聯(lián)。從通信終端形式及其和電力設(shè)備的連接關(guān)系，可以定義兩類電力專網(wǎng)通5G/CPE5G5G5GCPECPE5G5GPAGEPAGE79精度授時功能，替代現(xiàn)在的獨立GPS時鐘采集及電力專用授時系統(tǒng)，進一步增強了差動保護技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用成本。圖3-17基于5GCPE的配電網(wǎng)線路差動保護業(yè)務(wù)（三）WiFi7簡介嚴格意義上的下一代WiFiWiFi7WiFi802.11be802.11be致力于大數(shù)據(jù)吞吐量，降低延遲（延遲時間低于5毫秒）和提高可靠性（以取代某些有線通信），實現(xiàn)時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），以便更好的應(yīng)對4k/8k視頻、VR/AR視頻、游戲、遠程辦公、云計算等大吞吐量及低時延業(yè)務(wù)應(yīng)用，以此制定了支持極高吞吐量無線LAN，至少配置一種能夠支持至少30Gbps的最大吞吐量的工作模式，支持1GHz~7.125GHz頻段(2.4GHz/5GHz/6GHzbands)，向下兼容11a/b/g/n/ac/ax，以及定義至少一種能夠改進最壞情況延遲和抖動的操作模式的標準目標。PAGEPAGE80320MHzMU-MIMO（AP）的協(xié)調(diào)（例如協(xié)調(diào)和聯(lián)合發(fā)送），增強型鏈路自適應(yīng)和重傳協(xié)議（例如混合自動重復(fù)請求（HARQ））等技術(shù)方向。WiFi7（802.11be）2021Draft1.02023802.11be標準與前代技術(shù)特征對比圖3-18802.11be標準與前代技術(shù)特征對比WiFi7的技術(shù)方向及特點當前版本的WiFi7已經(jīng)具備更寬帶寬（320MHz信道帶寬）、更高階調(diào)制（4096QAM）、更靈活RU分配機制、更豐富組網(wǎng)架構(gòu)的技術(shù)特點，由于協(xié)議版本尚未定稿，處于技術(shù)發(fā)展期，仍將按照更高的速度、更低的延時、更高的頻譜效率、更高的連接密度的演進方向快速進步。PAGEPAGE81圖3-19WiFi7技術(shù)特點WiFi7關(guān)鍵技術(shù)能力頻譜擴充WiFi72.4GHz，5GHz頻段基礎(chǔ)上進行擴充，新增支持6GHz（5925-7125MHz1.2GHz）6GHz1.2GHz7160MHz1480MHz320MHz，并且允許非連續(xù)信道進行聚合使用（160+160/240+80/160+80）802.11ax160MHz5GHz80MHz+80MHz）。最大提升一倍的帶寬可以提供更高的峰值吞吐量，并在MU-MIMO圖3-20WiFi7頻段示意圖PAGEPAGE82更多的空間流16MIMO制進行增強。在IEEE802.11ax8ax，802.11be16更高的調(diào)制方式1024-QAM802.11be4096-QAM制方案。使用高階調(diào)制，系統(tǒng)對內(nèi)部和外部損傷變得更加敏感，因此，需要SNRBER/FERQAM11ax1024-QAM11be4096-QAM25%的速率。子載波和RU分配802.11be子載波間隔沿用了802.11ax規(guī)范，為了更好的利用高帶寬，802.11be對子載波和RU做了新的規(guī)劃。圖3-21WiFi7子載波及RU示意圖PAGEPAGE83SingleRU242toneRU256QAM4MultipleRUSTARU802.11ax圖-22U圖-23U圖3-24AllowedcombinationofRU106+RU26foreach80MHzsegmentin80,160,240,and320MHzbandwidthMulti-linkOperation802.11beMLD，即Multi-linkDevice，MLDMLO（Multi-linkOperation