摘 要：
随着以新能源为主体的新型电力系统的发展，传统的配电网保护难以满足坚强配电网的建设需求及自愈要求，因此结合5G网络的特点，研究了适用于配电网的5G网络切片技术，以提高通信的实时性；提出了基于边缘计算的相邻区域自适应相关系数算法，以提高数据分析的稳定性；以分布式数据传输单元（DataTransferUnit，DTU）为依托，提出了公共单元网络架构，构建了低时延、同步的5G通道，实现DTU公共单元间的故障信息联动与边缘计算快速处理，为配电网更为精准、更为智能化的故障定位和隔离恢复提供支撑。
内容目录：1 配电网5G切片技术1.1 切片原型系统1.2 时间同步技术2 自适应相关系数算法
3 实验验证与结果分析
3.1 分布式DTU差动保护安装部署结构
3.2 时延分析
3.3 系统保护响应分析
4 结?语
随着产业技术的发展和人们生活质量的提高，社会对于供用电的可靠性也有了更高的要求，因此需要确保配电网的运行安全，缩短故障停电时间。电力物联网建设通过广泛接入和全面感知实现电网末端配用电设备的实时可靠控制，最终实现能源生产和消费的信息互通共享。其中，无线网络在电力物联网中具有不可或缺的地位，5G应用场景与电力物联网发展高度契合，并在基站、通信网络等方面具有先天资源优势，有力支撑配电网的深入发展。
目前配电网的差动保护业务对通信时延要求苛刻，要求保护装置之间实时快速通信，之前只有光纤能够满足这种高要求，导致配网差动保护终端之间的通信高度依赖光纤，而光纤敷设难度大、成本高，且点多面广、布局分散，还具有一定限制性。此外，光纤无法精准运用差动保护技术，线路故障隔离存在盲点，且无法满足日益增多的接入需求，不利于差动保护在配电网的推广应用。包括4G在内的传统的无线网络通信无法满足电网控制类业务安全隔离和差异化网络需求，配电网差动保护业务的通信通道难题因而成为电力通信网的关键痛点之一。
文献[6]提出了基于4G无线通信的自适应分布式差动保护系统，它利用电力无线专网技术，实现配电自动化终端与主站通信，同时结合IEEE协议保证时钟同步，但其中的保护精度及响应特性还需进一步验证。文献[7]利用直流线路故障暂态特性，提出基于直流线路两端的电流和、差计算相关系数，构造判据特征量的方法，但此方法未系统分析通信方式和两端电流同步变化成分。文献[8]研究了一种基于动态时间规划的电流差动保护判据计算方法，但是由于此算法需要对大量路径及这些路径中的所有节点进行匹配计算，计算量极大，导致计算时间过长，在一定程度上影响动作时间。此外，已有公网无线通信技术及电力无线专网通信技术存在带宽小、时延高、稳定性不足等问题，使无线通信技术难以适用于实际配电网生产控制业务。
因此，针对如何发挥5G低时延、大连接特性的问题，本文研究适用于配电网的5G网络切片技术，提出基于边缘计算的区域相关系数算法，并以分布式数据传输单元（DataTransferUnit，DTU）为依托，提出公共单元网络架构，构建低时延、同步的5G通道，实现DTU公共单元间的故障信息联动与边缘计算快速处理，为配电网更为精准、更为智能化地故障定位和隔离恢复提供支撑。
１
配电网5G切片技术
1.1 切片原型系统
5G技术作为4G技术的演进，它利用超高频段、新型多天线、同时同频全双工、终端直通技术（DevicetoDevice，D2D）、密集网络及新型网络架构实现超低时延、超高带宽、海量接入的通信网络，主要定义了增强型移动宽带、海量物联网通信以及超高可靠与低时延通信3大应用场景。
电力物联网的配用电环节相关业务种类多，如配电自动化、用电信息采集、施工作业管控等电力业务的应用场景各不相同，对通信网络的带宽、时延及安全性的要求也各有差异。结合应用场景，引入网络切片技术，在同一个物理基础网络上划分多个互相隔离的虚拟网络，通过网络虚拟化技术，将网络中的各类物理资源抽象成虚拟资源，并基于指定的网络功能和特定的接入网技术，按需构建端到端的逻辑网络，提供一种或多种网络服务。
面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。此外，当前无线技术创新也呈现多元化发展趋势，除了新型多址技术，超密集组网、新型网络架构等也被认为是5G的主要技术方向，均能够在5G主要技术场景中发挥关键作用。针对电力物联网多样化、需求差异化的特征，设计的网络切片总体架构如图1所示。该架构基于基础设施网络，通过顶层的编排及业务支撑系统来进行切片的部署和统一管理，结合端到端切片管理架构、质量保证技术和资源调度技术，实现各域子切片管理技术的协同，以及切片需求指标的分解、回馈、更新及测量等功能，构建不同的业务网络切片。在总体架构中，一个端到端服务化网络切片包含满足特定服务需求所需要的网络功能微服务模块及相关资源，并基于网络功能虚拟化技术实现切片配置、切片管理等应用。
图1 面向电力物联网的5G切片总体架构
1.2 时间同步技术
无线网络场景下的时间同步是电力物联网终端控制与协同工作的必要条件。常见的信号同步方法主要有基于数据通道的同步方法和基于全球定位系统同步时钟的同步方法。其中，基于数据通道的同步方法包括采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法，其中，采样时刻调整法应用较多。基于全球定位系统同步时钟的同步方法则采用全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）进行时钟同步。
本文将电力系统中所有设备、用户的信息和数据全时空连接，实现数据上下贯通。时间同步机制和流程如图2所示。其中基站之间的高精度时间同步的基础是精准时间协议（PrecisionTimeProtocol，PTP）的报文同步与同步时间戳交互[12,13]。而针对终端之间的时间同步是本文
