火力發(fā)電廠中5G技術(shù)的應(yīng)用分析

國電電力邯鄲東郊熱電有限責(zé)任公司 龔 平

電力能源是我國工業(yè)中重要的部分之一，同時也是居民生活的必需品，據(jù)統(tǒng)計我國2020年全年共用電量達(dá)75110億千瓦。現(xiàn)階段，我國的電力來源主要通過水力、火力、風(fēng)力、太陽能和核能發(fā)電[1]，其中火力發(fā)電是主要發(fā)電來源，占比超過70%。

火力發(fā)電廠是我國電力的主要來源，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電廠朝著智能化、高效化的方向前進。5G是新一代的通信技術(shù)，具有更高的傳輸速度，它在火電廠某些場景中更具優(yōu)勢。火力發(fā)電廠中的工作環(huán)境惡劣，同一個工作往往需要3個班次以上的組輪流工作，大大增加了人力財力的投入，并且工人的安全還不能得到保障。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，智能化技術(shù)開始應(yīng)用在發(fā)電廠中，這些技術(shù)使得發(fā)電廠生產(chǎn)工作更加智能化、數(shù)字化，大大改變了工人的工作環(huán)境，智能電網(wǎng)成為當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展方向。

通信網(wǎng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要支撐設(shè)施，我國電網(wǎng)通信方式主要有有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，其中無線網(wǎng)絡(luò)有WiFi、藍(lán)牙、4G等。目前，藍(lán)牙和WiFi等無線通信傳輸距離較短、速率低，不適合在障礙較多的火電廠。4G通信雖然范圍大，速率相對提升，但是其延遲較高、可靠性低。為了保障發(fā)電廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，有必要發(fā)展實時性、準(zhǔn)確性和可靠性高的通信方式。5G的發(fā)展為火電廠可靠通信提供了新方法[2]，它傳輸速率快、延時低，能夠深刻變革電力通信網(wǎng)，全面提升電力信息化水平。

本文通過對火電廠中5G通信技術(shù)的典型應(yīng)用進行分析，討論5G通信技術(shù)對火電廠的影響及存在的相關(guān)問題，最后本文對火電廠的5G技術(shù)帶來的網(wǎng)絡(luò)安全性進行討論，為智能電網(wǎng)5G發(fā)展提供參考。

1 5G通信技術(shù)概述

5G（5-Generation）是第五代信息通信技術(shù)的縮寫，它是最新一代的通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)一樣是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)[3]，具有如下特點：傳輸速率高，可以達(dá)到Gbit/s；延時低至1ms左右；網(wǎng)絡(luò)容量大，可連接更多的設(shè)備；頻譜效率高達(dá)LTE的十倍之多；系統(tǒng)智能化水平高。5G的特點可以使其在帶寬需求大的、低延時和多設(shè)備連接的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。在火電廠中對這些均有需求，因此在火電廠中應(yīng)用5G技術(shù)是非常必要的，目前有些應(yīng)用場景下已經(jīng)實現(xiàn)5G的應(yīng)用。

2 5G在火力發(fā)電廠的應(yīng)用及影響

2.1 多設(shè)備通信和控制

在火電廠中生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備類型多，包括傳感器、巡檢設(shè)備[4]、工作機器人和智能裝備等眾多設(shè)備。要發(fā)展智能化火力發(fā)電廠，各種設(shè)備均接入到互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，這些裝備不僅將工作數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)，而且本身裝備的狀態(tài)數(shù)據(jù)也與系統(tǒng)實時連接。同時，不同的裝備之間還需要相互通信傳輸。現(xiàn)有的有線通信無法滿足機器人靈活性的需求，而藍(lán)牙、WiFi和4G等無線通信技術(shù)的延時高，影響數(shù)據(jù)傳輸，遇到異常情況不能及時處理，造成損失大。

5G通信技術(shù)可以滿足多個設(shè)備同時連接和通信，能夠達(dá)到100萬臺/km2；同時，設(shè)備的移動不影響連接穩(wěn)定性，在500km/h的速度下連接依舊穩(wěn)定。5G通信技術(shù)包含了D2D通信和M2M通信，這些通信可以滿足設(shè)備與設(shè)備之間的通信，降低了端到端之間的數(shù)據(jù)傳輸延時。面向智能火電廠眾多的設(shè)備和移動性的需求，5G技術(shù)無疑是一種非常適合的通信方式。

2.2 火電廠信息管理系統(tǒng)

智能火電廠主要依托于數(shù)據(jù)管理火電廠的各種信息。由于信息管理系統(tǒng)需要實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控，在生產(chǎn)時必定產(chǎn)生大量的信息，這些信息包括聲音、圖像、數(shù)據(jù)等信息。信息將實時上傳到信息管理系統(tǒng)系統(tǒng)，并進行處理、存儲、分析等工作。現(xiàn)在存在的無線技術(shù)傳輸容量小，不利于海量數(shù)據(jù)的傳輸。

5G通信技術(shù)具有傳輸容量大的特點，平均達(dá)到1Gb/s的傳輸速率，峰值時可以達(dá)到20Gb/s。另外，5G技術(shù)結(jié)合邊緣計算可以在邊緣端將數(shù)據(jù)處理，減少無效數(shù)據(jù)的傳輸。目前，已經(jīng)有研究利用5G通信技術(shù)設(shè)計了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[5]，并在監(jiān)控系統(tǒng)中加入了圖像識別技術(shù)，豐富了視頻監(jiān)控的功能。

3 5G在火力發(fā)電廠的影響

3.1 5G推動智能化發(fā)電廠

5G通信技術(shù)在火電廠中使得各種設(shè)備可以穩(wěn)定接入到互聯(lián)網(wǎng)中，5G的低延時和高速度對發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起到積極作用。

在視頻監(jiān)控中應(yīng)用5G技術(shù)，可以超低延時監(jiān)控到火電廠的生產(chǎn)信息，在信息中加入圖像識別技術(shù)，可以快速得到火電廠的事故信息，及時安排人員進行處理，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性[6]。利用5G通信技術(shù)控制設(shè)備，低延時可以將設(shè)備的控制精度提高，能夠高效化生產(chǎn)，提升了智能設(shè)備的應(yīng)用潛力。因此，在火電廠中應(yīng)用5G技術(shù)是非常有必要的，它能夠推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更加高效、智能生產(chǎn)。

3.2 5G提高發(fā)電廠的效益

5G在火電廠應(yīng)用可以提升火電廠的效益，這主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，火電廠使用5G技術(shù)推進了智能化設(shè)備的應(yīng)用，這將會大大節(jié)省人力的應(yīng)用，同時也省去了大量的培訓(xùn)花費；其次，5G通信技術(shù)可以快速識別并處理故障，節(jié)省了損失；最后，5G可以使得生產(chǎn)更高效，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效益。

4 5G存在的問題及思考

目前，5G依舊存在一些問題：首先是安全性問題，網(wǎng)絡(luò)安全事故每天都在發(fā)生，木馬和僵尸病毒等造成的系統(tǒng)漏洞是產(chǎn)生的直接原因[7]。主要是目前我國網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)技術(shù)發(fā)展落后以及網(wǎng)絡(luò)人才培養(yǎng)落后等原因；其次，5G基站密度較大，需要建設(shè)的5G基站眾多，尤其是在發(fā)電廠企業(yè)中。目前5G基站的覆蓋面不夠，并且核心芯片技術(shù)未掌握[8]；最后，5G云端存儲可能涉及到安全訪問問題，惡意的訪問或者攻擊，將對生產(chǎn)數(shù)據(jù)隱私、數(shù)據(jù)保護產(chǎn)生威脅。

未來研究展望：針對以上可能的問題，未來需要學(xué)者和國家共同努力。國家需要在網(wǎng)絡(luò)安全，5G建設(shè)方面加大投入，在人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上下功夫，加速推進網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)，打造良好的5G應(yīng)用環(huán)境。學(xué)者需要在5G安全性和數(shù)據(jù)隱私上加深研究。利用人工智能加入到網(wǎng)絡(luò)安全防護中，實現(xiàn)智能自主防護。另外為了保護數(shù)據(jù)，將區(qū)塊鏈技術(shù)與5G技術(shù)結(jié)合，能夠確保數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性，以防數(shù)據(jù)丟失。

綜上，5G推動火電廠的智能化發(fā)展，為火電廠帶來高效的利潤，未來必將是研究的重點。但同時5G面臨網(wǎng)絡(luò)安全、基礎(chǔ)建設(shè)不足以及數(shù)據(jù)隱私等問題需要重視，國家和學(xué)者共同努力才能更快解決這類問題。發(fā)展多種技術(shù)與5G結(jié)合是一種更可靠的生產(chǎn)方式，深層次的融合還需要大量的學(xué)者深入研究。