5G技术在燃煤电厂深度应用与研究

5G技术在燃煤电厂深度应用与研究

刘志刚 陈解决

(淮河能源淮南潘集发电有限责任公司, 安徽 淮南 232082）

摘要：伴随5G商用和应用领域的普及，通过5G技术加快火电、水电等传统电源数字化设计建造和智能化升级是当前电力行业的发展方向，在此背景下传统电厂生产运维模式，已经不能支撑业务飞速发展的需求，智能电厂建设已是未来发展主要趋势。相应国家号召，借助于5G技术提供的高带宽和低时延特性，传统燃煤电厂可在实时监控与数据分析、远程控制与管理、安全风险防控、智能巡检与预警、节能减排、提升运营效率等多个方面节能增效。通过多个燃煤电厂5G应用实例分析，完善5G技术在燃煤电厂的研究发展，致力于让5G技术在燃煤电厂的应用更加广泛与深入。

关键词：5G技术；数字化建设；节能增效；实时监控

中图分类号：TK39                  文献标识码：A

Deep application and research of 5G technology in coal-fired power plants

Liu Zhigang

（Panji Power Generation of Huaihe Energy and Power Group Co., Ltd., Huainan 232082, China)

Abstract：With the popularization of 5G commercial and application fields, accelerating the digital design, construction, and intelligent upgrading of traditional power sources such as thermal power and hydropower through 5G technology is the current development direction of the power industry. In this context, the traditional production and operation mode of power plants can no longer support the rapid development of business needs, and the construction of intelligent power plants has become the main trend of future development. In response to the national call, traditional coal-fired power plants can save energy and increase efficiency in multiple aspects, such as real-time monitoring and data analysis, remote control and management, safety risk prevention and control, intelligent inspection and early warning, energy conservation and emission reduction, and improving operational efficiency, by leveraging the high bandwidth and low latency characteristics provided by 5G technology. Through the analysis of multiple 5G application examples in coal-fired power plants, we aim to improve the research and development of 5G technology in coal-fired power plants, and strive to make the application of 5G technology in coal-fired power plants more extensive and in-depth.

Keywords：5G technology；Digital construction；Energy conservation and efficiency enhancement；Real time monitoring

0  引言

随着“十四五”时期现代能源体系的提出，智慧电厂建设是当下新型电力系统构建的大势所趋。为了提高燃煤电厂大数据平台的生产维护安全化、监控管理精细化、经济效益持续化，火电机组向着高参数、大容量、高自动化方向发展。

5G技术以其高带宽、低时延、大连接等特性，在工业互联网领域展现出巨大的应用潜力。通过将5G技术引入燃煤电厂，可以实现设备之间的高效通信、数据的实时传输与分析、生产过程的智能监控与优化等，从而提升燃煤电厂的能效、安全性和环保水平。本文旨在探讨5G技术在燃煤电厂的深度应用与研究，分析5G技术在燃煤电厂工业领域的应用情况，针对传统燃煤电厂生产工作面对的痛点难点，结合实际案例，探讨5G技术应用过程中的技术挑战与解决方案，为智慧电厂的建设提供理论支持和实践指导，推动燃煤电厂行业智能化的持续发展。

1  5G技术概述

1.1  5G技术概念

5G，即第五代移动通信技术，是一种具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。最终，5G将渗透到经济社会的各行业各领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

1.2  5G技术在工业场景中的使用案例

党中央、国务院高度重视5G和工业互联网发展。习近平总书记多次作出重要指示，要求加快5G、工业互联网等新型基础受措施建设。

1.2.1  协同研发设计

协同研发设计由远程与异地两个环节组成。远程研发实验是指利用5G及增强现实/虚拟现实（AR/VR）技术建设或升级企业研发实验系统，实时采集现场实验画面和实验数据，通过5G网络同步传送到分布在不同地域的科研人员；科研人员跨地域在线协同操作完成实验流程，联合攻关解决问题，加快研发进程。异地协同设计是指基于5G、数字孪生、AR/VR等技术建设协同设计系统，实时生成工业部件、设备、系统、环境等数字模型，通过5G网络同步传输设计数据，实现异地设计人员利用洞穴状自动虚拟环境（CAVE）仿真系统、头戴式5G AR/VR、5G便携式设备（Pad）等终端接入沉浸式虚拟环境，实现对2D/3D设计图纸的协同修改与完善，提高设计效率。

1.2.2  远程设备操控

远程设备操控是指综合利用5G、自动控制、边缘计算等技术，建设或升级设备操控系统，通过在工业设备、摄像头、传感器等数据采集终端上内置5G模组或部署5G网关等设备，实现工业设备与各类数据采集终端的网络化，设备操控员可以通过5G网络远程实时获得生产现场全景高清视频画面及各类终端数据，并通过设备操控系统实现对现场工业设备的实时精准操控，有效保证控制指令快速、准确、可靠执行。

1.2.3  设备协同作业

设备协同作业是指综合利用5G授时定位、人工智能、软件定义网络、网络虚拟化等技术，建设或升级设备协同作业系统，在生产现场的工业设备，以及摄像头、传感器等数据采集终端上内置5G模组或部署5G网关，通过5G网络实时采集生产现场的设备运行轨迹、工序完成情况等相关数据，并综合运用统计、规划、模拟仿真等方法，将生产现场的多台设备按需灵活组成一个协同工作体系，对设备间协同工作方式进行优化，根据优化结果对制造执行系统（MES）、可编程逻辑控制器（PLC）等工业系统和设备下发调度策略等相关指令，实现多个设备的分工合作，减少同时在线生产设备数量，提高设备利用效率，降低生产能耗。

1.3  5G技术赋能智慧燃煤电厂

借助于高速率，低时延，大连接的5G通信技术，结合5G技术在工业互联网场景中使用案例的经验，以5G技术赋能智慧燃煤电厂，从安全生产、经营管理、物资保障等多个角度达到减能增效的目的，助力电厂实现数字化、网络化、智能化转型。

2  5G技术在燃煤电厂的应用潜力

2.1  建设背景

5G+行业应用是目前产业数字化、智能化转型的具体措施之一,也是国家大力鼓励和提倡的新基建的一个重要领域[1]。随着国家“双碳”战略目标的推进，在节能、降耗、减排政策的驱动下，对发电企业管理模式和技术方面提出了更为严苛的要求，将传统发电技术与互联网技术、智慧智能发电措施相结合，构建节能减排的新发展模式，实现数字化电厂、智慧化电厂的建设已逐渐成为火电发展趋势。2019至2021年的政府工作报告都提到要加强新型基础设施建设，“新基建”主要包括5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网七大领域，是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。“新基建”中融合基础设施就包括智慧能源基础设施，国家对新基建的政策导向将进一步推动能源行业智慧化转型。

伴随5G商用和应用领域的普及，国家层面也发布一系列文件政策支持智能电厂融合5G建设的指导文件，2023年，国家能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，提出以数字化智能化技术加速发电清洁低碳转型，加快火电、水电等传统电源数字化设计建造和智能化升级。在此背景下传统电厂生产运维模式，已经不能支撑业务飞速发展的需求，智能电厂建设已是未来发展主要趋势。

2.2  传统燃煤电厂的现状与挑战

2.2.1  信息孤岛

电厂信息采集系统繁杂，互不连通、难以集成、信息资源无法共享，存在“信息孤岛”问题。缺少统一管理平台，组网架构对跨地区、跨网络的任务只能进行分散管理，难以从全局视角进行统一。

2.2.2  通信要求无法满足

多通信区域分布不集中，不均衡，跨度大，光纤线路敷设复杂、成本高，4G和WIFI无法满足高速率、大带宽、低时延与数据安全隔离要求，且WIFI信号在使用过程中切换速度慢，容易造成设备掉线情况，WIFI方案亦难以很好的满足大数量的终端连接。

2.2.3  安全管控难度高

人员安全管控薄弱，自有员工岗位分布不集中，企业无法精准管控各部门人员工作情况，全程监管难度较大。外来人员众多，工作类型复杂，访客人员及车辆在厂区内行为难以统一管控。

2.2.4  巡检工作繁重

一线人员巡检工作量大，容易发生漏检、错检，且巡检过程中存在安全风险，无法对巡检历史进行有效追溯，巡检过程中突发情况缺少有限处理手段，远程专家支撑效率低。

2.3  5G技术应用领域

2.3.1  实时监控与数据分析

5G具备大连接、高速率、低时延等特点,适合作为虚拟电厂调控的通信支撑，使得燃煤电厂能够实时监控生产过程中的各项数据[2]，如设备运行状态、能耗情况等。这些数据可以通过5G网络实时传输到数据中心或云端进行分析，帮助电厂实现精准管理，优化生产流程，提高能效。

2.3.2  远程控制与管理

利用5G网络的低时延特性，燃煤电厂可以实现对设备的远程控制和管理。例如，通过5G网络，工作人员可以远程操控巡检机器人、无人机等设备，对电厂进行巡检和维护[3]。这不仅提高了工作效率，降低了人员劳动强度，还确保了工作人员的安全。

2.3.3  安全风险防控

5G技术可以支持高清视频传输和实时数据分析，帮助电厂实现全方位的安全监控。通过部署5G移动视频监控和智能分析系统，电厂可以实时监测生产现场的安全状况，及时发现并处理安全隐患，降低事故发生的概率。

2.3.4  智能巡检与预警

基于5G网络的智能巡检系统可以实现对电厂设备的24小时不间断巡检。结合AI算法，系统可以智能识别现场设备的运行状态，拍照回传到控制中心，并实现定时、周期自动巡检以及夜间自动巡检。一旦发现设备故障或异常情况，系统可以立即发出预警信号，提醒工作人员及时处理。

2.3.5  节能减排

通过5G技术，燃煤电厂可以更加精准地控制生产过程中的能耗和排放。例如，通过实时数据分析，电厂可以调整设备的运行状态和参数，优化能源使用，减少不必要的浪费和排放。

2.3.6  提升运营效率

5G技术的应用还可以帮助燃煤电厂提升运营效率。通过自动化和智能化改造，电厂可以减少对人工的依赖，降低人力成本，同时提高生产效率和响应速度。

3  5G技术在燃煤电厂的深度应用案例

3.1  潘集电厂5G＋工业互联网平台

潘集电厂致力于5G与全厂运维管控相结合，以“一张网、一朵云、一个大平台+N个模块”为理念，“一张网”将智能控制网、智能管理网、无线网（WiFi、5G网）等各层网络整合形成一张跨层级、跨系统、跨业务的统一网络体系，各层网络间设置必要的安全设备，在保证系统安全的前提下为全厂业务应用提供稳定可靠的网络支撑，实现信息“一网打尽”。

“一张网”即将智能控制网、智能管理网、无线网（WiFi、5G网）等各层网络整合形成一张跨层级、跨系统、跨业务的统一网络体系，各层网络间设置必要的安全设备，在保证系统安全的前提下为全厂业务应用提供稳定可靠的网络支撑，实现信息“一网打尽”。

“一朵云”即是以超融合为核心，由厂级云这个硬件资源池为全厂各类智慧应用提供计算、存储、网络、数据等资源，保证资源集中化、高效化。

“一个大平台”即基于超融合云平台的5G+工业互联网应用平台，工业互联网应用平台作为总体平台汇聚全厂数据，实现电厂数据资产化，应用服务化，支撑所有智慧应用。

最终，依托“一张网、一朵云、一个大平台”融合大数据、孪生模型、先进控制、机器人技术等先进技术建设N个实际功能模块。

潘集电厂5G＋工业互联网平台，由人工智能平台、业务引擎平台、统一数据平台、移动平台等支撑组件提供通过统一数据平台形成数据资源池，智慧应用的部署以云平台和统一数据平台为基础，灵活调用各种硬件资源、各系统数据资源，实现为智慧电厂服务的目的。大大提高数据、资源的利用效率。

以下简述潘集电厂输煤廊道5G+自动巡检机器人投用情况，作为潘集电厂5G+工业物联网平台于生产工作中的实际使用案例。潘集电厂输煤廊桥区域布防巡检机器人，用于感知识别系统从输煤皮带上部和下部实时监测皮带表面的状态，并将实时数据传输给智能集中管控系统。采用先进算法，确保从复杂的皮带表面快速、准确地提取撕裂特征，计算皮带上的燃煤体积流量。具体实现过程如下：通过电厂内网实现潘集电厂集控室与机器人巡检服务器的互联互通，通过厂内5G专网服务，巡检服务器可以做到高速、可靠、稳定、精确的通过驱动程度管控输煤廊道轨道机器人。且智能巡检机器人自带的高清摄像头、红外热像仪、激光器等设备，通过高速高流量的5G专网连接，可做到实时监控输煤廊道工作运转情况。通过智能机器人代替人工巡检作业，巡检速度提升了3倍以上，可实现全天候无间断的巡检，全面提升了落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、现场起火等不安全事件的感知识别能力。输煤系统的可靠性、报警及时性提高了一倍以上，准确度达到90%以上。

3.2  某燃煤电厂智慧化研究应用

某燃煤电厂针对电厂侧与区域侧缺乏互联互通、智能控制应用开发标准不一、智能管理应用开发模式分散、管理业务之间尚未实现功能互联和业务互动等火电厂智慧化研究痛点难点，集中开发智能应用，研究数据结论共享，提出多种创新举措，为智慧燃煤电厂信息化赋能。

此电厂提出“厂站-区域”边云协同互动的火电厂智慧化建设，构建了“智能控制平台+数据中台”的自主可控双驱平台，集约化部署算法算力并汇聚电力数据应用全流程智能引擎，统一开发、统一算力，统一标准，统一管控，实现了变端高效计算和云端多源数据智能分析。通过研发的兼容第三方控制系统等多种通讯协议的通讯中间件，兼容第三方应用开发，做到就地一站式开发，参数可视化配置，结合DCS一体化访问机制，做到数据和DCS系统的深度融合，应用开发厂商与DCS解耦，实现了厂级生产大区的生产智能控制集中管控。

通过厂内4个5G宏站、20个5G室分，实现全厂区无盲区覆没实现智能终端、移动监控规模化、便捷化部署。为厂区智能化设备部署打好坚实的基础。例如：5G＋斗轮机无人值守、5G＋国产化DCS/智能管控平台、5G＋无线振动测点系统、5G＋AR、5G＋有限空间人员安全管控系统等。

4  燃煤电厂5G深度应用领域探讨

通过5G技术深度应用案例探析，针对潘集电厂5G+工业互联网平台的基础，可以从多个角度进行更深层次的应用与优化，以下是针对燃煤电厂5G深度应用未来发展方向的建议：

4.1  智能巡检机器人全厂覆盖

燃煤电厂智能巡检机器人是结合机电一体化技术、电磁兼容技术、安防技术等多种现代科学技术，形成的一个复杂系统。该系统通过自动或遥控方式，对室外设备进行巡检等工作。主要由基站系统层和移动站系统组成。

基于全厂5G网络信号全覆盖的大前提下，针对巡检区域大，巡检环境差，倒班工作任务繁重等问题，可通过巡检机器人接入企业无线网，由集控室统一操作管控。机体部署高清摄像头、红外热像仪、激光器等探测装置，实现对燃煤电厂环境的地图构建和自主导航，确保巡检机器人能够准确地到达巡检点，并避开障碍物。

同时，要求巡检机器人具备对环境的感知能力，包括对温度、湿度、气体浓度等环境参数的检测与对设备状态和故障的识别能力，帮助电厂员工更好的识别问题，及时消缺。

考虑到燃煤电厂通常位置固定且环境恶劣，巡检机器人需要具备自主充电的能力，能够根据需求自主找到充电桩进行充电，保证其长时间的持续巡检能力。

在燃煤电厂中，智能巡检机器人可广泛应用于汽机平台、储煤区、化水区域等多个应用场景，机器人可以执行包括环境异常检测、环境煤粉浓度检测、各类表计检测、“跑、冒、滴、漏”检测等多种任务。相比传统的人工巡检方式，智能机器人巡检在提高巡检效率、减少巡检风险、节约人力成本、杜绝遗漏误判等方面都有显著的效果，为燃煤电厂降本增效。

4.2  5G+人员安全管控

燃煤电厂设备众多且专业性强，设备出现故障时，经常需要维护人员进行现场作业。但因人员专业技术水平、现场安全状况等现场存在的问题，消缺，维护工作会受到多方面的影响。基于燃煤电厂5G信号全覆盖的大前提下，可进行全厂范围的5G+人员安全管控，例如可定制开发部分5G个人作业终端安全帽，具备作业过程拍照、视频录制回传、群组音视频通话等功能，可以为现场检修作业提供第一手讯息，同时实现人员定位、区域报警等功能，保障人身安全。同时，利用5G网络的高带宽和低时延特性，结合无线定位技术，可以实现对电厂内现场人员的高精度定位。在集控室通过三维地图实时呈现现场人员的活动轨迹、基本信息，对工作人员的考勤、作业情况、在岗查询、巡检现况做到安全精准的管理。

4.3  5G+数据管理平台

结合5G网络高速率，低延迟，高稳定性的特点，以大数据技术、一体化软件、人工智能算法等前言技术为基础，建设燃煤电厂数据管理平台。

数据管理平台通过整合各种来源的数据，实现了数据的集中存储和管理。这有助于减少数据冗余，提高数据的准确性和一致性。例如项目建设过程中的技术协议、管理制度，设备手册，均统一收录于数据平台进行集中管理。在减少数据冗余，提高数据的准确性和一致性的前提下，还能显著减少因数据分散而产生的维护成本。

同时，平台可集成电厂设备实时运行状态，生产信息等数据从而做出更加精准的生产计划与决策，提高电厂运营效率。统一平台，统一管理，对电厂主辅一体化进行整体把控，可以优化组织结构、节约管理成本、提高管理效率和企业效益。

5  结论

本文对5G技术在燃煤电厂深度应用与研究进行了探讨论述。5G技术在燃煤电厂的重要性与价值可见一斑。例如通过5G网络高速率，低延迟的数据传输能力，可以做到实时监控与智能控制，提高生产效率，加强管理决策；通过基于5G技术的远程操控和自动化控制，可以实现电厂少人、无人管控与自动化运行，显著降低人力成本，减少安全隐患；通过5G网络数据管理平台，可以优化资源配置，减轻工作负担，实现资源高效利用。综上所述，5G技术可以在提高生产效率、降低成本、增强安全性、优化资源配置、提升管理效率和决策水平等方面发挥重要作用，随着研究的不断发展与完善，5G技术在燃煤电厂的应用也将愈发广泛与深入。

参考文献：

[1]边泽楠,雷苏雨.智慧电厂建设的5G应用实践[C].江西省电机工程学会,2022.

[2]孔英会,高会生,张铁峰,等.面向虚拟电厂的5G通信技术应用探讨[J].电力信息与通信技术,2020(08).

[3]彭宇翔,黄倩,李捷,等.基于虚拟电厂的分布式5G基站可调资源聚合技术及应用[J].中国测试,2023,(2).

作者简介

刘志刚（2000—），男，汉族，安徽省淮南市人，本科，助理工程师，从事电厂信息管理工作。

陈解决（1982—），男，汉族，皖灵壁县 ，本科，高级工程师，从事电厂信息管理工作，研究方向为大数据应用。