中國智能電網發展綜述

翟宇飛孫喜林Summary：智能電網的本質是運行在高冗余電力一次硬件基礎上的，基于全輸配送電系統大數據支持下的，高度自主化運行的電網系統。近年來，隨著對不可再生能源的大量開采，不可再生能源臨近枯竭，同時使用傳統能源造成的環境問題也日益嚴重。僅僅依賴攫取不可再生能源以促進中國經濟發展的方式顯然已不符合現如今中國的國情，以石油和煤炭為核心的化石能源時代注定在不遠的將來宣告結束，新能源和化石能源互補的“混合能源時代”是中國在未來經濟發展過程中要面臨的新時代。為了適應即將到來的“混合能源時代”，中國亟需以新一輪技術革命、產業革命為支點，用更為科學的、環保的、可持續的發展模式來替代以往粗放的發展模式。因此，為了保證電力系統在國民經濟建設中繼續發揮中流砥柱的作用，智能電網在中國迅速發展。Key：中國;智能電網;發展引言目前，智能電網處于不斷發展完善的階段。國家為了促進智能電網的建設，對電網建設項目給予了諸多政策支持，但推進智能電網的關鍵在于電力通信技術的運用。與發電和輸電網相比，配電網更為復雜，其通過降低輸電電壓以滿足用戶的需求并直接與各種終端用戶相連，完成了從發電到用電的最后一步。配電網的功能和職責決定了其運行機制的復雜性。目前我國配電網由于整體以輻射式、單環網居多等原因還存在可靠性低、網損高、無法實現實時控制等缺點。這就需要更精確的故障診斷方法來提高配電網系統服務質量、維護系統安全穩定、減少系統能量損失。1智能電網的背景和定義隨著社會的快速發展與進步，傳統電網越來越不能滿足人們的日益增長的需求。因此，在電網發展的瓶頸時期，亟需一個能夠集能源資源開發、輸送技術，傳統電網已有的發電、輸電、配電、售電功能，以及對終端用戶各種電氣設備和其他用能設施連接共享信息的數字化網絡為一體的智能系統，這種智能系統在提高能源利用效率的同時還兼顧環境保護。在這種情況下，智能電網的概念應運而生。由于各國和地區經濟發展狀況不同，對建立智能電網的目標也存在差異，因此到目前為止對智能電網尚未有一個世界范圍內的定義。現階段中國智能電網建設的主要目標是協調各級電網，優化電力資源配置，最大限度提高電力資源利用效率，但在智能電網深度建設方面，與其他國家和地區還有一定差距。2智能電網基本信息2.1基于編碼策略的電網假數據注入攻擊檢測信息技術和通訊技術的深入應用使得傳統電力系統逐漸發展為智能電網。先進計量基礎設施和用電需求管理等多種監控單元組的應用使得能源利用率大大提高，但與此同時，系統封閉性的打破也給智能電網網絡安全帶來了新的威脅。虛假數據注入攻擊（FDIA）通過篡改監控和數據采集（SCADA）系統收集到的觀測數據，造成狀態估計結果的偏移，并且可以規避目前的不良數據檢測（BDD）機制。由于狀態估計為能源管理系統（EMS）中運行的核心步驟之一，其結果將會被用于EMS的其他步驟中，例如BDD、傳輸穩定性分析等，因而該類攻擊對電力系統網絡安全造成了嚴重的威脅。因此，為了提高智能電網的可靠性，對于FDIA檢測方法的研究無論是對于理論還是現實都有著十分重要的意義。2.2配電網智能故障診斷智能電網的通信主要采用光纖進行信息傳輸，電力線載波、衛星、微波等是輔助通信傳輸的主要手段。智能電網是電力流和信息流雙向的網絡系統，是在原有的電力系統的基礎上不斷創新而發展起來的，通信能力的提高和通信方式的多樣性極大地提升了智能電網通信的水平，WiFi、WLAN、4G、5G和光纖等通信通過與運營商公網的融合實現了全國電力資源共享，逐步擴大服務范圍。電力通信技術在智能電網雙向電力信息流的傳輸方面發揮著至關重要的作用。電力通信技術通過對智能設備的信息采集，運用智能化技術把復雜的多系統融合成技術系統。智能電網采用電力通信技術有利于智能電網的穩定運行，且能夠實時監控電力系統的狀態。一旦電力系統出現故障，基于電力通信技術和智能化技術的智能電網會第一時間將故障信息反饋給電網管理者，使電力系統更便于管理者進行控制。2.3智能電網中基于密鑰生成的物理層安全技術智能電網涉及泛在的環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程，其中無線通信是非常重要的組成部分，網絡底層的數據傳輸、控制信令、導航信號都需要依賴于無線信號作為載體。因此，無線鏈路和無線網絡的安全可靠在智能電網中至關重要。然而，無線信道的開放性和電磁信號傳播的廣播特性給智能電網帶來了嚴峻的安全挑戰。傳統上的無線通信安全主要依靠密碼學在信息層面進行信源加密來避免信息泄露或者直接移植有線通信系統中的高層安全協議。此類安全措施無疑會帶來較高的計算復雜度和能耗，而且，密鑰的分發、存儲和管理等過程也會帶來巨大的開銷。幸運的是，物理層安全提供了一種低復雜度的解決方案，它充分利用了無線信道固有的特征來保障無線通信安全，可以作為傳統高層安全措施在物理層的互補手段，為無線安全提供雙重保證。密鑰生成是物理層安全領域的一個重要分支：通過提取無線信道本質特征生成密鑰，可以有效避免傳統密鑰技術的密鑰分發和管理等復雜環節，以及密鑰本身傳輸的安全問題。結語總之，未來分布式電源想要大規模普及主要涉及到兩個方面，其一是分布式電源設備本身，既要保證風力和光伏發電設備的小規模化，以方便終端用戶的安裝，又要保證設備的發電效率是未來中國分布式電源設備制造企業研究的方向;其二，要讓終端用戶從中受益，大范圍設備的安裝才可以順利進行。在新老電網的過渡方面，目前中國特高壓線路的建設數量還不能滿足智能電網建設的需求，加快特高壓線路的建設，最終使大量的特高壓線路連接成堅強的特高壓網絡，是堅強智能電網的基礎。最后，加強對智能電網的宣傳，建設更多的智能電網示范工程，讓用戶參與到建設中來，對于智能電網概念的推廣有積極作用。Reference：[1]曾鳴，楊雍琦，劉敦楠，等.能源互聯網“源-網-荷-儲”協調優化