基于5G的配電網(wǎng)繼電保護(hù)測(cè)試床
引言/導(dǎo)讀
國(guó)網(wǎng)河北電力以“基于5G的配電網(wǎng)繼電保護(hù)示范工程”為突破口，廣泛對(duì)接設(shè)備供應(yīng)商以及5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等產(chǎn)研單位，深度分析繼電保護(hù)和5G通信技術(shù)的高度融合可行性，結(jié)合雄安電網(wǎng)過(guò)渡期間對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)靈活多變的需求，加速配電網(wǎng)繼電保護(hù)無(wú)線化、數(shù)字化、智能化創(chuàng)新升級(jí)，為5G源荷差動(dòng)和自愈技術(shù)的推廣應(yīng)用打造雄安“樣板間”。
“基于5G的配電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用研究測(cè)試床”主要是拓展5G通信技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)面向分布式源荷“即插即用”的自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)、多電壓等級(jí)配電網(wǎng)協(xié)同高速自愈控制、面向配電網(wǎng)二次設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和面向配電網(wǎng)二次作業(yè)的移動(dòng)智能運(yùn)維。
關(guān)鍵詞
5G專網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)切片、繼電保護(hù)
發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河北省分公司，王世如，18603210019
聯(lián)通雄安產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司，張湘雨，18617968889
聯(lián)通雄安產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司，徐志國(guó)，18531107010
合作公司
國(guó)網(wǎng)河北電力有限公司，耿少博，17703217900
華為技術(shù)有限公司，管波，18633010666
測(cè)試床項(xiàng)目目標(biāo)和概述
“基于5G的配電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用研究”主要拓展5G通信技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)面向分布式源荷“即插即用”的自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)、多電壓等級(jí)配電網(wǎng)協(xié)同高速自愈控制、面向配電網(wǎng)二次設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和面向配電網(wǎng)二次作業(yè)的移動(dòng)智能運(yùn)維。
（1）研究面向分布式源荷“即插即用”的自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)
研究基于5G的配電網(wǎng)雙端、多端差動(dòng)和自適應(yīng)差動(dòng)通道組網(wǎng)技術(shù)，突破5G通信背景下繼電保護(hù)信息交互、同步、加密技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)基于5G的配電網(wǎng)高魯棒性保護(hù)技術(shù)。
（2）研究多電壓等級(jí)配電網(wǎng)協(xié)同高速自愈控制
研究基于5G的高可靠性配電網(wǎng)分布式拓?fù)渥R(shí)別和高速自愈技術(shù)，突破多電壓等級(jí)電網(wǎng)逐級(jí)配合自愈控制技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)雙花瓣、雙環(huán)、單環(huán)、鏈?zhǔn)降冉泳€形式的供電高速自恢復(fù)。
（3）研究面向配電網(wǎng)二次設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控
研究基于5G的配電網(wǎng)高集成化設(shè)備二次信息在線監(jiān)控技術(shù)，破解配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)視控制通信條件技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兼顧難題，實(shí)現(xiàn)雄安新區(qū)配電網(wǎng)的二次設(shè)備在線監(jiān)控。
（4）研究面向配電網(wǎng)二次作業(yè)的移動(dòng)智能運(yùn)維
研究基于5G技術(shù)的移動(dòng)式二次系統(tǒng)數(shù)字化驗(yàn)收和可視化運(yùn)維技術(shù)，突破高數(shù)據(jù)密度、高關(guān)聯(lián)性三維移動(dòng)作業(yè)支撐技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)基于5G的配電網(wǎng)二次運(yùn)維工單化、移動(dòng)化、智能化。
測(cè)試床方案架構(gòu)
測(cè)試床應(yīng)用場(chǎng)景
雄安新區(qū)110kV蔣莊、110kV臨河、110kV奧威變電站和35kV鄚州、35kV古州、35kV劇村、35kV王莊變電站以及35kV容東移動(dòng)站新配置5G差動(dòng)保護(hù)及自愈設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于5G通信的35kV線路(兩端、三端)差動(dòng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)110kV臨河站、蔣莊站和奧威站站域備自投、基于5G通信的35kV劇村站和王莊站區(qū)域備自投功能以及高低壓不同等級(jí)的變電站之間上下級(jí)備自投協(xié)同優(yōu)化功能。同時(shí)部署主站端在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能故障分析等高級(jí)功能。
測(cè)試床架構(gòu)
工程系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：
圖：工程系統(tǒng)架構(gòu)
各變電站的線路差動(dòng)保護(hù)裝置需要接對(duì)時(shí)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)基于5G通信的差動(dòng)保護(hù)采樣數(shù)據(jù)同步。主要實(shí)現(xiàn)以下差動(dòng)保護(hù)功能：
1)實(shí)現(xiàn)35kV蔣古線兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
2)實(shí)現(xiàn)35kV蔣鄚線(T接)三側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
3)實(shí)現(xiàn)35kV臨鄚線兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
4)實(shí)現(xiàn)35kV奧劇線(T接)三側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
5)實(shí)現(xiàn)35kV奧王線兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
6)實(shí)現(xiàn)35kV劇王線兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)功能。
方案重點(diǎn)技術(shù)
(1)數(shù)據(jù)同步技術(shù)
光纖差動(dòng)保護(hù)采用專用光纖或復(fù)用2M光纖通道，路由相同且收發(fā)延時(shí)一致，采用乒乓法原理進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，不依賴外部時(shí)鐘同步。而5G差動(dòng)保護(hù)采用5G網(wǎng)絡(luò)，通道延遲抖動(dòng)較大，傳輸延時(shí)不固定，上下行通道延時(shí)不一致，需要采用類似變電站內(nèi)組網(wǎng)SV采用的基于對(duì)時(shí)同步下的數(shù)據(jù)傳輸和采樣插值同步方案。當(dāng)前階段，5G無(wú)線終端CPE不支持對(duì)時(shí)輸出，只能采用外部時(shí)鐘同步，通過(guò)外部授時(shí)系統(tǒng)(北斗和GPS授時(shí))實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，配置如圖5-1所示。
圖：基于5G通信的配電網(wǎng)線路差動(dòng)保護(hù)配置
(2)省流量技術(shù)
當(dāng)配網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)，由于不涉及電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題，配網(wǎng)線路差動(dòng)保護(hù)沒(méi)必要像主網(wǎng)那樣嚴(yán)格要求差動(dòng)保護(hù)在30ms內(nèi)動(dòng)作出口。考慮到配網(wǎng)過(guò)流保護(hù)時(shí)間定值級(jí)差不小于0.3s，綜合權(quán)衡5G通信流量收費(fèi)和保護(hù)動(dòng)作速度，配網(wǎng)5G差動(dòng)保護(hù)完全可以采用省流量模式，只要保證差動(dòng)保護(hù)在0.2s內(nèi)隔離故障即可。
試點(diǎn)工程的省流量技術(shù)的方案是由電流突變量元件、過(guò)流元件、零序元件等組成故障識(shí)別模塊，判斷是否發(fā)生了故障。在沒(méi)有發(fā)生故障時(shí)，采用1秒一次的握手報(bào)文，傳輸一些與保護(hù)有關(guān)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)用于檢測(cè)5G網(wǎng)絡(luò)通斷狀態(tài)并及時(shí)報(bào)警。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，故障識(shí)別模塊一旦檢測(cè)到故障，則開(kāi)始傳輸高流量的模擬量采樣數(shù)據(jù)，并進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算。與正常傳輸模式相比，省流量模式在動(dòng)作時(shí)間上會(huì)稍慢上幾個(gè)ms，這個(gè)多出來(lái)的延遲就是從故障發(fā)生到保護(hù)故障識(shí)別模塊判斷出故障之間的間隔。
在省流量模式下，如果一個(gè)月不發(fā)生故障，則流量可以控制在1G以下，月通信費(fèi)用非常低。采用省流量模式后，如果發(fā)生一次故障按照10s整組來(lái)算，流量消耗在5MB左右。即使一個(gè)月有多次故障，消耗的流量也很有限。
(3)基于5G通信的備自投技術(shù)
功能描述 | 說(shuō)明 |
110kV備自投方式1 | 高電源1主供，當(dāng)電源1失電時(shí)，自投電源2 |
110kV備自投方式2 | 高電源2主供，當(dāng)電源2失電時(shí)，自投電源1 |
110kV備自投方式3 | 高電源1、2分別主供，當(dāng)電源1失電時(shí)，自投內(nèi)橋 |
110kV備自投方式4 | 高電源1、2分別主供，當(dāng)電源2失電時(shí)，自投內(nèi)橋 |
35kV備自投方式1 | 中電源1主供，當(dāng)電源1失電時(shí)，自投電源2 |
35kV備自投方式2 | 中電源2主供，當(dāng)電源2失電時(shí)，自投電源1 |
35kV備自投方式3 | 中電源1、2分別主供，當(dāng)電源1失電時(shí)，自投分段 |
35kV備自投方式4 | 中電源1、2分別主供，當(dāng)電源2失電時(shí)，自投分段 |
(4)基于5G通信的差動(dòng)保護(hù)技術(shù)
突破5G通信背景下繼電保護(hù)信息交互、同步技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)基于5G通信模式的差動(dòng)保護(hù)功能，縱聯(lián)差動(dòng)線路保護(hù)采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至對(duì)側(cè)，站內(nèi)CPE終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和附近5G基站進(jìn)行信息交互，而5G基站數(shù)據(jù)同在核心網(wǎng)傳輸，通過(guò)核心網(wǎng)—5G基站—CPE終端的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式完成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)端到端、多端數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)故障快速切除。 (5)基于5G通信的多電壓等級(jí)配電網(wǎng)協(xié)同高速自愈技術(shù)
（5）基于5G通信的多電壓等級(jí)配電網(wǎng)協(xié)同高速自愈技術(shù)
在物理層上以現(xiàn)有硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，增加5G信號(hào)接收模塊，裝置與模塊之間采用串口或網(wǎng)線連接；在規(guī)約層采用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的R-SV、R-GOOSE協(xié)議或TCP/IP協(xié)議傳輸電氣量采樣計(jì)算值數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于5G通信的線路差動(dòng)保護(hù)和多電壓等級(jí)協(xié)同的高速自愈。
(6)面向?qū)ο髮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)
采用了自主研發(fā)的面向?qū)ο髮?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足了電力系統(tǒng)模型描述要求，在數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅描述了設(shè)備屬性，還描述了電力系統(tǒng)對(duì)象之間的關(guān)系。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到了內(nèi)存級(jí)的訪問(wèn)效率；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了方便擴(kuò)容和擴(kuò)展工具，可以滿足未來(lái)應(yīng)用功能不斷擴(kuò)展的需要，用戶可以完成應(yīng)用模型升級(jí)，增加自己開(kāi)發(fā)的新功能；能夠自動(dòng)完成各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)同步
(7)在線應(yīng)用擴(kuò)展技術(shù)
各應(yīng)用按照分布式建模，每個(gè)應(yīng)用都是由各自的數(shù)據(jù)庫(kù)、畫(huà)面和應(yīng)用程序組成，可不依賴于其它應(yīng)用而獨(dú)立運(yùn)行。系統(tǒng)提供配置管理中心，只要具備權(quán)限，在任意節(jié)點(diǎn)可以在線配置各種應(yīng)用，包括應(yīng)用的進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫(kù)等。
(8)分布式應(yīng)用技術(shù)
采用分布式應(yīng)用設(shè)計(jì)，應(yīng)用由數(shù)據(jù)庫(kù)和程序組成，由數(shù)據(jù)庫(kù)主本同步系統(tǒng)所有部署該應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)主本故障或者程序故障時(shí)，其中一個(gè)備用節(jié)點(diǎn)會(huì)立刻上升為值班節(jié)點(diǎn)，這樣即使系統(tǒng)只剩下一個(gè)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行，都能保證應(yīng)用正常工作。
(9)多機(jī)協(xié)同運(yùn)行技術(shù)
應(yīng)用可以根據(jù)需要自由分布到各個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)版本校核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)和值班機(jī)的自動(dòng)同步，徹底解決了分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。多臺(tái)服務(wù)器工作時(shí)，任意一臺(tái)服務(wù)器故障，應(yīng)用功能會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到其他服務(wù)器，整個(gè)系統(tǒng)功能不受影響，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
(10)一體化維護(hù)技術(shù)
變電站模型與子站一體化維護(hù)。采用南網(wǎng)103規(guī)約，子站建立一、二次設(shè)備模型，前置機(jī)通過(guò)通訊直接從子站召喚并自動(dòng)建立相關(guān)模型。子站模型改變后，僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的召喚操作即可。
電網(wǎng)廠站圖形畫(huà)面與EMS一體化維護(hù)。采用FTP自動(dòng)更新EMS系統(tǒng)提供的畫(huà)面，畫(huà)面采用SVG標(biāo)準(zhǔn)格式；實(shí)現(xiàn)了SVG畫(huà)面中的一次設(shè)備與子站模型中的一次設(shè)備自動(dòng)和手動(dòng)匹配，匹配信息自動(dòng)用于更新操作中。裝置圖形模板技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝置畫(huà)面的免維護(hù)。召喚并導(dǎo)入模型、召喚并導(dǎo)入SVG圖等幾步操作就可以完成所有維護(hù)工作，既方便、又快速準(zhǔn)確。
(11)5G關(guān)鍵技術(shù)及全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述
傳統(tǒng)移動(dòng)通信升級(jí)換代以多址技術(shù)為主線，5G技術(shù)創(chuàng)新來(lái)源將更豐富：5G系統(tǒng)將會(huì)構(gòu)建在以大規(guī)模天線、先進(jìn)編碼、新型多址、新型多載波、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等為核心的技術(shù)體系之上，全面滿足2020年及未來(lái)的5G技術(shù)需求，下圖展示了5G無(wú)線幾大關(guān)鍵技術(shù)及全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。架構(gòu)的角度看，4G的架構(gòu)是扁平化的，每一層都是固定的。MIMO主要是2T2R或4T4R。5G架構(gòu)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分布式或集中式部署。MIMO主要為MassiveMIMO64T64R和32T32R。5G網(wǎng)絡(luò)切片(NetworkSlicing)是指在同一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，將5GSA架構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)端到端、虛擬的、隔離的(物理隔離/邏輯隔離)、按需定制的專用邏輯網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)具備不同的功能特點(diǎn)，以滿足電力對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的不同要求(時(shí)延、帶寬、連接數(shù)等)。
方案創(chuàng)新性及先進(jìn)性
創(chuàng)新性：
(1)針對(duì)5G通信延時(shí)及抖動(dòng)相較于光纖通信要遜色的缺點(diǎn)，提出擴(kuò)大差動(dòng)保護(hù)采樣緩存區(qū)及采樣數(shù)據(jù)同步的方法。采樣緩存區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的大小可根據(jù)實(shí)測(cè)5G通道的最大延時(shí)設(shè)置值來(lái)自動(dòng)調(diào)整，當(dāng)經(jīng)最大延時(shí)設(shè)置值后還未收到對(duì)側(cè)采樣值傳輸報(bào)文時(shí)，會(huì)產(chǎn)生通道超時(shí)報(bào)警。采用GPS或北斗授時(shí)，對(duì)采樣值傳輸報(bào)文標(biāo)記絕對(duì)時(shí)標(biāo)及采樣序號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)所需采樣數(shù)據(jù)的同步。
(2)針對(duì)5G通信丟包率要比光纖通信高的問(wèn)題，提出采樣值數(shù)據(jù)冗余發(fā)送的方案，避免由于通信丟包導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù)閉鎖。
(3)基于5G通信實(shí)現(xiàn)了同一電壓等級(jí)的手拉手串供變電站之間的區(qū)域備自投功能，解決了就地備自投無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自投功能的問(wèn)題。
(4)基于5G通信實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)的上下級(jí)變電站之間的上下級(jí)備自投優(yōu)化配合關(guān)系，下級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)間定值在不考慮跟上級(jí)配合的情況下可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配合，確保上級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)下級(jí)備自投不會(huì)越級(jí)動(dòng)作，而且在上級(jí)備自投動(dòng)作不成功的情況下能夠加速下級(jí)備自投動(dòng)作，從而縮短下級(jí)變電站失電的時(shí)間。
(5)基于5G通信的保信系統(tǒng)，通過(guò)把保信子站配置到調(diào)度端，節(jié)約了常規(guī)通信模式下的保信子站裝置數(shù)量。
先進(jìn)性：
(1)國(guó)內(nèi)首個(gè)SA架構(gòu)電力示范工程的5G環(huán)境部署應(yīng)用
部署搭建國(guó)內(nèi)首個(gè)SA模式電力工程網(wǎng)絡(luò)，研發(fā)完成5G差動(dòng)保護(hù)及自愈系統(tǒng)，在雄安電網(wǎng)2個(gè)110千伏變電站供電區(qū)完成實(shí)用化調(diào)試部署。
(2)國(guó)內(nèi)首次面向分布式源荷“即插即用”的自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)示范應(yīng)用
完成基于5G的配電網(wǎng)雙端、多端自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)研究，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)基于5G的開(kāi)放型配電網(wǎng)二次免改造源荷接入示范應(yīng)用，契合能源互聯(lián)網(wǎng)多能互補(bǔ)發(fā)展特征，有效支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)，滿足配電網(wǎng)對(duì)靈活多變的保護(hù)技術(shù)需求，節(jié)約投資40%，效率提升70%以上。
(3)國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)跨多電壓等級(jí)高速協(xié)同自愈控制示范應(yīng)用
完成基于5G的配電網(wǎng)分布式自愈高速配合技術(shù)研究，在國(guó)內(nèi)首次部署適應(yīng)110千伏至10千伏電網(wǎng)各種接線形式的高速自愈系統(tǒng)，契合能源互聯(lián)網(wǎng)泛在互聯(lián)發(fā)展特征，大幅提升各級(jí)電網(wǎng)安全保障協(xié)同能力，供電恢復(fù)時(shí)間縮短至1s。
測(cè)試床預(yù)期成果
測(cè)試床的預(yù)期可量化實(shí)施結(jié)果
基于5G通信的自愈功能：
（1）滄州部分四個(gè)站自愈功能
110kV蔣莊站站域備自投，包含了110kV側(cè)備自投(兩進(jìn)線開(kāi)關(guān)互投以及橋開(kāi)關(guān)自投)和35kV側(cè)備自投(兩變中開(kāi)關(guān)互投以及分段開(kāi)關(guān)自投)，本站的110kV側(cè)橋開(kāi)關(guān)自投和35kV側(cè)分段自投存在優(yōu)化配合關(guān)系。
110kV臨河站站域備自投，包含了110kV側(cè)備自投(兩進(jìn)線開(kāi)關(guān)互投以及橋開(kāi)關(guān)自投)和35kV側(cè)備自投(兩變中開(kāi)關(guān)互投以及分段開(kāi)關(guān)自投)，本站的110kV側(cè)橋開(kāi)關(guān)自投和35kV側(cè)分段自投存在優(yōu)化配合關(guān)系。
35kV古州站的備自投，實(shí)現(xiàn)35kV側(cè)兩條進(jìn)線互為備投功能。
35kV鄚州站的備自投，實(shí)現(xiàn)35kV側(cè)兩條進(jìn)線互為備投功能。
滄州地區(qū)工程基于5G通信主要實(shí)現(xiàn)上下級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)間的優(yōu)化配合關(guān)系，110kV蔣莊站備自投與35kV古州站備自投有優(yōu)化配合關(guān)系；110kV蔣莊站備自投、110kV臨河站備自投分別與35kV鄚州站備自投有優(yōu)化配合關(guān)系。
（2）保定部分四個(gè)站自愈功能
110kV奧威站站域備自投(從原有過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)獲取GOOSE開(kāi)入和SV輸入，常規(guī)出口)，包含了110kV側(cè)備自投(三進(jìn)線的擴(kuò)大內(nèi)橋主接線)和35kV側(cè)備自投(兩變中開(kāi)關(guān)互投以及分段開(kāi)關(guān)自投)，本站的110kV側(cè)橋開(kāi)關(guān)自投和35kV側(cè)分段自投存在優(yōu)化配合關(guān)系。
35kV劇村站的備自投和35kV王莊站的備自投配合實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投功能，譬如圖2-1中所示運(yùn)行方式，若35kV奧劇線發(fā)生故障失電，35kV劇村站備自投跳本站321開(kāi)關(guān)，35kV王莊站備自投合本站311開(kāi)關(guān)。
保定部分工程基于5G通信既實(shí)現(xiàn)上下級(jí)備自投(110kV奧威站的站域備自投與35kV劇村站和35kV王莊站的區(qū)域備自投)動(dòng)作時(shí)間的優(yōu)化配合關(guān)系，又實(shí)現(xiàn)了35kV劇村站和35kV王莊站之間的區(qū)域備自投。
（3）二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)
依托雄安地區(qū)高度發(fā)達(dá)的5G網(wǎng)絡(luò)，將配電網(wǎng)二次設(shè)備(保護(hù)裝置等)的全景信息通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)直接與調(diào)度端配電網(wǎng)二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)“主-端”信息直傳的新通信模式，如圖2-1所示。采取這種方案，既可避免傳統(tǒng)模式中經(jīng)站端轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)導(dǎo)致的信息損耗、降低時(shí)延，又能實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備信息的“即裝即用”。
在二次設(shè)備(保護(hù)裝置等)參數(shù)中增加“主-端”通信模式的IP、掩碼、網(wǎng)關(guān)、路由等設(shè)置，即可進(jìn)行主站與二次設(shè)備之間正常的以太網(wǎng)通信。
二次設(shè)備全景在線監(jiān)測(cè)信息包含：工作電壓、裝置溫度、保護(hù)測(cè)量、裝置參數(shù)、保護(hù)定值、裝置信息、運(yùn)行時(shí)鐘、當(dāng)前狀態(tài)、遙測(cè)、以及錄波等文件數(shù)據(jù)。二次設(shè)備與調(diào)度端主站采用電力系統(tǒng)廣泛使用的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。從主站端可實(shí)時(shí)查看二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備工況，并可根據(jù)工作需求，實(shí)時(shí)調(diào)整二次設(shè)備的運(yùn)行情況。
在主站端針對(duì)二次設(shè)備全景信息，可實(shí)現(xiàn)以下基本和高級(jí)的功能：
基本功能：
1)模型維護(hù)
2)前置通訊
3)保護(hù)信息過(guò)濾
4)事件記錄及告警
5)定值管理功能
6)可視化運(yùn)行監(jiān)視
7)故障錄波數(shù)據(jù)管理和分析
8)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能
9)運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)高級(jí)功能：
1)保護(hù)遠(yuǎn)方控制
2)智能故障分析
3)故障信息自動(dòng)歸檔
4)Web發(fā)布
測(cè)試床的商業(yè)價(jià)值
當(dāng)前雄安新區(qū)已進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段，舊電網(wǎng)、過(guò)渡電網(wǎng)、新電網(wǎng)“三網(wǎng)”交織，電網(wǎng)拆、改、建工程交叉紛雜，建設(shè)期的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)弱化、施工外破停電風(fēng)險(xiǎn)與高供電可靠性形成了新的矛盾，迫切需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)緩解這一突出外在形勢(shì)。未來(lái)雄安電網(wǎng)在管理模式上將以專業(yè)化、集約化、平臺(tái)化運(yùn)作為核心，以數(shù)字化運(yùn)維、智能化管控為突破，依據(jù)電力系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)特性，實(shí)施多電壓等級(jí)扁平化、多專業(yè)集約化的“大二次”管理，先進(jìn)的管理模式亟需電網(wǎng)裝備在技術(shù)上進(jìn)行升級(jí)和拓展。由此可見(jiàn)，新技術(shù)、新模式的研究應(yīng)用已經(jīng)成為了支撐服務(wù)雄安電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的剛性需求。
雄安新區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)的部署全覆蓋，為打造新業(yè)態(tài)下的配電網(wǎng)“三道防線”提供了多元技術(shù)融合應(yīng)用的“試驗(yàn)田”。國(guó)網(wǎng)河北電力以“基于5G的配電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用研究”為突破口，廣泛對(duì)接設(shè)備供應(yīng)商以及5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等產(chǎn)研單位，深度分析繼電保護(hù)和5G通信技術(shù)的高度融合可行性，結(jié)合雄安電網(wǎng)過(guò)渡期間對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)靈活多變的需求，加速配電網(wǎng)繼電保護(hù)無(wú)線化、數(shù)字化、智能化創(chuàng)新升級(jí)，為5G源荷差動(dòng)和自愈技術(shù)的推廣應(yīng)用打造雄安“樣板間”。
測(cè)試床的經(jīng)濟(jì)效益
運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋范圍廣、接入便捷靈活的特點(diǎn)，結(jié)合5G的切片和MEC技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線、承載、核心為用戶提供了端到端、高可靠的專屬通道，實(shí)現(xiàn)與公眾業(yè)務(wù)安全可靠隔離。在滿足通信質(zhì)量的同時(shí)，大幅度降低建網(wǎng)成本。
在雄安地區(qū)實(shí)現(xiàn)商用部署使用。基于5G通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)35kV奧王線、劇王線等4條線路兩端差動(dòng)保護(hù)功能，35kV奧劇線等2條線路三端差動(dòng)保護(hù)功能。蔣莊-臨河供電區(qū)基于5G通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了110kV蔣莊站和臨河站站域備自投，110kV蔣莊站與35kV古州站、110kV臨河站與35kV鄚州站的區(qū)域備自投優(yōu)化配合。奧威供電區(qū)基于5G通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了110kV奧威站域備自投，110kV奧威站、35kV劇村站、35kV王莊站的區(qū)域備自投優(yōu)化配合。
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中。2021年5月，雄安過(guò)渡電網(wǎng)建設(shè)，35kV奧王線破口T接臨時(shí)移動(dòng)變施工電源，免光纜敷設(shè)實(shí)現(xiàn)三端差動(dòng)保護(hù)配置，停電時(shí)間較以往縮短8個(gè)小時(shí)，節(jié)約投資約40萬(wàn)元。2021年9月，35kV蔣古線故障，35kV古州站備自投動(dòng)作，在1S內(nèi)恢復(fù)供電，增供電量2600千萬(wàn)時(shí)，有效提升用戶用電體驗(yàn)。光纜免敷設(shè)有效降低了施工難度，規(guī)避了通道運(yùn)行環(huán)境和外力破壞風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約投資40%，效率提升70%以上。
測(cè)試床的社會(huì)價(jià)值
中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)在全國(guó)大規(guī)模布站建設(shè)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，證明了其成熟穩(wěn)定可靠，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)大部分地市級(jí)城市的全覆蓋，為該項(xiàng)目的推廣發(fā)展提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。示范工程的差動(dòng)保護(hù)采用UDP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的SV和GOOSE格式封裝在UDP報(bào)文中傳輸。SV報(bào)文傳輸電流采樣值，其傳輸機(jī)制為固定高頻率傳輸。GOOSE報(bào)文傳輸開(kāi)關(guān)量信號(hào)，其傳輸機(jī)制為數(shù)據(jù)有變化時(shí)短延時(shí)(t1=2ms)迅速重傳，正常時(shí)采用心跳延時(shí)(t0=1000ms)傳輸。上述兩種報(bào)文傳輸協(xié)議已經(jīng)在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)項(xiàng)目大量采用，
運(yùn)行的可靠性經(jīng)歷住了考驗(yàn)。本次項(xiàng)目?jī)H對(duì)底層承載方式根據(jù)5G特性進(jìn)行小幅度改進(jìn)，在項(xiàng)目的先進(jìn)性、成熟度、推廣復(fù)雜度上取得了很好的平衡，有利于解決方案的大規(guī)模推廣。同時(shí)，該項(xiàng)目的實(shí)施，大幅提升了各級(jí)電網(wǎng)安全保障協(xié)同能力，供電恢復(fù)時(shí)間縮短至1s，項(xiàng)目的社會(huì)價(jià)值顯著。
雙方聯(lián)合完成國(guó)內(nèi)首個(gè)SA架構(gòu)電力示范工程5G環(huán)境部署，攜手研發(fā)完成5G差動(dòng)保護(hù)及自愈系統(tǒng)，在雄安電網(wǎng)2個(gè)110千伏變電站供電區(qū)完成實(shí)用化調(diào)試部署。
測(cè)試床技術(shù)可行性
物理平臺(tái)
1.基于5G通信的備自投功能平臺(tái)
(1)110kV側(cè)備自投
110kV變電站的110kV側(cè)備自投邏輯同常規(guī)邏輯，特殊之處在于，當(dāng)110kV側(cè)備自投動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生暫停本站35kV側(cè)備自投動(dòng)作的命令，避免35kV側(cè)備自投失配而越級(jí)動(dòng)作。
(2)35kV側(cè)備自投
110kV變電站的35kV側(cè)備自投，在收到110kV側(cè)備自投發(fā)送的暫停命令的情況下，35kV側(cè)備自投邏輯暫時(shí)不動(dòng)作，當(dāng)暫停命令消失時(shí)，如果35kV側(cè)還是失電，說(shuō)明110kV側(cè)備自投動(dòng)作不成功，則加速35kV側(cè)備自投動(dòng)作；如果35kV側(cè)不再失電，說(shuō)明110kV側(cè)備自投動(dòng)作成功，35kV側(cè)備自投無(wú)需動(dòng)作。如果沒(méi)有收到110kV側(cè)備自投發(fā)送的暫停命令，說(shuō)明110kV側(cè)不失電，故障點(diǎn)在110kV主變上，此時(shí)35kV側(cè)備自投可按常規(guī)邏輯動(dòng)作。
(3)區(qū)域備自投功能
考慮到上下級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)間的優(yōu)化配合，備自投每種方式的跳閘時(shí)間定值設(shè)置兩個(gè)：跳閘時(shí)間定值1和跳閘時(shí)間定值2。其中，跳閘時(shí)間定值1用于跟上級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)
間配合，跳閘時(shí)間定值2用于跟本級(jí)主供線路的保護(hù)跳閘+重合閘時(shí)間配合。
2．繼電保護(hù)信息系統(tǒng)
建設(shè)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱保護(hù)信息管理系統(tǒng))的目的在于提高調(diào)度系統(tǒng)信息化、智能化的總體水平，使二次裝置運(yùn)行、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)“可控、在控”，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)專業(yè)管理現(xiàn)代化，從整體上提升電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理水平。建成的繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)應(yīng)能在正常和電網(wǎng)故障時(shí)，采集、處理各種二次裝置信息，并充分利用這些信息，為繼電保護(hù)運(yùn)行、管理服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置狀態(tài)檢修提供前提條件，為分析、處理電網(wǎng)故障提供支持。繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)，是一個(gè)繼電保護(hù)運(yùn)行、管理的技術(shù)支持系統(tǒng)，同時(shí)又是一個(gè)電網(wǎng)故障時(shí)的信息支持、輔助分析和決策系統(tǒng)。在電網(wǎng)正常情況下，對(duì)二次設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及工況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集和監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置異常情況；在電網(wǎng)故障時(shí)，能快速采集現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備的動(dòng)作情況，對(duì)信息進(jìn)行提煉、挖掘、智能分析，自動(dòng)生成故障分析報(bào)告，并將裝置的實(shí)際動(dòng)作情況和分析報(bào)告自動(dòng)快速推送給電網(wǎng)管理人員，從而提高判斷故障、處理故障的準(zhǔn)確率和速度，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)電網(wǎng)，減少事故損失。
3．5G專網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)
現(xiàn)有行業(yè)無(wú)線專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式主要基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、專有頻段LTE局域網(wǎng)。其中，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備移動(dòng)性受限，不方便實(shí)際應(yīng)用；工業(yè)級(jí)Wi-Fi由于技術(shù)原理的限制，導(dǎo)致穩(wěn)定性和安全性較差，無(wú)法滿足實(shí)際行業(yè)需求；LTE專有頻段終端模組在實(shí)際應(yīng)用中需要定制開(kāi)發(fā)，無(wú)規(guī)模化優(yōu)勢(shì)，會(huì)導(dǎo)致成本非常高；此外，部分無(wú)線專網(wǎng)使用非3GPP標(biāo)準(zhǔn)，限制頗多、技術(shù)更新緩慢，跟不上行業(yè)應(yīng)用的演進(jìn)。5G專網(wǎng)具有大帶寬、廣連接、低時(shí)延、安全性高等諸多優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，5G專網(wǎng)具備適用部署區(qū)域化、網(wǎng)絡(luò)需求個(gè)性化、行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景化等特點(diǎn)。所謂部署區(qū)域化，是指5G專網(wǎng)服務(wù)的部署范圍可根據(jù)區(qū)域設(shè)計(jì)，可面向封閉式的使用場(chǎng)景，如制造業(yè)園區(qū)、港口、礦山等；網(wǎng)絡(luò)需求個(gè)性化，是指對(duì)時(shí)延要求嚴(yán)苛、可靠性要求高、上行速率需求高、數(shù)據(jù)安全和隔離要求嚴(yán)格等，5G專網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、NFV/SDN實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)靈活部署；行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景化，是指5G網(wǎng)絡(luò)將為不同的行業(yè)場(chǎng)景就近部署算力并提供能力開(kāi)放。5G專網(wǎng)可與現(xiàn)有IT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兼容互通，網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將不斷演進(jìn)升級(jí)。最后，對(duì)于多數(shù)企業(yè)重要的一點(diǎn)是，5G公網(wǎng)與專網(wǎng)的融合部署可縮短建設(shè)周期，進(jìn)而大大降低成本。
軟件平臺(tái)
1．保信子站
1)方案設(shè)計(jì)
保信子站用于多種繼電保護(hù)裝置、錄波器及其它裝置與調(diào)度主站、當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)工程師站之間的通信轉(zhuǎn)接及規(guī)約轉(zhuǎn)換。它通過(guò)多種類型的標(biāo)準(zhǔn)通信接口來(lái)溝通保護(hù)、數(shù)據(jù)采集和故障錄波器等裝置與調(diào)度端或當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)工程師站之間的信息聯(lián)系，并對(duì)保護(hù)信息、故障波形
加以保存，以供歷史查詢和故障分析之用。
保信子站的軟件結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖4-2保信子站軟件結(jié)構(gòu)
保信子站的子系統(tǒng)功能列表
序號(hào) | 子系統(tǒng) | 主要功能 |
1 | 實(shí)時(shí)庫(kù)子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)保存由對(duì)下規(guī)約采集到的數(shù)據(jù)和對(duì)上規(guī)約下發(fā)的部分控制數(shù)據(jù)，所有通信裝置的所有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)都將保存在實(shí)時(shí)庫(kù)中。 |
2 | 歷史庫(kù)子系統(tǒng) | 周期性地轉(zhuǎn)存實(shí)時(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)，作為高級(jí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)來(lái)源。 |
3 | 對(duì)上規(guī)約子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)與主站通訊，包括：與61850主站通訊，建立全站的61850模型；與103后臺(tái)通訊，建立全站的103模型；通過(guò)101、104、CDT、DNP等對(duì)上規(guī)約與主站進(jìn)行通訊。響應(yīng)主站的數(shù)據(jù)問(wèn)答請(qǐng)求，并將主站控制命令下發(fā)到對(duì)下單元。 |
4 | 對(duì)下規(guī)約子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)與站內(nèi)裝置通訊，包括：對(duì)下連接61850 裝置；對(duì)下連接103裝置；連接以Modbus、 |
|
| 102等小規(guī)格通訊的裝置。采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)下的控制命令。 |
5 | PMU子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)采集并轉(zhuǎn)發(fā)站內(nèi)的實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)，采集周 期控制在10~100ms之間。 |
6 | 視頻轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)接收并轉(zhuǎn)發(fā)視頻采集終端上送的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)編碼、壓縮等處理后，轉(zhuǎn)發(fā)給主站端的視頻監(jiān)控中心。 |
7 | GPS時(shí)鐘同步子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、B碼、差分、串口等多種方式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的接收解析同步，并負(fù)責(zé)向站內(nèi)保護(hù)測(cè)控和智能設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的同步發(fā)布。 |
8 | 雙機(jī)冗余子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)管理雙機(jī)冗余配置時(shí)的兩側(cè)主備關(guān)系處理。實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備用，兩側(cè)數(shù)據(jù)同步，自動(dòng)切換等功能。 |
9 | 開(kāi)入開(kāi)出子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)采集裝置的開(kāi)入狀態(tài)，并負(fù)責(zé)根據(jù)裝置的狀態(tài)信息設(shè)置開(kāi)出量的值。 |
10 | 人機(jī)界面子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)人機(jī)交互管理，實(shí)際通過(guò)指示燈、液晶顯示、鍵盤(pán)操作、外部組態(tài)調(diào)試工具來(lái)完成的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、通信報(bào)文監(jiān)視、參數(shù)設(shè)置、工程配置、診斷分析等人機(jī)交互功能。 |
11 | 邏輯子系統(tǒng) | 負(fù)責(zé)復(fù)合信號(hào)的編輯和解析、遙控閉鎖邏輯等 邏輯運(yùn)算。 |
12 | 高級(jí)應(yīng)用子系統(tǒng) | 根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)部分高級(jí)應(yīng)用的功能，如VQC、小電流接地選線等 |
2．保信主站
1)體系結(jié)構(gòu)
保護(hù)信息管理系統(tǒng)由統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)和基于該平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的保護(hù)信息管理應(yīng)用組成。系統(tǒng)采用了分布式、可擴(kuò)展、可異構(gòu)的體系架構(gòu)，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)可在各個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行靈活配置，而無(wú)需對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行修改。整個(gè)系統(tǒng)可以由安裝不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)功能可根據(jù)用戶需求方便地進(jìn)行擴(kuò)展，最大程度滿足用戶對(duì)系統(tǒng)靈活性和可伸縮性的要求。
用于各級(jí)調(diào)度和超高壓局繼電保護(hù)和故障錄波器運(yùn)行管理，為及時(shí)準(zhǔn)確處理電網(wǎng)事故提供信息支持、輔助分析與決策參考。
保護(hù)信息管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)如下圖所示。
圖：保護(hù)信息管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)
與AII技術(shù)的關(guān)系
與AII總體架構(gòu)的關(guān)系
參考AII總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，本驗(yàn)證示范平臺(tái)對(duì)照符合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)泛在的無(wú)線連接需求，采用5G新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究和部署來(lái)支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。本驗(yàn)證示范平臺(tái)對(duì)照滿足AII安全體系和AII數(shù)據(jù)體系目標(biāo)框架。
AII安全
本驗(yàn)證示范平臺(tái)將遵循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提供的安全體系,將和AII安全組密切合作，邀請(qǐng)安全組成員參加驗(yàn)證示范平臺(tái)項(xiàng)目評(píng)審。本驗(yàn)證示范平臺(tái)的安全機(jī)制：
通過(guò)5G切片+MEC的形式打造高質(zhì)量的5G網(wǎng)絡(luò)，切片實(shí)現(xiàn)5G傳輸管道的隔離，MEC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化處理，無(wú)需上傳到上層核心網(wǎng)或者是Internet外網(wǎng)。5GSA網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)端到端QoS或切片技術(shù)，為基于5G的分布式能源監(jiān)控系統(tǒng)提供一張時(shí)延和帶寬有保障的，與網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)隔離的虛擬專有網(wǎng)絡(luò)，從無(wú)線基站、傳輸?shù)?/span>核心網(wǎng)用戶面和控制面端到端共享網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)切片技術(shù)，為用戶提供具有特定SLA保障的邏輯專網(wǎng)。
(1)切片安全
5G網(wǎng)絡(luò)切片是基于無(wú)線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)與核心網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)面向不同業(yè)務(wù)特征的邏輯網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營(yíng)商可以為不同行業(yè)應(yīng)用在共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上通過(guò)能力開(kāi)放、智能調(diào)度、安全隔離等技術(shù)分別構(gòu)建彼此隔離的5G網(wǎng)絡(luò)切片，提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)有利于構(gòu)建以運(yùn)營(yíng)商為中心的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)生態(tài)，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，拓展新的收入來(lái)源。同時(shí)，對(duì)于垂直行業(yè)而言，網(wǎng)絡(luò)切片也有利于大大降低專網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，并且可以借助網(wǎng)絡(luò)切片靈活的性能彈縮優(yōu)勢(shì)，快速滿足動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)需求。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用是電信網(wǎng)絡(luò)的一次重大變革，為電信網(wǎng)絡(luò)和行業(yè)應(yīng)用的深度融合奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。區(qū)別于傳統(tǒng)物理專網(wǎng)的私有性與封閉性，5G網(wǎng)絡(luò)切片是建立在共享資源之上的虛擬化專用網(wǎng)絡(luò)，切片安全除了提供傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制之外(例如接入認(rèn)證、接入層和非接入層信令和數(shù)據(jù)的加密與完整性保護(hù)等)，還需要提供網(wǎng)絡(luò)切片之間端到端安全隔離機(jī)制。
(2)MEC邊緣計(jì)算安全
在MEC安全策略方面，MEC能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化處理，保障數(shù)據(jù)安全性，其中的UPF網(wǎng)元下沉，也可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，支撐低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù)。MEC邊緣云安全滿足等保2.0標(biāo)準(zhǔn)安全通用要求、云計(jì)算安全擴(kuò)展要求，構(gòu)建“一個(gè)中心、三重防護(hù)”的技術(shù)架構(gòu)，保障MEC邊緣云通信網(wǎng)絡(luò)安全、區(qū)域邊界安全、計(jì)算環(huán)境安全。
MEC的安全防護(hù)繼承了電信云數(shù)據(jù)中心的安全防護(hù)手段，包括云化的基礎(chǔ)設(shè)施加固，以及虛擬化的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)等。同時(shí)，針對(duì)MEC面臨的全新安全挑戰(zhàn)，還需要從多個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性的加固。
物理安全：根據(jù)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景，MEC節(jié)點(diǎn)可部署在邊緣數(shù)據(jù)中心、無(wú)人值守的站點(diǎn)機(jī)房，甚至靠近用戶的現(xiàn)場(chǎng)。由于處于相對(duì)開(kāi)放的環(huán)境中，MEC設(shè)備更易遭受物理性破壞，需要與場(chǎng)所的提供方一起，共同評(píng)估和保障基礎(chǔ)設(shè)施的物理安全，引入門(mén)禁、環(huán)境監(jiān)控等安全措施；對(duì)于MEC設(shè)備，還需要加強(qiáng)自身防盜、防破壞方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備的I/O接口、調(diào)試接口進(jìn)行控制。此外MEC節(jié)點(diǎn)還必須具備在嚴(yán)苛、惡劣物理環(huán)境下的持續(xù)工作能力。
平臺(tái)安全：針對(duì)部署在運(yùn)營(yíng)商控制較弱區(qū)域的MEC節(jié)點(diǎn)，需要引入安全加固措施，加強(qiáng)平臺(tái)管理安全、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸安全，在需要時(shí)引入可信計(jì)算等技術(shù)，從系統(tǒng)啟動(dòng)到上層應(yīng)用，逐級(jí)驗(yàn)證，構(gòu)建可信的MEC平臺(tái)。為保證更高的可用性，同質(zhì)化的MEC之間可以建立起“MEC資源池”，相互之間提供異地災(zāi)備能力，當(dāng)遇到不可抗的外部事件時(shí)，可以快速切換到其他MEC，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。
網(wǎng)絡(luò)安全：MEC連接了多重外部網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的邊界防御、內(nèi)外部認(rèn)證、隔離與加密等防護(hù)技術(shù)，需要繼續(xù)在MEC中使用。從MEC平臺(tái)內(nèi)部來(lái)看，MEC被劃為不同的功能域，如管理域、核心網(wǎng)域、基礎(chǔ)服務(wù)域(位置業(yè)務(wù)/CDN等)、第三方應(yīng)用域等，彼此之間需要?jiǎng)澐值讲煌?/span>全域，引入各種虛擬安全能力，實(shí)現(xiàn)隔離和訪問(wèn)控制。同時(shí)需要部署入侵檢測(cè)技術(shù)、異常流量分析、反APT等系統(tǒng)，對(duì)惡意軟件、惡意攻擊等行為進(jìn)行檢測(cè)，防止威脅橫向擴(kuò)展。此外，基于邊緣分布式的特點(diǎn)，可以在多個(gè)MEC節(jié)點(diǎn)部署檢測(cè)點(diǎn)，相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)對(duì)惡意攻擊的檢測(cè)。
詳細(xì)清單
驗(yàn)證示范平臺(tái)中設(shè)計(jì)的組件：
現(xiàn)場(chǎng)級(jí)：
?IT網(wǎng)絡(luò)接入：智能網(wǎng)關(guān)/交換機(jī)/路由器；
?無(wú)線接入：5G基站、5G終端；
平臺(tái)層：繼電保護(hù)信息系統(tǒng)、MEC
自服務(wù)
平臺(tái)、5G專網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)
風(fēng)險(xiǎn)模型
研究基于5G網(wǎng)絡(luò)切片的安全防護(hù)方案，構(gòu)建專屬核心網(wǎng)配合專屬UPF、MEC的網(wǎng)絡(luò)安全管理拓?fù)洌治鲭?/span>氣量、開(kāi)關(guān)量等信息泄露對(duì)保護(hù)判據(jù)的影響，對(duì)受攻擊程度進(jìn)行分類，對(duì)應(yīng)制定安全隔離措施。
安全聯(lián)系人
中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河北省分公司，王世如，18603210019
與已存在AII測(cè)試床的關(guān)系
AII現(xiàn)沒(méi)有5G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)測(cè)試床，也沒(méi)有電力行業(yè)相關(guān)測(cè)試床。
測(cè)試床成果交付
(1)基于5G通信，實(shí)現(xiàn)了35kV線路差動(dòng)保護(hù)功能，包括兩端差動(dòng)保護(hù)和三端差動(dòng)保護(hù)。
(2)基于5G通信，既實(shí)現(xiàn)了同一電壓等級(jí)的手拉手串供變電站之間的區(qū)域備自投功能，又實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)的上下級(jí)變電站之間的上下級(jí)備自投優(yōu)化配合關(guān)系。
(3)基于5G通信的保信系統(tǒng)，通過(guò)把保信子站配置到調(diào)度端，避免在每個(gè)變電站均配置保信子站，從而節(jié)約了保信子站裝置配置數(shù)量并減少了相關(guān)運(yùn)維工作量。
(4)基于MEC建立一張5G電力專網(wǎng)，通過(guò)端到端MEC+Qos提供一張時(shí)延和帶寬有保障的、與公網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)隔離且具有特定SLA保障的的邏輯專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、
NFV/SDN實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)靈活部署，按網(wǎng)絡(luò)需求制定業(yè)務(wù)切片，保證上行速率、高可靠、低時(shí)延的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)不出園區(qū)的安全和隔離要求。
(5)基于5GSA基站的架構(gòu)，完成5G信號(hào)連續(xù)覆蓋的前提下，利于減少建站投資并且降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。由于NSA需借助4G無(wú)線空口(NSA無(wú)線錨點(diǎn)在4G)，但現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)架構(gòu)和4G空口卻無(wú)法滿足5G對(duì)于時(shí)延和傳輸可靠性的要求。
其他信息
測(cè)試床使用者
測(cè)試床初期僅限于現(xiàn)有的合作伙伴使用，示范平臺(tái)成熟后向聯(lián)盟中企業(yè)及社會(huì)開(kāi)放
測(cè)試床知識(shí)產(chǎn)權(quán)說(shuō)明
中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河北省分公司、聯(lián)通雄安產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司、國(guó)網(wǎng)河北電力有限公司對(duì)本測(cè)試床的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及使用擁有產(chǎn)權(quán)。本測(cè)試床相關(guān)的專利、軟件著作權(quán)等在測(cè)試建設(shè)合作單位中根據(jù)情況協(xié)商確定。
部署，操作和訪問(wèn)使用
驗(yàn)證示范平臺(tái)部署在雄安新區(qū)。初期將開(kāi)放給項(xiàng)目參與單位開(kāi)展技術(shù)試驗(yàn)，待成熟后向更多的合作伙伴開(kāi)放。
測(cè)試床資金
預(yù)計(jì)約為850萬(wàn)
測(cè)試床時(shí)間軸
2020年5月~6月，需求分析，各合作方溝通確認(rèn)示范項(xiàng)目具體需求
2020年6月~9月，完成相關(guān)策略研究，相關(guān)樣機(jī)研制和系統(tǒng)搭建
2020年10月~12月，完成方案研究，結(jié)合新區(qū)示范應(yīng)用
2021年1月~6月，完成智能運(yùn)維方案研究，結(jié)合新示范區(qū)應(yīng)用
2021年6月~12月，總結(jié)項(xiàng)目成果，形成國(guó)際領(lǐng)先、可推廣的應(yīng)用
聲明
本報(bào)告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見(jiàn)。本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開(kāi)場(chǎng)合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
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