电力信息通信关键技术

　　1、网络安全

　　电力在第二次工业革命后几乎支撑了目前所有的工业生产，是工业3.0和工业4.0的基础，更是“中国制造2025”的保障。这就使得电力基础设的安全显得尤为重要，而电力系统的“发输变配用”各个环节，都可能成为网络攻击的目标。

　　电力系统遭遇攻击事件回顾：

　　（1）震网病毒事件：2010年11月Stuxnet蠕虫（震网病毒）攻击伊朗核电厂，该病毒专门针对西门子公司的SIMATICWinCC监控与数据采集（SCADA）系统进行攻击，造成伊朗布什尔核电站瘫痪。

　　（2）乌克兰电网事件：2015年乌克兰电网遭恶意代码攻击导致大停电，BlackEnergy恶意软件：造成7个110kV和23个35kV变电站发生故障，导致乌克兰大面积停电事件，140万人受到影响，整个停电事件持续了6小时之久。

　　（3）“工业破坏者（Industroyer）"直指电力领域工控系统及设备且该武器复杂度和电力专业度都远超“乌克兰事件”中的网络武器。“工业破坏者”可以攻击采用IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC61850以及OPCDA协议的变电站、发电等关键信息基础设施。

　　（4）SMA公司的光伏逆变器漏洞，CNVD标注2个为超危，CVE标注其中的8个漏洞为紧急级别。分析认为，若被大规模集中利用，会对光伏发电为主的电网造成停电影响。

　　电力信息网络安全面临的新挑战：

　　在电力信息网络安全面临巨大挑战的背景下,在继承电力行业信息安全主动防护体系基础之上,一种以“智能+防护+控制”为基础,贯穿信息系统全生命周期的电力信息网络安全架构构想被提出,以持续满足电力行业“十三五”期间信息安全工作的新要求。

　　电力信息网络安全应集中反映大视角、多维度、全过程、一体化的高级信息安全防护思想。安全模型遵循整体性与分布性、主动性与动态性的原则。

　　新一代的电力信息网络安全架构模型按照“云+端+边界”立体智能防护的要求,结合国际先进信息安全管理体系(ISMS)理念,合理确定电力信息网络的安全需求,从管理、策略、角色、技术多个安全维度综合考虑应对安全策略及管理措施。

　　2、电力北斗

　　当前，国家电网公司已建设完成北斗基准连续运行参考站200座、为23条国网级重要输电通道，合计70个高风险段、637公里，61个中风险段、1093公里区域提供北斗高精度位置服务；形成覆盖重庆、四川、甘肃等13省市的35kV及以上的输电线路地质灾害专业监测网络

　　目前，北斗精准位置已在我国电力领域中广泛应用。国家电网公司自2010年开始探索北斗在电力行业中的应用以来，不断尝试将北斗与电力资源管理和电力安全应急管理相结合，针对北斗的授时授频、短报文、高精度定位三大功能，结合电力发展需要，开展试点应用，取得了一系列突破性成果。

　　在电力资源管理方面，国家电网公司利用北斗指挥机、北斗数传终端、北斗手持机、北斗授时模块、北斗定位模块等北斗设备，结合现有故障指示器、故障定位装置、专变采集器等数据采集设备，以及电力生产管理系统软件等，开展了风力发电状态监测、光伏发电布设控制、水力发电实时监测，输电线路地质灾害监测、电力线路监管、用电信息采集等，实现了发电装置、输电线路、配电网络、用电终端的各类数据采集与监测。

　　在安全应急管理方面，利用北斗高精度定位接收机、北斗安全头盔、北斗定位装置等设备，结合电力系统安全管理制度，主要开展了电网安全运行管理、电网调度授时、杆塔变形监测、设备缺陷监测、运行风险监测、巡检人员安全管理、车辆管理调度、电力设备管理、电力应急抢修、防灾减灾等，全面提高电力领域的自动化、信息化程度，提高其系统应用的安全性、可靠性水平，提高电力行业应对灾情的预警预报、抗灾抢险能力，减少人员伤亡和财产损失。

　　目前，北斗系统在我国电力的应用已经覆盖了发电、输电、变电、配电、用电等电力生产的各个方面，进一步加强了我国电力自然资源管理体系和电力安全应急管理体系建设，有效保障了电力的安全稳定运行，大幅度提升了我国能源时空智能化水平。

　　3、电力无线专网

　　电力行业信息数据的传输方式包括有线传输、BPLC传输、公网传输、专网传输。有线传输费用高，BPLC干扰大，公网对精控要求高的领域而言安全性低，逐一排除，能够满足电力业务需求的就剩下专网。说到电力无线专网，与公网最大的区别在于是专门针对电力业务需求而建的，这就要求技术与业务进行深度捆绑，即根据需求进行定制化开发，要求这张专网的建设务必精益求精。

　　电力通信网的基本目标是保障电力系统的安全稳定运行，是电网的第二张实体网络，紧密依托电网发展而建设，是电力调度自动化、继电保护、稳定控制、ERP客服等系统的“神经网络”，在电网安全运行、企业经营管理、优质服务工作中发挥了重要作用。截至2018年7月底，光缆总长144万公里，196个地市公司（占比63%）传输网上联带宽达到10G。

　　作为终端通信接入网一种重要的通信方式，电力无线专网的建设正变得越加必要。王磊指出，伴随电力行业的不断发展，业务需求爆发增长、公网安全性有待加强、光缆建设成本高、各专业分散建设等问题也日益突出，电力行业对电力无线专网的需求愈加强烈。电力无线专网优势明显：能够统筹各类业务需求、建设统一接入平台；专网专用、安全可靠；相比光纤网络，能够降低通信建设成本；灵活、高效接入终端业务。

　　有效解决电网末端“最后一公里”接入难题

　　“根据电力业务需求和技术经济分析，国家电网有限公司向工信部提出增补频率资源的申请。在获批频率资源后，公司将规划建设230MHz电力无线专网。”这将有效解决电网末端“最后一公里”接入难题。

　　在电力无线专网建设前期的产业培育方面，2017年9月，国网信息通信产业集团有限公司携手华为、中兴、普天、中国信通院、国家无线电监测中心、南瑞集团、信通产业集团、许继集团等55家单位成立了中国无线电协会电力无线专网产业联盟，该联盟覆盖研发、制造、测试、集成等上下游产业链，是电力无线专网产品研发和技术创新的平台。近期重点工作是配合编制国家电网有限公司电力无线专网企业标准，开展技术研究及产业培育工作。目前已研发13款230MHz产品，预计2018年底完成21款设备研制。

　　标准化工作方面，重点开展电力无线专网设备定型设计、测试及工程建设三个标准化，规范设备类型和技术指标要求，明确建设要求和典型设计，加强测试认证、质量监督全过程管理，着力推进无线专网产品和建设“三通一标”工作。目前国家电网有限公司已经发布了2项企业标准，近期还有8项企业标准即将发布，3项管理制度已印发试行。

　　实验室认证方面，国家电网有限公司开展电力无线专网终端、基站、核心网、网管全环节设备检测工作，督促厂商优化提升产品性能，确保设备入网品质。目前已完成2家厂商230MHz设备、7家厂商1800MHz设备检测。此外，还联合华为、普天等公司开展联合创新工作。

　　11省市公司已建设一定规模LTE电力无线专网

　　总体设计方面，为满足电网控制类业务的传输时延和业务隔离需求，优化系统架构并开展传输性能和安全性测试。专家论证表明，电力无线专网总体架构能够实现生产控制大区和管理信息大区业务横向隔离，为精准负荷控制业务提供专线通道，满足毫秒级业务时延及安全接入需求。

　　LTE电力无线专网自2009年开始研发，经过多年的不断改进和全网多个试点网络应用实践，目前11个省市公司已经建设一定规模的LTE电力无线专网，包括北京、天津、冀北、江苏、浙江、福建、湖南、江西、重庆、辽宁、蒙东公司。

　　其中，浙江海盐、福建晋江公司承担的工信部“230MHz频段使用载波聚合技术开展数据监控及配网调度通信试验”已于2017年6月通过验收。主要验收结论为：充分验证了频率聚合技术可行性，频谱感知技术能够有效规避同频干扰，满足配电自动化、用电信息采集等多种业务的传输需求。

　　应用效果方面，已接入22类业务，对业务支撑效果良好，供电可靠性有效提升，网络性能超过预期，优质服务水平显著增强，电网运维效率大幅提高。

　　“十三五”末实现电力无线专网全覆盖

　　2019-2020年，国家电网有限公司规划建设基站2500余座，接入终端数十万个，至“十三五”末初步建成有效覆盖全网范围C类及以上供电区域的无线电力专网，预计“十三五”末，将在B/C类供电区域、光缆建设困难的A+/A类供电区域实现电力无线专网全覆盖。

　　4、人工智能

　　当前，大数据、云计算、物联网、移动互联网等前沿人工智能技术正深刻改变着世界各国的电力产业和能源产业。新一代人工智能是智能电网和能源互联网的一块重要拼图，它驱动着电力、能源和信息产业的深度融合。新一代人工智能将以智能电网和能源互联网为依托，全面推进能源革命，将开启智慧能源的全新时代。推进电力和能源生产—传输—消费的智能化，人工智能将起到有力的支撑作用。反过来，智能电网和智慧能源也将支撑人工智能的快速发展。

　　目前电电网面临的问题

　　·电网实时平衡：大量新能源、新兴负荷接入形成随机、不确定的网络，电网实时平衡面临挑战。

　　·交直流混联大电网：电网结构复杂程度显著增大，电网运行方式变化频繁，面临更大的不确定性。

　　·新能源消纳：风电太阳能发电波动性、间歇性和不确定性给电网的消纳和稳定运行带来挑战。

　　·电网调控：随着电网运行复杂性的增加，使用传统的机理分析模型和调控手段，难以达到预期效果，亟需全面感知、全景预测的新一代调控系统。

　　·继电保护：电网发展要求继电保护配置与定值整定能够适应运行方式实时改变的需要，具备足够的灵活性、可靠性。

　　·配电网：亟需提高供电可靠性、电能利用效率和电网资产利用率，需要主动应对大规模分布式电源接入和大量电动汽车充电站/桩接入。

　　新兴负荷的灵活互动：电动汽车、智能楼宇、智能家居、绿色微能源等新兴负荷的灵活接入和与电网的双向互动，价格因素下人的行为具有非物理特性。

　　随着电力行业和AI技术的发展，将AI技术应用到电力行业中，不仅是电力行业发展的必然选择，也是能源电力转型的重要战略支撑。人工智能技术有助于解决非线性的电力系统问题，如：人工神经网络在继电保护中的应用、人工智能算法在电力系统运行中的应用、模糊理论在电力系统运行中的应用和专家系统在电力系统运行中的应用。

　　新一代电力系统的发展应伴随着人工智能技术的稳定性，同步性和长期发展。基于无处不在的传感技术为基础，以深度学习、物联网和大数据区块链等新兴技术为依托，人工智能技术正在不断成熟。在新一代的电力系统未来终将是智能化的电力系统，AI技术将会遍布于电力系统设备管理和系统控制、能量管理和交易等领域。

　　全新的电力系统具备自动、自主的新模式，以电力系统的安全、经济和稳定运行为基础，提供电力系统的运行效率，减少运行成本。所以快速发展的人工智能技术，对未来能源电力系统各环节发展形态，系统整体效率，运行控制方式和运营模式带来革命性、颠覆性影响，也是针对新一代电力系统前瞻性研究的重要方向。