基于5G 技术的电力配电自动化系统优化研究

作者简介：纪志鹏（1994.11—），男，汉族，山东威海人，本科，主要研究方向为机电一体化、电气工程及其自动化。999Sep145··第42卷第期2026年月ITREPORT,No.,202赋能配电自动化的重要切入点。传统监测场景中，部分偏远区域配电网终端因光纤铺设成本高，多采用4G通信，存在数据传输时延高、带宽有限的问题，导致监测数据更新滞后，无法及时发现线路过载、设备异常等隐患。5G技术的低时延特性，能实现监测数据的秒级上传，配电网线路电流数据可实时同步至调度中心，确保调度人员及时掌握线路负载变化；其高带宽特性支持终端设备传输高清红外测温图像、设备内部状态视频，通过5G传输配电开关的高清视频，调度中心可直观判断开关触点是否存在过热故障；其广连接特性可支持同一区域内数千个监测终端同时接入，在大型工业园区配电网中，5G能同时接入变压器监测终端、电缆测温终端、无功补偿装置终端，实现配电网全域状态感知，为后续故障诊断与优化调度奠定数据基础［1］。1.2配电网故障快速处置场景配电网故障快速处置是配电自动化系统的核心功能，涵盖故障定位、隔离与恢复供电三个环节，直接影响供电可靠性。5G技术在该场景的适配性，决定了故障处置的效率，而快速的故障处置能最大限度减少停电时间、降低用户损失，因此该场景是5G技术提升配电自动化系统实用价值的关键领域。传统故障处置中，依赖配电终端与调度中心的通信交互实现故障定位，受限于通信时延，故障定位往往需要3—5分钟，后续隔离故障、恢复非故障区域供电的控制指令传输也存在延迟，导致停电时间较长。5G技术的低时延与高可靠性，能显著压缩故障处置时间：故障定位阶段，5G可实现配电终端与调度中心的实时数据交互，终端采集的故障电流波形数据能瞬间上传，调度系统结合多终端数据可在30秒内完成故障区段定位；故障隔离阶段，调度中心向故障区段开关设备发送分闸指令，通过5G传输可在10毫秒内到达，确保开关快速分闸隔离故障；恢复供电阶段，5G支持调度中心同时向多个非故障区段开关发送合闸指令，实现多线路协同恢复。图15G赋能配电网故障快速处置流程图该流程图直观呈现了5G技术在故障处置全流程的应用逻辑，核心依托5G低时延特性压缩数据传输与指令下发时间，通过“边缘节点快速处置+核心网全局决策”的两级架构，将传统3—5分钟的故障定位时间缩短至30秒内，故障处置全程控制在3分钟以内，显著提升供电可靠性。流程中突出了5G技术在数据采集、指令传输、多终端协同中的核心支撑作用，清晰地展现了“感知—传输—决策—控制”的闭环逻辑。1.3配电网柔性控制场景配电网柔性控制是适应新型电力系统的重要功能，核心是对分布式光伏、储能装置、电动汽车充电桩等灵活资源进行协同调度，实现配电网功率平衡与电压稳定。5G技术在该场景的适配性，决定了柔性控制的精准度与响应速度，而精准的柔性控制能提升新能源消纳能力、优化配电网运行效率，因此该场景是5G技术推动配电自动化系统向智能化升级的核心方向［2］。传统柔性控制中，因通信技术无法满足多设备实时协同需求，多采用离线计划加人工调整的模式，难以应对分布式光伏出力波动、电动汽车充电负荷变化等动态场景，易导致配电网电压越限、功率倒送等问题。5G技术的广连接与低时延特性，能实现灵活资源的实时协同控制：在分布式光伏消纳方面，5G可实时传输光伏逆变器的出力数据至调度中心，调度中心根据配电网线路负载情况，通过5G向逆变器发送有功功率调节指令，当线路负载过高时，指令逆变器降低出力，避免线路过载；在电动汽车有序充电方面，5G能同时接入大量充电桩终端，调度中心可根据配电网峰谷电价与负荷状态，向充电桩发送充电时段调整指令，在用电高峰时段，指令充电桩延迟充电，在低谷时段启动充电，实现削峰填谷；在储能装置控制方面，5G支持储能变流器与调度中心的毫秒级交互，当配电网发生电压跌落时，调度中心可快速指令储能装置释放无功功率，支撑电压稳定，确保配电网柔性运行。2基于5G技术的电力配电自动化系统优化策略2.1优化5G通信架构，提升系统可靠性优化5G通信架构是5G技术赋能配电自动化系统的基础，核心是结合配电网拓扑特点与自动化需求，构建核心网加边缘节点加终端的三层通信架构，解决传统通信架构中数据传输路径长、可靠性不足的问题，为系统实时监测、故障处置与柔性控制提供稳定通信支撑。2.1.1核心网层面在核心网层面，需采用“电力专用网络切片”技术，根据配电自动化业务的不同需求，划分三类专用切片，实现资源精准分配：一是故障处置切片，针对故障定位、隔离等对时延敏感的业务，分配10毫秒以内的端到端时延、100Mbps以上的带宽、99.999%的可靠性，切片内采用“优先级调度”机制，确保故障指令优先传输，不受其他业务干扰；二是实时监测切片，针对线路电流、设备温度等数据采集业务，分配50Mbps以上的带宽、10—20毫秒的时延、99.99%的可靠性，支持高清图像与海量数据传输，切片内采用“流量控制”机制，避免数据突发导致的网络拥堵；三是柔性控制切片，针对新能源调度、充电桩控制等业务，分配20—30毫秒的时延、20Mbps以上的带宽、99.99%的可靠性，支持多终端同步通信，切片内采用“广播传输”机制，提升多设备协同效率。2.1.2边缘节点层面在边缘节点层面，需结合配电网调度层级，在县级或区域级配电网调度中心部署5G边缘计算节点，实现“数据就近999Sep146··第42卷第期2026年月ITREPORT2,No.,2026处理、指令就近下发”：一是下沉数据处理任务，将故障定位算法、负荷预测模型、设备状态评估模型等部署在边缘节点，边缘节点可直接处理终端上传的故障数据、负荷数据，无需传输至远端核心网，如边缘节点处理1000个终端的负荷数据仅需50毫秒，较传输至核心网处理缩短80%时间；二是优化指令传输路径，边缘节点可直接向辖区内终端发送控制指令，如向10公里内的开关设备发送分闸指令，传输时延可控制在5毫秒以内，较通过核心网转发缩短50%；三是存储本地数据，边缘节点存储辖区内配电网的历史监测数据、故障记录、控制策略等，当核心网与边缘节点通信中断时，边缘节点可基于本地数据实现“本地化控制”，确保系统基本功能正常运行，提升抗风险能力。2.1.3终端层面在终端层面，需针对配电网终端的运行环境与功能需求，优化5G终端配置：一是选用工业级5G模组，模组需具备宽温工作、抗电磁干扰、防水防尘的特性，适应配电网户外、高电磁干扰的运行环境，如在变电站内的终端，需选用抗电磁辐射强度达10V/m的模组；二是支持多链路冗余，终端同时接入边缘节点与核心网的两条通信链路，链路间采用“热备份”机制，当一条链路故障时，另一条链路可在10毫秒内切换，确保数据传输不中断，如当边缘节点链路因光纤中断故障时，终端自动切换至核心网链路，继续上传监测数据；三是优化终端功耗，针对电池供电的终端，采用“休眠—唤醒”机制，终端在无数据传输时进入休眠模式，功耗降至10毫瓦以下，有数据传输时唤醒，确保电池续航时间从3个月延长至1年以上，减少运维更换频率。2.2强化配电网全域感知能力，完善数据支撑强化配电网全域感知能力是优化配电自动化系统的关键，核心是依托5G的广连接特性，扩大感知终端覆盖范围、丰富感知数据类型，构建全要素、全时段、全区域的感知网络，为系统决策提供全面数据支撑。感知数据是配电自动化系统运行的血液，只有感知全面、数据精准，系统才能实现精准的状态评估、故障诊断与柔性控制，充分发挥5G技术的价值［3］。2.2.1感知终端向分支线路、用户侧延伸在感知终端部署方面，突破传统仅在主干线路、重要开关部署终端的局限，向分支线路、用户侧延伸：在分支线路部署小型化5G配电终端，监测分支线路电流、电压与功率，及时发现分支线路过载隐患；在用户侧电动汽车充电桩、分布式光伏逆变器、家用储能装置上加装5G通信模块，实时采集用户侧用电与发电数据，掌握配电网潮流分布；在配电设备上安装5G智能传感器，采集设备温度、局部放电、振动等状态数据，提前预判设备故障。2.2.2感知数据类型新增环境数据与图像数据在感知数据类型方面，除传统的电气量数据外，新增环境数据与图像数据，通过5G传输配电线路的覆冰图像，系统可通过图像识别算法计算覆冰厚度，判断是否需要启动融冰装置；通过5G传输电缆接头的红外测温图像，系统可识别接头过热故障，避免电缆烧毁。在数据质量保障方面，建立5G感知数据校验机制，通过边缘节点对终端上传的数据进行实时校验，剔除异常数据，同时采用数据加密传输技术，保障感知数据在传输过程中的安全性，防止数据泄露或被篡改，确保数据真实可靠。2.3提升配电网精准控制效率，优化运行效能提升配电网精准控制效率是优化配电自动化系统的核心目标，核心是依托5G的低时延特性，优化控制指令传输流程、实现多设备协同控制，提升系统对故障处置与柔性控制的响应速度，优化配电网运行效能。在故障处置控制方面，优化指令传输流程：当5G感知网络发现故障后，边缘节点可直接向故障区域相关终端发送初步隔离指令，同时将故障信息同步至核心网调度中心，无需等待调度中心下达指令，实现边缘快速处置加核心网确认优化的两级控制模式，进一步缩短故障隔离时间。在控制效果评估方面，建立5G控制效果反馈机制，控制指令执行后，终端通过5G实时向系统反馈执行结果，系统根据反馈结果判断控制是否有效，若无效则立即调整控制策略，确保控制目标实现，提升系统控制精度。3结语总而言之，基于5G技术的电力配电自动化系统优化，是数字技术与电力系统深度融合的重要体现，通过优化5G通信架构、强化全域感知能力、提升精准控制效率，能有效突破传统配电自动化系统的瓶颈，显著提升配电网的可靠性、灵活性与智能化水平，为新型电力系统建设提供关键支撑。实践表明，5G技术在配电网实时监测、故障处置与柔性控制场景中具有显著优势，能大幅缩短故障停电时间、提升新能源消纳能力、优化配电网运行效率，符合未来配电网发展需求。未来，还需进一步探索5G与人工智能、大数据技术的融合应用，通过5G传输的海量数据训练故障诊断AI模型、配电网优化调度模型，实现配电自动化系统的自主决策与自愈运行。参考文献：［1］邱兵兵,毛佳艺,尚欣羽,等.5G技术在配电网通信中的运用研究［J］.中国电子商情,2025,31(19):133-135.［2］杜铭展.配电自动化系统中无线通信技术应用研究［J］.中国宽带,2025,21(11):130-132.［3］陈永涛,王浩,师留阳,等.基于5GRedCap结合电力鸿蒙的配电自动化中通信协议优化研究［J］.科技与创新,2025(17):117-120.999Sep147