（五）威海电网：打造刘公岛5G绿色智慧电网示范区
1 企业介绍
国网威海供电公司（以下简称“威海电网”）成立于1990年，是隶属于 国家电网有限公司、国网山东省电力公司的大型国有企业。威海电网全网装 机容量415.5万kW，担负着威海全市175万客户的供电服务任务。目前，威海电网已形成以500kV昆嵛站为支撑，以220kV环形网络为骨干，110kV及以下电网遍布负荷中心，各级电源协调发展的坚强智能电网。近年来，威海电网 先后获得全国五一劳动奖状、全国文明单位、全国一流供电企业、山东电力双文明单位等荣誉称号，连续14年获评威海市年度“工作优秀单位”。
2 案例背景
刘公岛是国家5A级景区、全国红色旅游经典景区、全国低碳旅游示范区，更是威海的一张靓丽的风景名片， 威海市文旅发展集团有限公司提出打造无废景区、智慧景区、精致景区的概念。威海电网充分考虑全市旅游产业特点、刘公岛智慧景区建设以及岛内对可靠供电、优质服务的迫切需求，将刘公岛电网作为5G新技术应用“试验田”，全力打造刘公岛5G绿色智慧电网示范区，通过在岛内规划建设基于5G的“零感知”主动抢修、“全信息”智慧台区、“光储充”直流充电站和“零污染” 分布式光伏4项子任务，对刘公岛电网配电、用电各环节进行深度升级改
造，延展发电、储能新领域建设，全力打造“智慧刘公岛”和“绿色刘公岛”，全面提升刘公岛电网的科技含量、供电可靠性以及清洁能源利用水平。
在该项目组织架构中，威海电网作为项目牵头人，总体负责项目的管理与实施，负责刘公岛内5G电网应用场景的可行性分析、解决方案编制、实施效果测试，同时还提供各场景相关配套终端设备及应用软件。中国移动通信 集团山东有限公司威海分公司负责承担刘公岛5G绿色智慧电网项目的5G网络建设和维护，提供5G网络应用解决方案的测试服务。山东鲁能软件技术有限公司负责提供安全接入设备，部署新一代网络安全接入平台，制定5G安全接入解决方案，确保内外网数据可靠传输。
2020年12月，“刘公岛5G绿色智慧电网示范区”被山东省工业和信息化厅列为2020年山东省5G试点示范项目。
3 解决方案
（1）技术方案
基于刘公岛5G绿色智慧电网项目中各场景对网络、业务、安全等的需求，该案例提出基于5G网络的电力场景解决方案，总体架构分为采集层、传输层、平台层，拓扑图如图2-13所示。
运营商在刘公岛部署了3座5G基站，以保证刘公岛5G绿色智慧电网项目 中各场景5G信号的可靠传输。选取发电、配电、用电网业务环节开展应用建设，根据各应用场景不同的网络性能和安全隔离需求，依托5G专网运营管理
平台，构建统一的切片服务和运营支撑体系，并部署新一代网络安全接入平
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台。网关部分安装加密软证书和远程接入客户端，实现对各类终端的身份可
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0 信认证、数据加解密和传输数据的完整性校验等安全防护功能；网闸部分用
▲图2-13 威海刘公岛5G绿色智慧电网拓扑图
于网络隔离、内网服务的IP地址映射转换，可实现内外网之间基于数据报头 剥离、文件快速打包和数据还原的点对点数据跨网交互需求。
（2）应用场景
刘公岛电网由10kV线路为全岛进行供电，岛内10kV配电线路、设备已投入运行多年。结合岛内电网现状，威海电网在以下环节开展了大量5G融合应用探索。
1）“全信息”智慧台区——让台区更智慧
在用电环节，在岛内低压台区建设全信息感知低压智慧台区，开发集成5G通信模组的能源控制器，研发智能化表箱，在原采集架构基础上安装新型智能化表箱，在变压器低压侧安装能源控制器，在分接箱中安装末端感知模 块，在表箱中安装智能量测开关，全面感知台区用电信息，智能管控客户用电情况。
其中，电能表与末端感知模块和I型集中器之间的通信主要采取HPLC（High-speedPowerLine Carrier，高速电力线载波通信）技术，该技术带宽大、传输速率高，可实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互，I型集中器与采集主站之间采用5G通信方式。基于5G+HPLC的通信模式，较传统RS485（Recommended Standard 485，一种推荐标准，定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，支持多点通信）+GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务技术，是第二代移动通信中的数据传输技术）的通信方式，通信速率可提升100倍以上，可实现电能量、交流模拟量、工况等全量数据的高频采集，实现台区变压器—计量箱—用电客户各级 节点电能信息及异常事件采集数据的即时主动上报。
通过能源控制器、分接箱内的智能感知模块以及表箱内的智能量测开关，可以实现负荷分布的智能研判、台区拓扑的自动生成、台区线损的分级 分相治理、计量装置的主动感知、客户用电特征的精准分析五大功能，全面 构建“全信息”感知智慧台区。
2）“零感知”主动抢修——让运维更智慧
在配电环节，对台区进线、出线、电缆分支箱区进行智能化改造，在配电台区进线开关处增加监测装置，具备遥测、遥信、遥控功能，安装变压器 温度测量远传模块，保证变压器运行安全，增加配电室环境测量模块，实现 温度、湿度、烟感报警功能等；在出线开关处加装电流互感器、温度传感器，用以采集电压、电流、温度等遥测数据，同时将出线开关更换成智能型断路器，用以实现开关的遥控分合闸、三端保护、无线数据远传、电压自动
控制。采集数据通过5GCPE设备连接至5G网络，再上传至主站平台。其拓扑图如图2-14所示。
▲图2-14 刘公岛配电在线监测建设拓扑图
配电智能化改造能够实现三大功能：运行环境全景监控，安装在线监测设备，实现安防、消防、视频、设备温度以及设备负荷等现场情况的全景监 控，替代过去运行状态及各开关闭合状态仍需人工勘察巡检、手抄记录的模 式；运行信息智能采集，更换智能低压开关，实现台区运行信息就地自动采 集，本地故障研判、处理后上传服务器；台区故障快速诊断，基于5G专用传输通道，实现低压故障快速智能研判、低压线路故障自愈等高级功能应用，全面推广“零感知”主动抢修模式。
3）“光储充”直流充电站——让汽车用上绿色电
在用电环节，在岛内建设集发电、储能、充电多功能于一体的“光储充”直流充电站，满足岛内全部旅游观光车辆的绿色用电需求。直流充电站主要由电网、电动汽车充电站、储能系统、光伏发电系统和能量管理系统组成，同时利用5G技术，实现车桩数据传输、报文收集、TCU（Telematics
Control Unit，远程信息控制单元）接收处理信息及信息采集，提升车辆充电体验。
岛内已建成1套发电峰值功率可达24kW的光储充电系统，通过光伏发电、谷段储能、智慧充电，形成智能微网，包含4台160kW、一机双枪的充电桩，最多可同时为8辆电动汽车充电。
4）“零污染”分布式光伏——让全岛用上绿色电
在发电环节，充分利用岛内丰富的太阳能资源，开展绿色分布式光伏项目建设，将太阳能转换为电能，遵循“就近发电、就近并网、就近转换、就近使用”的原则，倡导发电和能源综合利用，建设总容量为160kW的分布式光伏，惠及岛内居民、商业等用电。无线终端模块信息采集使用5G通信，实现系统运行信息实时交互和协调控制，提升新能源发电消纳电量。
4 应用成效
经济效益：通过打造刘公岛5G绿色智慧电网示范区，基于分布式光伏、直流充电站等应用场景，可最大限度地降低用电成本；能够实现对岛内全部 配电室、环网柜、表箱以及附属设施的全景监控和智能巡检，每年预计可以 节约岛内人工运维成本30万元；末端感知模块可以监测表箱开关状态，及时 发现窃电行为，通过改造表箱，还可以支撑台区线损分级、分相精益管理， 试点台区线损率降低2%，每年预计可节约成本10万元；通过5G在故障自愈和主动抢修场景下的应用，减少停电范围，缩短停电时长，降低停电带来的经济损失，节约了生产成本，真正实现“节支降损”。
社会效益：充分利用5G通信、人工智能、物联网等先进技术，刘公岛电网配电侧、用电侧运行状态感知能力得到提升。采用新能源发电方式，根据 测算，新能源发电的二氧化碳排放量为33~50g/kW·h，相比于传统的火力发
电，新能源代替电网供电每度电可减少碳排放964g，每年可减少的碳排放为 上百万吨，既可以就地消纳清洁能源，减少对化石燃料的需求，又可以按需 与配电网灵活互动，刘公岛电网的供电可靠性、供电服务质量、客户满意度得到进一步提升。
管理效益：对设备的智能化改造，改变原有人工巡检的模式，实现设备状态实时监测、故障快速诊断，能够及时发现问题、及时定位故障，精准介 入设备运维，避免计划外停电，节省人力，提高供电质量。同时，在用电信息采集方面攻关，开展5G模组化集成开发，实现5G应用的“便捷化”，取得了良好的示范引领效应，在行业内极具推广和应用价值。