【5G技术在分布式电源监控中的应用研究14000字（论文）】

PAGE45G技术在分布式电源监控中的应用研究摘要我国分布式电源发展迅速，占比逐年增加。分布式电源接入是坚强智能电网发展中不可缺少的重要环节[1]。分布式电源集成到电网中可带来巨大的效益。但是，分布式电源网络连接为配电网络的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。由于传统配电网的设计并未考虑分布式电源的接入。集成分布式电源后，网络结构发生了根本性的变化，从最初的单电源放射状网格变为双电源甚至是多电源网络，并且能量流的方法从分销网络更加复杂。用户既是用电方，又是发电方，电流呈现出双向流动、实时动态变化。因此，配电网络迫切需要开发新的技术和工具，以提高配电网络的可靠性，灵活性和效率。分布式电源监控系统可以实现对分布式电源运行进行监控的自动化系统，具有数据采集与处理，有功功率调制，无功电压和功率控制，孤岛检测，传输控制与协调，对接等功能与相关的业务系统。通过对智能电网应用场景的分析，发现不同场景下的业务需求是完全不同的，这体现在不同技术指标的需求上。从网络上，包括量化分段5G网络的安全要求，业务隔离要求，端到端业务延迟要求，协商网络容量解锁要求，网络管理接口等，以及讨论未来的业务合作模型等环境环境，以提供一个完整的解决方案，以满足能源行业中多种情景的差异，并进行技术验证和澄清。关键词：5G技术，分布式电源，监控目录摘要……………………Ⅰ第1章绪论……………………21.1选题背景及意义…………………21.2国内外研究现状…………………21.3论文主要内容及安排……………3第2章5G技术……………………52.15G技术概述………52.15G网络构架………52.1空口技术…………62.1网络切片…………92.1边缘计算…………10第3章分布式电源及其监控………123.1分布式电源………123.1.1我国分布式电源现状………123.1.2分布式电源特点……………123.2对分布式电源的监控……………133.2.1分布式电源监控的现状……133.2.2分布式电源监控系统………13第4章5G技术在分布式电源监控中的应用………………154.1基于5G蜂窝通信技术的智能电网分布式监控………………154.2基于5G组网的分布式配电网保护……………15第5章总结与展望…………175.1工作总结……………………175.2工作展望……………………17参考文献………………………18第1章绪论1.1选题背景及意义随着工业化、信息化社会的繁荣发展，网络终端连接数量日益增长，电力工业化和信息化在此背景下深度融合，对无线宽带专用网络服务的需求已经导致了巨大的增长，并且促进了无线专用电力网络的建设和应用以加速向前发展。智慧电网是一个数字化自愈能源系统，从发电端将电力传输到用户端，其在智慧城市占据核心地位，而分布式电源更是智慧电网发展的主要构成，其并入电网使得小型电网分布较为分散，发电稳定高效、经济环保，还可有效解决边远地区和农村地区用电困难的问题[6]。分布式电源具有提高供电灵活性和经济环保等优点，但存在小水电无功出力不足且随意上下网，风电电能质量较差和波动较大等问题，对电网安全生产带来困难，因此，建立远程监测系统对于分布式电源的安全、优化运行具有主要意义，而低成本、高可靠性的信息传输方式是建立远程监测系统的关键环节。由于分布式电源接入电网对电网稳定性要求越来越高，为了保证分布式能源发电与用户用电的安全性以及可靠性，构建一套完整的分布式能源监控网络已成为必然，而传统无线通信技术无法满足海量通信以及远距离传输的需求，此时迫切需要采用另一种安全可信、接入灵活、可实现双向实时交互的通信方式来承载大规模监控设备的接入[2-4]。5G是第五代移动通信技术，在现有的3G和4G技术与新技术集成接入的基础上实现“万物互联”，以满足人类对移动通信网络更高层次的要求。在5G的快速发展下，各个垂直行业都将与5G深度融合，推动各个行业实现快速转型。智慧电网由于是智慧城市电力能源供应的源泉，将成为5G应用的核心切入点。小数据包、低功耗、海量连接等是5G的应用场景所具有的特点，这弥补了传统技术在连接数量上的不足，同时拥有可扩展和灵活的带宽，属于低速率传输，适用于大规模的数据采集[7]。在分布式电源监控中加入5G技术，可以对故障进行精准定位，使故障处理时间从分钟级提高到毫秒级，且5G通信网络还能够提供海量接入和实时数据上报，帮助电力用户完成用电信息采集[13]。1.2国内外研究现状分布式电源具有提高供电灵活性和经济环保等优点，但存在小水电无功出力不足且随意上下网，风电电能质量较差和波动较大等问题，对电网安全生产带来困难。面对上述分布式电源发电容量小、受气候影响大、地域分布广泛、地理环境复杂的情况，基于电力工频通信技术构建监控信道，可跨越10KV/380V远程通信无须在10KV线路安装耦合设备，与电力系统的主流通信方式如光纤、PLC、无线通信等手段比较，具有设备成本低、安装维护方便、没有信号盲区和服务费用等优势，有望成为建设能源互联网分布式电源接入的信息传输可选方案。以分布式电源中的设备密度，小电网区域的工作模式、地理环境等因素为根据，分布式电源中的设备具有不同的分布形状：（1）区域多样性：分布式能源不仅分布在人口密度较高，而且因其能源负荷相对集中的地理区域，分布在偏远地区，具有着地域多元化的特征。（2）形状多样：由于每个分布式电源设备的电能生成方法不同，并且从电源生成的电能大小也不相同，因此分布式电源的形状呈现出各种特性。（3）间隔的分布式随机化：考虑到电源在不同区域中的分布情况以及不同功率密度和环境因素在区域中的影响，设备的选择，安装和地理位置各不相同，因此电力设备表现出多个时间段和随机性特征。如分布在分布式电源的电力设备，操作环境，不平衡的地理分布等的数量的因素不得不加以考虑，并且必须全面构建更高效的拓扑结构以满足分布式电源的通信网络要求。智慧电网在智慧城市占据核心地位，而分布式能源更是智慧电网发展的主要构成。由于分布式能源接入电网对电网稳定性要求越来越高，为了保证分布式能源发电与用户用电的安全性以及可靠性，构建一套完整的分布式能源监控网络已成为必然，而传统无线通信技术无法满足海量通信以及远距离传输的需求，此时迫切需要采用另一种安全可信、接入灵活、可实现双向实时交互的通信方式来承载大规模监控设备的接入。由于移动互联网和物联网需求的不断增长，5G的一些应用场景拥有更高的频谱效率和海量连通性。因此5G技术在智慧电网分布式能源调控中的应用，利用该技术支持大规模连接、低功耗及远距离传输的特点，弥补传统技术在连接数量上的不足，破除传统技术在传输距离上的局限，保证了数据传输过程的稳定性，同时为智慧电网中设备检测、信息采集和计量自动化等重要环节，提供了全新智慧电网与物联网技术融合的解决方案[15]。利用5G技术，可以对故障进行精准定位，使故障处理时间从分钟级提高到毫秒级。同时5G通信网络可以提供海量接入和实时数据上报，帮助电力用户完成用电信息采集，5G技术大大地增加了可靠性、灵活性及效率。1.3论文主要内容及安排本文主要研究5G技术在分布式电源监控中的应用。首先查阅文献资料学习分布式电源、电网移动应用场景等相关业务及其指标和5G相关技术和指标。接着寻找上述场景、技术、指标间的联系，将他们有机结合起来。其后增加对相关技术在有关分布式电源监控业务场景下的研究和论述，以达到研究5G技术在分布式电源监控中的应用的目的。具体安排如下：第一章叙述了选题背景及意义、分布式电源监控的国内外研究现状，简要介绍了论文主要内容及安排。第二章介绍了5G技术，其中包括5G技术的概述、网络构架、空口技术、网络切片技术、边缘计算技术。第三章首先介绍了分布式电源在国内的研究现状及其特点，其次介绍了分布式电源监控的现状以及分布式电源监控系统。第四章介绍了5G技术在分布式电源监控当中的应用，如基于5G组网的分布式配电网保护、基于5G蜂窝通信技术的智能电网分布式监控。第五章对本文研究工作进行了总结和展望。第2章5G技术2.15G技术概述5G是新一代移动通信技术，有望为移动通信领域带来革命性的影响。5G与智能电网的结合应用具备广阔的应用前景。在能源业务的未来发展中，物联网业务和宽带业务并存，具有大终端接入，高强度，低延迟，高可靠性和高安全性的特点，终端并发数量将达到10万级，时延需求为毫秒级，可靠性要求99.999%，对电力无线专网的业务承载能力提出了更高的要求，需要持续开展专网技术性能提升，实现网络的演进与升级。与此同时，5G作为面向2020年后的新一代移动通信技术，是未来无线技术的发展方向。5G能够带来超高带宽、超低时延以及超大规模连接的用户体验，其基于软件定义、网络功能虚拟化等技术的网络架构能够支持网络资源的按需定制、高动态扩展与自动化部署，支持从接入网络到核心网络到运营商网络的端到端网络分段，为能源行业的用户创建专用的“行业网络”服务，以更好地适应多种未来能源场景并灵活承载服务需求的变化，有效地促进了互联网业务能源应用创新。2.25G网络构架3GPP在2017年3月发布了5种5G网络组网架构选项（option2、option3/3a/3x、option4/4a、option5、option7/7a/7x），根据5G控制面锚点不同分为NR独立组网SA（Standalone）和NR非独立组网NSA（Non-standalone）。SA将5GNR称为NGC接入的控制平面锚，而NSA则将5GNR部署与LTEeNB作为EPC通信的控制平面锚，或将eLTEeNB作为NGC接入的控制平面锚。基于NSA的5G总线仅承载用户数据，而其控制信号通过4G网络仍然发送。它的部署可以看作是在现有4G网络中增加新的运营商以扩展容量。运营商可以根据业务需求定义升级位置和区域，而不必连续地进行全面覆盖。同时，鉴于5G和4G网络运营商之间的紧密集成，有力保证5G网络运营商与4G公司之间的业务连续性。在5G网络覆盖范围不大的情况下，NSA体系结构有助于确保良好的用户体验。NSA工程5G系统可以在当前业务模式下有效满足运营商的发展需求，用于网络升级的投资门槛低，技术挑战是管理，帮助运营商以低速移动宽带启动5G。然而，由于核心网和现有的4G系统的控制平面的重用，国家安全局的架构不能完全让位给5G系统的低时延的技术特性，也无法实现灵活性。通过网络细分支持各种业务需求。由于4G核心网络将大量4G用户带到当前网络上，因此短期内很难进行全面的虚拟转移。网络解剖，完整的虚拟化以及对各种服务的灵活支持是运营商积极寻求5G系统的领域。只有基于自治式架构（SA）5G系统，才能真正实现5G技术的承诺，为移动通信产业创造新的发展机遇，故三大运营商的目标架构均是SA。5G介绍的技术，如软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV），以实现控制功能和转发功能，以及网络元素和物理实体的功能的分离之间的分离，从而实现实时可视化和整合多种类型的网络资源。根据要求提供以及提供和调整网络通信和网络功能；在另一方面，接入网络和核心网络功能进一步提高，并且接入网络提供了多种空中接口技术，对多个链路的模型支持，自我调节等。骨干网还泛滥了转发，服务存储和计算功能的级别，并实现了按需协调以有效区分服务。在设计5G接入网架构时，总体思路是集中和协调接入网设备，并大规模部署云无线接入网（C-RAN,CloudRadioAccessNetwork）。C-RAN使用云计算，虚拟化和其他技术，在降低运营和部署成本以及提高资源使用效率方面具有显着优势。C-RAN可以大大减少控制级信号处理中的信号交互延迟，并满足未来移动通信对低延迟和高可靠性服务的需求。在服务级别上，C-RAN体系结构可以实现网络中的负载分担，在某些情况下可以通过潮汐分配减轻网络资源的消耗，并提高网络资源的利用率，从而节省网络建设的投资。在5G核心网架构设计中，为了满足各种服务的低时延要求，将网关控制/用户平面分离，从而减少分布式网关部署的成本、接口负载和可选信令路由的数量。另一方面增加了网络的灵活性，为网络切片技术的部署提供了前提。同时，操纵平面和控制平面之间的分隔避免了由于控制平面的演变而导致的重新定向平面的频繁升级。基于用户访问类型和订阅数据，所述对照水平排列的服务对象和操作，然后通过改进的GTP接口发送请求到转发层面，并且所述转发级别通知根据服务事件控制级接收所述确认片。2.3空口技术5G网络通过在低于6GHz的低频频段运行的新空中端口来满足用户性能，覆盖范围广的大规模设备连接和高移动性场景，与此同时，6GHz以上的高频带丰富的频谱资源用于满足极高的用户体验速率，以满足热点需求的能力。新的空中接口采用了先进的技术，例如宽带天线，新的多址，调制和编码以及新的波形。它支持更短的帧架构，更简化的信令操作，更灵活的双模式和灵活的技术配置。单位和参数。满足不同场景的不同技术要求。为了实现5G的高传输速率、高系统容量、高可靠、低时延等性能指标，5G空口技术的创新可以从帧结构及信道化、协议及关键技术等3个方面进行概括：在帧结构及信道化中，5G网络的统一空中接口技术框架可满足各种5G场景和性能指标的要求，以应对场景，频段和双工模式的差异，并在大型统一框架内构建强大且集成的空中接口功能平台；在关键技术中，大规模MIMO技术及超密集组网技术主要用来提升空间复用度，而新型多载波、新型多址技术、先进调制编码、全双工通信技术主要提高频谱利用率，全频谱接入和频谱共享技术主要用来增加系统带宽。（1）调制编码5G调制和编码技术包括Turbo码，LDPC码（低密度奇偶校验码）和极地码（极地码）。三种技术进行对比：2016年11月17日，3GPP会议上，Polar码作为唯一eMBB场景控制信道编码方式，在算法复杂度上有明显的优势，但是实际通信系统中应用相对较少；Turbo码已使用于3G、4G，以及4.5G，因此有较好的成熟度，可后向兼容5G。LDPC码编码算法相对成熟，并应用于许多通信系统，例如无线网络。（2）MIMO技术大规模MIMO技术作为5G多并行信道传输技术，可以充分利用空间资源，成倍提高系统信道容量。4G网络主要采用2*2MIMO、4*4MIMO,而在4.5G，使用8T8R及以上大规模MIMO技术，而5G则使用64T64R以及以上大规模MIMO。巨大的MIMO技术意味着基站配备了大量的天线，通常为一百或几百个，这是目前通信系统中天线的多倍，同时为多个时间资源服务和频率一般的单天线接收连接方法。相比于传统的MIMO，大规模MIMO具有很多优势。当基站侧的天线数量远大于用户天线的数量时，每个用户的信道趋于正交，并且许多系统显示仅与大规模衰落有关，与它们无关。小规模衰落；小区中的公共信道干扰和增加的噪声趋于消失，并且系统性能仅受附近导频复用的限制。通过空间复用和干扰抑制，比常规天线阵列具有更精确的波束控制能力。然而，这也带来了一系列挑战。在大型天线阵列系统中，由于天线数量的增加，实际天线阵列面积相应的也迅速增加，这导致难以将天线阵列安装到基站上。基站估计导频序列中的现有信道，正交序列的数量受到相干性的限制，并且时间受到限制，因此必须重用实验序列，并且相同的实验序列将导致对相邻蜂窝基站的干扰。（3）多址技术表2-1多种多址技术比较表NOMAMUSASCMARSMA扩展码不扩展，功率域叠加较短的非正交复数扩展码较短非正交稀疏码较长非正交码接收机码字级SIC，复杂度低，灵活性好码字级SIC，复杂度低，灵活性好MPA（类似于LDPC译码器），复杂度高，灵活性受限Raker/Raker-baseSIC，复杂度与负载率有关过载率通常可支持200%的过载，依赖严格调度（远近）序列长度4，600%+过载序列长度4，理论150%过载（码本数量受限于稀疏性，4长序列只有6个稀疏码本）低负载率调度机制基于调度免调度/免随机接入基于调度免调度/免随机接入高阶调制支持支持高维星座图非常复杂支持与MIMO结合支持，依赖于严格的调度机制可接受复杂度，线性提升过载率MPA接收机约束，多天线对过载率提升受限复杂度高，且对用户负载率提升有限峰均比低低（可以基于SC-FDMA）高（只能基于OFDMA）低1）NOMANOMA与传统的正交传输不同，它使用在发送的末端，非正交传输有效地提供干扰信息，并在通过串行干扰抵消技术在接收端实现正确解调。与正交传输相比，接收机的复杂性提高，但能够获得更高的频谱效率。非正交传输的基本思想是利用一个复杂的接收器设计，提高频谱效率，并与芯片的处理能力的提高，非正交传输技术在实际系统中的应用将成为可能。2）SCMASCMA是一种新的基于代码字段叠加的多址技术。它结合了低密度代码和调制技术，并通过耦合，切换和相位交替来确定最佳代码集。不同的用户取决于特定的代码簿信息传递。在接收端，通过MPA（消息传递算法）对其进行解码。由于使用了正交分散加密和覆盖技术，在相同的资源条件下，SCMA技术可以支持更多的用户通信。同时，使用多维调制和扩频技术将提高单个用户连接的质量。另外，密码冲突SCMA不敏感和盲目检测技术还可以用于实现计划外的随机冲突访问，有效降低实现复杂度和延迟，更适合于小数据包，低功耗和低成本，物联网的业务应用。3）PDMA基于用户信息理论，PDMA使用模式分割技术来在发送端合理分割用户信号，并且消除相应的在接收端串行干扰（SIC），这可以接近多路访问信道的容量限制。用户模式设计可以在空间，刀片和能源领域中独立执行，也可以在多个信号领域中共同执行。模式分割技术使用在传输结束不同的用户模式做出相应的改进，以不同的用户之间进一步区分，从而有助于提高在接收端的串行干扰消除的检测性能。4）MUSAMUSA是基于代码字段覆盖的多路访问方案。对于上行链路，修改后的令牌通过指定的传播序列传播给不同的用户，然后在同一资源上发送。接收端使用SIC接收器执行用户数据解码。生成序列设计是影响MUSA模式性能的关键，并且在非常短的符号长度（4或8）的情况下，它要求良好的交联特性。对于下行链路，基于传统的功率覆盖地图上，反射镜星座图被用于提高对配对用户的符号映射，从而提高了下行链路性能。2.4网络切片网络切片基于SDN/NFV技术实现，是5G网络中支持多样化业务的核心技术。该网段将形成一个综合的逻辑网络，根据芯片生的需求灵活地提供一个或多个网络服务。网络分段划分现有物理网络划分为多个独立的逻辑网络，以提供不同的服务专用服务。根据QoS（服务质量），针对不同的服务要求，网络解剖分配到相应的网络功能和网络资源，实现5G架构的实例。网络切片架构的关键特征为虚拟化、控制面与用户面分离（CU分离）、功能模块化、可编排、可隔离。5G端到端分段涉及多个网络设备，例如接入网络，传输网络和核心网络。在接入网中，灵活的帧结构和业务调度主要用于实现切片，支持DU/CU分离，从CU部署进行云调制，而在传输网络中，机架段主要根据业务确定需求，以及使用FlexE隧道技术的物理网络层和业务层之间的虚拟网络层（即芯片层vNet），根据不同服务场景的芯片组，隔离管理和按需控制。在核心网采用云化技术，对核心网切片的编排部署进行简化。端到端的碎纸协调管理，结合自动化和人工智能技术，逐步实现自动开启和智能碎纸保证。网络切片使用SDN技术来帮助实现网络/数据控制水平的分离，和开放接口在两个之间限定以实现在网络切片的网络功能灵活定义。为了满足此类业务的需求，网络分段仅包括支持特定服务的网络功能。例如为了满足在增强现实低延迟性能的需求，网络分段被设计成安排缓冲和数据在网络边缘处理的功能是改善本地数据处理能力，并减少数据传输的延迟。对于其他非必需的网络功能，应消除截断以减少网络功能的冗余。例如，在大型物联网连接场景中，由于连接到网络的设备的固定位置，网络芯片会省略控制级移动设备管理控制功能[12]。此外，网络分段使用NFV技术实现软硬件分离，以及将物理资源提取为虚拟资源。由分段的网络中使用的虚拟资源分为两类，第一个是专用资源，这是仅用于特定网络的扇区，而另一个是能够通过多个网络的扇区中使用的共享资源。在创建网络分段实例的过程中，网络中的相关网络元素首先使分段适应服务，然后根据其自身的服务需求和当前网络资源状况为其分配专用资源，配置共享资源，而不会影响其他网络部门的业绩。使用分配的资源，为网段虚拟网络功能和接口进行实例化和服务的同步，并完成网段的创建。SDN/NFV部署网络分段，提供多样化，个性化的网络服务。其中，网段之间的隔离确保了网络之间的安全性，按需分配和重新分配资源可以优化网络资源的使用，并提高网段之间的资源共享和使用。切片系统需要提供从网络功能虚拟化基础设施（NetworkFunctionVirtualizationInfrastructure，NFVI）、虚拟化网络功能（VirtualizedNetworkFunction，VNF）到管理层的多级安全隔离。NFVI可以根据NFVI租户支持的vCPU，并的vNet提供的vStorage安全的，基于硬件的隔离和虚拟资源的隔离。支持VNF应用层逻辑隔离，例如根据段定义，CAPS（配置，计费，性能和安全性）支持每个段的用户数。在管理层，支持根据切片ID进行分权分域，给不同租户提供FCAPS（故障、配置、计费、性能和安全）的隔离。2.5边缘计算MEC的移动计算有效整合在移动网络和互联网技术，并增加了功能，例如计算，存储和数据在移动网络侧处理；应用注入和移动网络解锁是通过交换服务服务器和一个开放的平台之间的无线API信息创建，已经深度集成，并且传统的无线基站已升级为智能基站；MEC部署策略，尤其是用户的相对地理位置，可以有效地实现低延迟，高带宽等。同时，获得实时的移动网络信息和更精确的位置信息，以提供更精确的定位服务。（1）MEC系统介绍MEC系统通常包括以下部分：MEC系统的底层：基于网络功能的NFV虚拟化技术的硬件资源和虚拟化层架构，提供分别计算，存储和控制功能，以及虚拟化核心设备的组件来完成虚拟计算处理，缓冲，虚拟交换，和相应的功能的管理任务。MEC功能组件：使外部接口适应运营商服务的功能，通过API完成基站与上层应用层之间接口协议的封装，提供流量旁路，无线网络信息，虚拟机连接，应用程序和服务注册和其他功能，对应于低层分组数据分析，内容路由，高层应用注册管理，无线信息交互等功能。MEC应用程序层：基于网络功能虚拟化机器应用程序体系结构，合并由MEC功能组件层成虚拟应用程序，包括应用，例如无线缓冲，本地内容转发，增强现实，业务优化包封的核心功能，API和第三方应用程序的对接。（2）MEC技术原理MEC移动计算可以使用的无线接入网络，以提供具有半最终服务的用户和云计算功能，创建具有高性能，高和低延时，各种内容，服务和网络中的应用，并快速下载加速功能，让用户可以享受无间断高品质的工作经验总线级别的服务环境。MEC系统的原理为当每个用户方（UE）发起内容重新调用应用程序时，必须通过基站访问传统内容，并且目标内容通过核心网络（CN）进行通信，然后逐层移动以完成站点与终端之间的交互目标内容。如果基站的其他终端要启动相同内容的呼叫，上述呼叫和通信程序会重复。这一方面会占用路径上所有级别的网络资源，另一方面会增加相应的延迟。引入MEC技术后，通过覆盖基站侧的MEC服务器，MEC服务器和目标内容可以直接完成内容提取和缓冲，因此当同一基站中的其他终端进行相同的内容呼叫时，它们可以直接从MEC服务器获取它。它不再频繁通过核心网络获取，有效地节约了核心网络侧的系统资源。同时，由于业务内容下沉，相应的业务响应延迟也将导致很大程度。第3章分布式电源及其监控3.1分布式电源3.1.1我国分布式电源现状分布式电源是指电压等级在35kV及其以下的、功率从数kW到35MW且靠近用户端、不直接与输电系统相连的电源。由于市场管制的放松和考虑到它对环境的影响小，世界各地的电力系统中分布式发电的占比正不断增加。分布式能源的组成包括光伏能源，风能，热能，能源，沼气之间的组合天然气，其他生物质能发电，余热和压力，废气发电以及其他能源，“十二五”时期以来，中国可再生能源进入大规模发展阶段。2017年年底，为全国发电总装机容量为17.8亿千瓦，其中并网风力发电容量为164万千瓦，占9.2%；并网太阳能发电装机容量1.3亿kW，占7.3%。然而由于我国电力系统还不够完善和竞争市场还不够灵活，再加上分布式能源交易的分散化、多能源参与、信息不对称、交易数量多的特点，极大地增加了交易成本和信息泄漏风险，使未来大量可再生能源并网依然是个严重的问题。3.1.2分布式电源特点分布式发电系统是分散的、灵活的，而且距离它们所服务的负荷很近。它作为种分散的资源，与电网相连来为用户供电，输电线路的成本和损失因此减少，这将有效地利用所产生的电能，并最终提高电力系统的能源效率。分布式发电主要包括利用可再生能源，例如太阳能，风能，水电，地热能源，生物质，潮汐能等的利用可再生资源，有利于保护环境。由于电压和电流的变化，用户可能遭受低质量的电能、中断、干扰等，而且集中火力发电厂排放的如一氧化碳，二氧化硫，烃，氮氧化物等的各种有害气体，对环境有害的影响。这些因素都可以通过使用分布式发电来减少，所以它具有污染小、环保效益高的优点。分布式发电减少了大型基础设施的构建或升级，它不仅能满足用户的全部负荷需求，还可以提供备用电源，做到应急发电，一定程度上还能起到削峰填谷的作用，缓解用电紧张，从而提高供电可靠性。由于分布式电源对环境污染小、参与能源多样化、能源效益高等特点，它在全球范围内的应用快速增长。与此同时，电力市场也在经历着从垄断体系向竞争性市场的结构性转变。在这两种背景下，大量的分布式电源参与到市场中也成为了不可避免的趋势，然而这也带来了一些新挑战：（1）分布式电源往往被视为小模块电源，存储电池和可控负载，在当前的电力市场中依然得不到重视。（2）由于光伏发电及风力发电等分布式发电技术都依赖于天气，这就导致了它们发电的波动性和不确定性，这不仅对于电网来说是不可调度的，甚至有时因为天气的剧烈变化还会导致电网的经济损失。（3）由于所有权的不同，许多分布式能源都是孤立运行的，它们之间通常缺乏合作与沟通。因此，这些分布式电源只能满足本地能源需求，而不能满足整个电网的需求。3.2对分布式电源的监控3.2.1分布式电源监控的现状分布式电源具有提高供电灵活性和经济环保等优点，但存在小水电无功出力不足且随意上下网，风电电能质量较差和波动较大等问题，对电网安全生产带来困难。面对上述分布式电源发电容量小、受气候影响大、地域分布广泛、地理环境复杂的情况，基于电力工频通信技术构建监控信道，可跨越10KV/380V远程通信无须在10KV线路安装耦合设备，与电力系统的主流通信方式如光纤、PLC、无线通信等手段比较，具有设备成本低、安装维护方便、没有信号盲区和服务费用等优势，有望成为建设能源互联网分布式电源接入的信息传输可选方案[10]。根据在分布式电源的设备密度，小网格区域的操作模式和所述地理环境和其它因素，在分散型电源设备有不同的分布形状：（1）多区域：分布式电源为分布在人口上的密度相对较高，能量负载集中在地理区域，但它也分布在边远地区，所以分布式能源具有地域多样性的特点.（2）形状各异：由于分布式电源的每个设备产生电能的方法不同，并且电源产生的电能大小也不相同，因此分布式电源的形状显示为各种特征。（3）发散的随机分布：考虑到能源的分布式不同区域的能源的分布和不同的环境因素对电力负载的强度的影响，设备的选择，安装和地理位置的差异，电力设备显示分布的随机多重间距特征。例如分布式动力设备在分布式动力源的数量，操作环境，和不等地理分布因素必须考虑在内，而且更有效的拓扑必须全面创建，以满足所述分布式电源的通信网络要求[16]。3.2.2分布式电源监控系统随着新能源在国内市场的大规模开发和利用，风光产业已日渐成熟，根据《“可再生能源发展十二五”规划》纲要指出到2015年，并网和离网的分布式光伏发电系统安装容量达到1000万千瓦。为了实现对分布式能源的有效控制并满足电网的能源获取要求，已建成大量分布式能源并投入生产，合理部署，集中监控，网络分析，配电自动化，常规统一维护等，国能日产自主开发的分布式能源监控系统可以满足电力系统自动化的总体规划要求，充分考虑光伏发电技术的发展需求，提高分布式发电的运行和管理效率，提高发电。生产管理和运作提供了降低生产经营成本和设备维护一个可靠的基础水平[5]。该系统包含SCADA监控平台和数据库，还涵盖了MEMS（能源管理系统），DMS（配电自动化系统），PV发电预测系统，风力发电预测系统，需求侧管理系统，智能交互式电力和诸如二次发电等管理功能子系统的开发接口或通信接口，如智能仪表和系统，中央抄表系统，楼宇自动化控制系统，节能路灯管理系统，能源园区的客户服务系统，以及新技术的显示系统，用于智能电网，公园视频监控系统，等等。为数据安全性，决策，智能和分布式能源管理提供强有力的保证。第4章5G技术在分布式电源监控中的应用4.1基于5G蜂窝通信技术的智能电网分布式监控能源市场的自由化、《京都议定书》下的承诺和进一步的气候变化国际协定，导致了迈向更可持续的生产和能源的大力利用。各国政府对利用可再生能源（RES）进行能源生产的参与，以及大量的激励政策，促进了在农村和工业区位于各种类型和规模的公共和私人建筑上的大量分布式发电（DG）系统的传播。在这种情况下，智能电网是最近应用于电力系统的范例，电力系统假设现有电力系统的现代化，增加了信息和通信技术（ICT）系统，允许电力网络及其所有组件及其用户之间进行双向通信。与智能电网相关的好处包括提高电网的效率、可靠性和灵活性。事实上，有了适当的分配/能源管理系统（DMS/EMS），根据智能电网范例的分配电力系统的操作可以改善需求和发电变化的管理，主要是当与RES相关时，减少拥堵和网络低效率。此外，智能电网管理可以减少中断的数量和持续时间，特别是通过实现故意隔离断路器或网络重新配置，并智能控制电源断路器。保护系统用于检测电力系统故障等异常情况，并根据可靠性、速度和选择性来测量保护方案的质量。具有自动化方案的保护管理旨在将电源中断保持在最短的时间内。断路器的运行时间非常关键，因为必须保证断路器的瞬时触发，以确保在故障熄灭期间或之后进行有效的干预。这类系统的实现需要一个强大的智能电网基础设施，允许在故障发生时中断潮流，以定义故障区域，同时最大限度地减少负载的断开，并避免故障可能由RESs供电。在这方面，信息和通信技术是支持配电网运行、监控和控制的基本要求。通信系统对于在配电系统中正确实现智能电网至关重要[14]。最近，一些蜂窝技术进步的结合出现了，很可能会结束辩论，并定位基于物联网（物联网）技术支持的第五代（5G）移动无线技术，作为全球未来网格通信网络标准。常见的通信要求，如低延迟、可靠性、交通安全和抗噪声性，必须满足电气特定的预期功能，例如使用协同DER、系统保护和/或故障后网络重新配置的网络操作。5G无线电接入技术（RAT）旨在满足智能电网应用的要求。此外，5G本质上是为基于机对机（M2M）通信和多播服务的各种新应用程序，以及为智能电网等关键基础设施的操作而构建的。4.2基于5G组网的分布式配电网保护随着社会的发展和人们生活水平的提高，用户对能源可靠性和能源质量的要求也越来越高，作为最终用户在电力系统中的最终链接，配电网络直接影响着电源的质量。另一方面，分布式电源（DER）大量连接到配电网络，这使配电网络成为具有双向潮流的有源网络，分散和切断DER输出会增加潮流，并且配电网的电压波动，这给控制保护和管理配电网的运行带来了新的挑战[8-9]。传统的控制方法包括中央控制和本地控制。基于所述基站可以使用全局信息，以获得改进的控制性能上的中央控制的方法，但它包含许多链接，这使得响应速度慢。就地控制方式应用最广的就是三段式过流保护，仅使用设备安装地点的信息，很容易实现快速的操作，但由于使用的有限信息，控制性能并不完美。特别是配网存在许多级联线路，每段线路的距离短、级数多，导致过流保护整定配合困难，往往一条线路某一段故障，却要切掉整条线路，给故障点查找带来不便。配网保护设备处于电网末端，长期受制于“最后一公里”通信条件制约，大规模部署光纤网络难度极大、成本极高，使得纵联比较技术在配网领域难以施展。配网保护设备运行监视手段缺失，装置自身发生的各类缺陷、告警等无法及时告知运维人员或调度监控人员，保护设备动作情况也无法第一时间远程获取，对配网故障研判及抢修指挥基本无支撑能力，配网保护设备的智能化水平总体较低[11]。以5G技术为代表的无线通信技术的发展，解决了配电网光缆不足、通信条件差等长期面临的制约因素，为配网保护的纵联化应用带来了曙光。特别是随着5GR16标准的正式冻结，支持了低时延高可靠的工业级场景，将进一步推动5G的大规模商用，同时也为配电网保护领域提供更为可靠的通信通道。目前在配网领域研究全线快速保护较多的是采用基于5G的差动保护技术，但其存在着依靠外部对时、配网分支节点较多不满足多端差动的条件、通信流量大等问题。将5G技术应用于智能分布式配网保护，提出了配网保护纵联化、广域化解决措施，提升了配网保护动作性能，将故障隔离时间由“分钟级”缩短至“毫秒级”，同时提出了适应于分布式配网保护的5G组网方案，并成功在国内实现了首次试点应用。

第5章总结与展望5.1工作总结本文主要研究5G技术在分布式电源监控中的应用。首先叙述了选题背景及意义、分布式电源监控的国内外研究现状，简要介绍了论文主要内容及安排。其次介绍了5G技术，它是新一代移动通信技术，有望为移动通信领域带来革命性的影响，5G与智能电网的结合应用具备广阔的应用前景；研究了5G技术网络构架的总体思路、服务级别；介绍了空口技术的创新，包括帧结构及信道化、协议及关键技术等3个方面；研究了网络切片技术，它基于SDN/NFV技术实现，是5G网络中支持多样化业务的核心技术；研究了边缘计算技术中MEC系统的构成及其技术原理。接着研究了分布式电源及其监控，介绍了我国分布式电源的现状以及分布式电源分散、灵活、使用可再生能源、能够减少大型基础设施的构建或升级的特点，然后介绍了分布式电源监控的现状以及分布式电源监控系统——其必须考虑诸如分布式电源中的分布式能源设备的数量，操作环境和不平等的地理分布等因素，并且必须全面构建更有效的拓扑结构，以满足分布式电源的通信网络要求。在此基础上介绍了5G技术在分布式电源监控当中的应用，研究了基于5G蜂窝通信技术的智能电网分布式监控；而针对基于5G组网的分布式配电网保护，研究了分布式能源（DER）大量接入配电网给配电网的保护控制和运行管理带