电力行业5G工厂建设实施参考指南

电力行业5G工厂建设实施参考指南

一、电力行业5G工厂建设的必要性

（一）电力行业5G工厂概述

电力行业5G工厂利用5G技术对发电、输电、变电、配电、用电等环节进行数字化和智能化升级，包括现场装备网络改造、IT-OT设备融合部署以及生产服务数智化应用提升。

（二）电力行业发展现状

“碳达峰、碳中和”目标推动电力生产清洁化，能源消费电气化，电力系统向新型电力系统转型。5G技术与电力工业深度融合，重塑电力系统全链条运营模式，实现能源生产精准调控、设备状态实时感知、运维管理无人化升级。

（三）电力行业数字化转型痛点

发电集团和电网企业面临设备更新、技术升级、运营模式转变等压力，需要整合新能源资源，提高发电效率和电网接入能力，确保发电过程稳定性和可靠性。电网企业需应对新能源发电波动性，保障电网安全稳定运行，构建灵活智能化电网。

（四）电力行业5G工厂的价值体现

5G技术具备超高带宽、超低时延、超大连接的特点，与新型电力系统通信需求高度契合，能够深刻变革电力通信网，全面提升电力信息化水平。

二、电力行业5G工厂业务环节及建设需求

（一）发电环节需求

1. 改善安全生产管理
2. 加强数据采集能力
3. 生产管理智能化
4. 网络安全及优化

（二）输电环节需求

1. 输电线路通道智能化巡检
2. 输电线路通道立体化监测
3. 输电线路通道信号全覆盖

（三）变电环节需求

1. 移动作业
2. 智能检测
3. 智能安监
4. 远程协同运维

（四）配电环节需求

1. 配电自动化“二遥”
2. 配电自动化“三遥”
3. 配网保护业务
4. 配网智能巡检
5. 配网应急通信

（五）用电环节需求

1. 居民智慧家庭用能服务
2. 社区多能服务
3. 商业楼宇用能服务
4. 工业企业及园区用能服务
5. 电动汽车及分布式能源服务

（六）新型电力系统环节需求

1. 分布式光伏电站
2. 虚拟电厂
3. 新型储能

三、电力行业5G工厂建设内容

（一）建设总体架构

电力行业5G全链接工厂实施架构分为发电、输电、变电、配电和用电五个层级，包括基础设施建设、厂区现场升级、关键环节应用以及网络安全防护四大方面的能力建设。

（二）基础设施建设

1. 5G网络基础设施建设
   • 提供虚拟专网、混合专网、独享专网三种5G专网形态。
   • 电力独立专网、混合专网、虚拟专网分别具有不同的部署特点、优势、投资、运维、安全性和成本。
2. 边缘计算部署
   • 边缘计算实现低延迟、高安全性和低核心网负载。
   • 边缘计算平台系统为边缘应用提供运行环境并实现对边缘应用的管理。
3. 网络管理服务系统
   • 电力内网智能化运维和管理的综合平台，实现网络运维管理的可视化、智能化、告警处理的及时化、网络升级的联动化。
4. 业务系统建设
   • 电力5G业务分为控制类和采集类两大类型，分为5类安全分区：生产控制大区（安全区I）、生产控制大区（安全区II）、管理信息大区（安全区III）、管理信息大区（安全区IV）、互联网大区。

（三）厂区现场升级

1. 现场装备网络改造
   • 对固定设备采用有线网络方式连接，对有移动需求的设备采用5G无线网络方式连接。
   • 电力5G终端包括5G工业网关、5GDTU配网终端、5G摄像机、5G无人机、5G电力融合终端等。
2. IT-OT设备融合部署
   • 实现网络资源、计算资源、平台资源等的横向打通，构建高效、协同、智能的工厂生产运营体系。
   • 推动对所有设备进行广泛连接，对生产数据、业务数据、管理数据、运营数据进行全面采集，打破信息交互壁垒。
3. 生产服务数智化应用提升
   • 智能巡检：基于5G、边缘计算、人工智能、视觉识别、UWB等技术，实现电力巡检少人化、无人化和智能化。
   • 智能运维：基于5G、人工智能、物联网、数字孪生等技术，实现设备运行状态监测、智能故障诊断分析。
   • 智能安全：基于5G网络、人工智能技术、大数据分析能力、智能化终端设备、UWB技术、边缘计算、数字孪生等技术，实现智慧厂区的协调联动、安全防护。
   • 数字孪生工厂：基于5G网络，搭建厂区级场景、机组级场景、系统级场景和设备级场景的数字孪生工厂，实现虚拟空间内设备物联、设备检测、生产运行、现场作业、故障感知、安全监管、经营仿真等智能化应用服务。

（四）关键环节应用

1. 发电领域关键环节应用案例
   • 融合5G物联网应用的智能电厂示范项目：通过数据桥梁联通虚拟电厂和物理电厂，实现设备的监测、预警、诊断、试验，优化其运行状态。
   • 水电站碾压车/平仓车无人化应用案例：利用5G本地专网在现场采集碾压车定位及视频等数据，并实时回传至后台，由系统自动识别处理碾压作业过程是否符合要求。
   • 阳江核电5G专网应用案例：采用基于SA架构的5G独立专网，无线网及核心网均私有化部署，实现5G专网安全隔离和数据不出厂区。
2. 电网侧关键环节应用案例
   • 电网侧5G广域网应用案例：基于中国移动5GSA切片网络，建设涵盖发、输、配、变、用、综合6大类、51个业务场景的5G+智能电网应用示范区。
   • 电网侧5G局域网应用案例：在换流站内部署电力专用MEC，搭建了特高压5G园区专网，实现无线接入的业务主要为中安全业务和通用安全业务。

（五）网络安全防护

1. 电力业务安全需求分析
   • 根据电力业务安全需求分为高安全业务、中安全业务、通用安全业务三种模式。
2. 电力行业5G工厂安全参考架构设计
   • 安全架构包括“云、管、端”三大层级，涉及终端安全、管道安全和平台安全和安全管理四个方面。
3. 电力行业5G工厂安全参考方案
   • 端到端切片安全隔离，提供按需保障的5G安全通道。
   • 多层次认证体系，满足纵向认证要求。
   • 云边协同的安全应用，支撑安全防护及监测。
   • 数据加密传输，保障用户通信数据安全。

四、电力行业5G工厂实施建议

（一）工厂建设参考

电力行业工厂建设通常涉及需求分析、5G网络规划、设备智能化升级、边缘计算部署、平台建设、应用开发、试点验证、规模化部署、安全与合规性检查、持续优化与维护等步骤。

（二）技术发展方向

1. 挖掘并提升电力5G工厂的价值。
2. 夯实5G电力基础底座，提升通信保障能力。
3. 充分融合其他新技术拓展网络确定性、智能化水平。
4. 探索更高效的电力终端纳管机制。
5. 深化5G电力网络的共管共维。