火力发电厂中5G技术的应用分析

国电电力邯郸东郊热电有限责任公司 龚 平

电力能源是我国工业中重要的部分之一，同时也是居民生活的必需品，据统计我国2020年全年共用电量达75110亿千瓦。现阶段，我国的电力来源主要通过水力、火力、风力、太阳能和核能发电[1]，其中火力发电是主要发电来源，占比超过70%。

火力发电厂是我国电力的主要来源，随着信息化技术的发展，火力发电厂朝着智能化、高效化的方向前进。5G是新一代的通信技术，具有更高的传输速度，它在火电厂某些场景中更具优势。火力发电厂中的工作环境恶劣，同一个工作往往需要3个班次以上的组轮流工作，大大增加了人力财力的投入，并且工人的安全还不能得到保障。随着信息化技术的发展，智能化技术开始应用在发电厂中，这些技术使得发电厂生产工作更加智能化、数字化，大大改变了工人的工作环境，智能电网成为当前电网的发展方向。

通信网是智能电网发展的重要支撑设施，我国电网通信方式主要有有线网络和无线网络，其中无线网络有WiFi、蓝牙、4G等。目前，蓝牙和WiFi等无线通信传输距离较短、速率低，不适合在障碍较多的火电厂。4G通信虽然范围大，速率相对提升，但是其延迟较高、可靠性低。为了保障发电厂的安全稳定生产，有必要发展实时性、准确性和可靠性高的通信方式。5G的发展为火电厂可靠通信提供了新方法[2]，它传输速率快、延时低，能够深刻变革电力通信网，全面提升电力信息化水平。

本文通过对火电厂中5G通信技术的典型应用进行分析，讨论5G通信技术对火电厂的影响及存在的相关问题，最后本文对火电厂的5G技术带来的网络安全性进行讨论，为智能电网5G发展提供参考。

1 5G通信技术概述

5G（5-Generation）是第五代信息通信技术的缩写，它是最新一代的通信技术，与传统的4G网络一样是数字蜂窝网络[3]，具有如下特点：传输速率高，可以达到Gbit/s；延时低至1ms左右；网络容量大，可连接更多的设备；频谱效率高达LTE的十倍之多；系统智能化水平高。5G的特点可以使其在带宽需求大的、低延时和多设备连接的网络中应用。在火电厂中对这些均有需求，因此在火电厂中应用5G技术是非常必要的，目前有些应用场景下已经实现5G的应用。

2 5G在火力发电厂的应用及影响

2.1 多设备通信和控制

在火电厂中生产环境复杂、设备类型多，包括传感器、巡检设备[4]、工作机器人和智能装备等众多设备。要发展智能化火力发电厂，各种设备均接入到互联网系统中，这些装备不仅将工作数据上传到系统，而且本身装备的状态数据也与系统实时连接。同时，不同的装备之间还需要相互通信传输。现有的有线通信无法满足机器人灵活性的需求，而蓝牙、WiFi和4G等无线通信技术的延时高，影响数据传输，遇到异常情况不能及时处理，造成损失大。

5G通信技术可以满足多个设备同时连接和通信，能够达到100万台/km2；同时，设备的移动不影响连接稳定性，在500km/h的速度下连接依旧稳定。5G通信技术包含了D2D通信和M2M通信，这些通信可以满足设备与设备之间的通信，降低了端到端之间的数据传输延时。面向智能火电厂众多的设备和移动性的需求，5G技术无疑是一种非常适合的通信方式。

2.2 火电厂信息管理系统

智能火电厂主要依托于数据管理火电厂的各种信息。由于信息管理系统需要实时的数据监控，在生产时必定产生大量的信息，这些信息包括声音、图像、数据等信息。信息将实时上传到信息管理系统系统，并进行处理、存储、分析等工作。现在存在的无线技术传输容量小，不利于海量数据的传输。

5G通信技术具有传输容量大的特点，平均达到1Gb/s的传输速率，峰值时可以达到20Gb/s。另外，5G技术结合边缘计算可以在边缘端将数据处理，减少无效数据的传输。目前，已经有研究利用5G通信技术设计了智能视频监控系统[5]，并在监控系统中加入了图像识别技术，丰富了视频监控的功能。

3 5G在火力发电厂的影响

3.1 5G推动智能化发电厂

5G通信技术在火电厂中使得各种设备可以稳定接入到互联网中，5G的低延时和高速度对发展工业互联网起到积极作用。

在视频监控中应用5G技术，可以超低延时监控到火电厂的生产信息，在信息中加入图像识别技术，可以快速得到火电厂的事故信息，及时安排人员进行处理，提高了监控系统的可靠性[6]。利用5G通信技术控制设备，低延时可以将设备的控制精度提高，能够高效化生产，提升了智能设备的应用潜力。因此，在火电厂中应用5G技术是非常有必要的，它能够推进工业互联网更加高效、智能生产。

3.2 5G提高发电厂的效益

5G在火电厂应用可以提升火电厂的效益，这主要体现在两个方面：首先，火电厂使用5G技术推进了智能化设备的应用，这将会大大节省人力的应用，同时也省去了大量的培训花费；其次，5G通信技术可以快速识别并处理故障，节省了损失；最后，5G可以使得生产更高效，节约成本，提高生产效益。

4 5G存在的问题及思考

目前，5G依旧存在一些问题：首先是安全性问题，网络安全事故每天都在发生，木马和僵尸病毒等造成的系统漏洞是产生的直接原因[7]。主要是目前我国网络安全基础设施薄弱、网络安全相关技术发展落后以及网络人才培养落后等原因；其次，5G基站密度较大，需要建设的5G基站众多，尤其是在发电厂企业中。目前5G基站的覆盖面不够，并且核心芯片技术未掌握[8]；最后，5G云端存储可能涉及到安全访问问题，恶意的访问或者攻击，将对生产数据隐私、数据保护产生威胁。

未来研究展望：针对以上可能的问题，未来需要学者和国家共同努力。国家需要在网络安全，5G建设方面加大投入，在人才培养和基础设施建设上下功夫，加速推进网络安全建设，打造良好的5G应用环境。学者需要在5G安全性和数据隐私上加深研究。利用人工智能加入到网络安全防护中，实现智能自主防护。另外为了保护数据，将区块链技术与5G技术结合，能够确保数据传输和存储的安全性，以防数据丢失。

综上，5G推动火电厂的智能化发展，为火电厂带来高效的利润，未来必将是研究的重点。但同时5G面临网络安全、基础建设不足以及数据隐私等问题需要重视，国家和学者共同努力才能更快解决这类问题。发展多种技术与5G结合是一种更可靠的生产方式，深层次的融合还需要大量的学者深入研究。