支撑新型电力系统高效可靠运行

的5G应用成果

  完成单位：国网信息通信产业集团有限公司

  主要完成人：赵训威、王进帅、郭光明、付海旋、章灵芝、赵国锋、胡明、李金安、王日宁、张珉恺

一、研发背景

在双碳背景下，可再生能源将成为新型电力系统中电能量的主要提供者，将带来电源结构、电网形态、负荷特性、运行特性等方面的深刻变化，要求具备更高通信性能，更强安全性和更低成本的电力通信网络服务新型电力系统。5G通信与新型电力系统新需求高度契合，5G行业应用的政策及电力业务需求双重背景，项目团队积极响应“5G+能源互联网“战略，围绕5G在能源领域的融合应用关键技术开展研究工作，基于发明专利“一种分布式无线通信配电网差动保护方法及系统”的核心技术，研制了具备产业核心竞争力的电力定制化多形态5G通信终端产品，具有部署方便、安全可靠、轻量化的特点，并结合5G与本地通信技术因地制宜形成面向多业务场景的差异化5G应用解决方案，通过技术创新与应用推广，系统地形成了支撑新型电力系统高效可靠运行的5G应用成果。

二、发明团队介绍

国网信息通信产业集团是该专利的第一专利权人，负责该专利的技术研究及生产应用。集团一直致力于能源互联网方向信息通信技术的研究，为促进本专利技术价值的实现，发明团队（信产研究院通信团队）在重点科技项目的研发成果中充分运用了本发明专利的技术，逐步迭代设计丰富产品形态，研制了具有自主知识产权的电力定制化5G终端+网络共十余款通信产品，形成了面向多业务场景的差异化5G应用解决方案，支撑开展业务试点验证及应用模式探索等工作，在5G承载新型电力系统各类业务的可行性方面提供了有力支撑，并取得了阶段性成果。

三、成果(专利)简介

本专利为发明专利，专利号ZL202110512177.X，授权日期：2022年08月12日。本发明针对配电网差动保护业务需求，提出一种分布式无线通信配电网差动保护方法及系统，通过5G通信终端利用5G网络超低时延特性满足差动保护业务实时性需求，通过“国网芯”轻量化加密方案保证了业务数据的安全传输，从而保障了无线网络下差动保护业务的可靠承载。

本发明提出在承载配网差动保护业务数据转发的外接5G CPE上加装“国网芯”安全TF卡，CPE基于安全TF卡与安全网关建立安全链接，保证了终端的可信接入；当两端CPE都接入安全网关后，安全网关将与两端CPE协商的密钥分别告知对端，供对端对收到的业务数据包进行解密，这样通过配置安全网关实现数据的透传，避免了因安全网关对CPE数据解密和加密过程，从而减少了因数据加解密导致的网络时延。与现有技术相比，本专利在利用5G网络超低时延特性对差动保护业务转发的同时，通过轻量化加密方案保证了业务数据的安全传输。

基于本发明技术研发的电力5G通信终端已在国网多个地市公司开展试点应用，实现对配电网故障的快速响应，保障配电网安全稳定运行效果显著。因此，本专利具有明显的新颖性、创造性和实用性。本发明专利文本中包括9项权利要求，其中包括2项独立权利要求，权利要求清楚，保护范围合理；说明书就方法和系统共提供了实施案例，叙述清晰、公开完整，保证本专业技术人员可以完全理解并实施技术内容。

本发明技术属于原创性技术，具有部署方便、安全可靠、轻量化的特点，满足配电网差动保护对网络时延和传输安全的要求，同时具备向配网自动化、分布式电源群调群控等业务的推广应用前景，对于新型电力系统的建设具有重要意义。

四、成果（专利）转化情况介绍

本专利涉无线通信领域，针对配电网差动保护业务的应用中，光纤敷设成本高且存在光纤难以覆盖的配网点，传统无线方案难以满足业务对时延和安全性的要求，提出了一种无线网络的轻量化加密方法及系统，以提高无线网络对配电网差动保护业务的承载能力，具有很强的实用性。本专利创新性地提出在配电网差动保护业务中采用基于“国网芯”的轻量化加密方法，通过安全网关将收到的一端CPE的加密数据透传给对端CPE的方式，避免了安全网关对数据的解密和加密的过程，从而尽可能的减少因加密导致时延的增加，从而在保证业务数据的安全传输的同时满足差动保护业务对低时延的要求。

该专利第一权利人国网信息通信产业集团有限公司基于该技术研制了具备产业核心竞争力的电力定制化多形态5G通信终端产品，具有部署方便、安全可靠、轻量化的特点，并结合5G与本地通信技术因地制宜形成面向多业务场景的差异化5G应用解决方案，通过技术创新与应用推广，系统地形成了支撑新型电力系统高效可靠运行的5G应用成果。

目前，成果已在国网多个地市公司开展试点验证与规模应用，立足一线业务实践了5G新技术与电力业务的高效融合应用，支撑实现源网荷储互动更友好，新能源消纳水平更平衡，绿色电源应用更充分，整体技术应用已满2年，规模应用满一年。其中，在配网差动保护、分布式电源群调群控、负荷控制等场景取得了良好的应用效果，有效支撑了对配电网故障的快速响应和分布式能源的有序接入与并网消纳，保障了配电网安全稳定运行效果显著，推动新型能源服务与低碳能源生态的发展。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益

国网信息通信产业集团有限公司应用基于本专利生产的多形态电力5G通信终端，2021至2022年新增合同额为493.42万元，利润率按照30%计算，利润为148.03万元。基于该专利完成的科技成果转化目前已在实际电网业务中部署应用并取得良好效果，涉及配网差动保护、精准负荷控制、用电信息采集等多个电网业务，充分证明信产集团通信产品对多种电网业务的承载能力，增强了信产集团自主产品的市场竞争力。

2.社会效益

有利于新型电力系统的建设和战略性新兴产业的发展。5G技术经过几年的发展，已经形成了一定的市场规模，但是在电力等垂直行业推广应用还处于试点阶段。信产集团基于该专利自主研发了电力5G系列终端，为配网差动保护、分布式电源群调群控等业务提供低时延和安全传输通信网络，有力支撑新型电力系统的建设，同时为国家战略性新兴技术在垂直行业的应用提供了良好的示范作用。

有利于保障配电网的安全稳定运行。信产集团基于本专利研发了具备“国网芯”安全加密功能的电力5G通信终端，能够满足配网差动保护业务对数据安全传输的需求，提升了配电网对故障的响应速度，有力保障了配电网的安全稳定运行，为建设坚强智能电网、保障电力系统提供强有力的技术支撑和产品保障。

成果具有引领示范及带动作用。基于该专利的项目整体技术在福建、上海等多省市成功进行了示范应用，应用反馈良好，研究成果及相关技术手段具有示范性及可推广性，可面向高清视频监控、分布式电源群调群控等多业务领域提供技术支撑，可有效支撑新型电力系统的建设。