中國智能電網(wǎng)發(fā)展綜述

中國智能電網(wǎng)發(fā)展綜述

翟宇飛孫喜林Summary：智能電網(wǎng)的本質(zhì)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(tǒng)大數(shù)據(jù)支持下的，高度自主化運行的電網(wǎng)系統(tǒng)。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(tǒng)能源造成的環(huán)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(jīng)濟發(fā)展的方式顯然已不符合現(xiàn)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(jié)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(jīng)濟發(fā)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(shù)革命、產(chǎn)業(yè)革命為支點，用更為科學的、環(huán)保的、可持續(xù)的發(fā)展模式來替代以往粗放的發(fā)展模式。因此，為了保證電力系統(tǒng)在國民經(jīng)濟建設中繼續(xù)發(fā)揮中流砥柱的作用，智能電網(wǎng)在中國迅速發(fā)展。Key：中國;智能電網(wǎng);發(fā)展引言目前，智能電網(wǎng)處于不斷發(fā)展完善的階段。國家為了促進智能電網(wǎng)的建設，對電網(wǎng)建設項目給予了諸多政策支持，但推進智能電網(wǎng)的關(guān)鍵在于電力通信技術(shù)的運用。與發(fā)電和輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)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(fā)電到用電的最后一步。配電網(wǎng)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(wǎng)由于整體以輻射式、單環(huán)網(wǎng)居多等原因還存在可靠性低、網(wǎng)損高、無法實現(xiàn)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(wǎng)系統(tǒng)服務質(zhì)量、維護系統(tǒng)安全穩(wěn)定、減少系統(tǒng)能量損失。1智能電網(wǎng)的背景和定義隨著社會的快速發(fā)展與進步，傳統(tǒng)電網(wǎng)越來越不能滿足人們的日益增長的需求。因此，在電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸時期，亟需一個能夠集能源資源開發(fā)、輸送技術(shù)，傳統(tǒng)電網(wǎng)已有的發(fā)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(shù)字化網(wǎng)絡為一體的智能系統(tǒng)，這種智能系統(tǒng)在提高能源利用效率的同時還兼顧環(huán)境保護。在這種情況下，智能電網(wǎng)的概念應運而生。由于各國和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況不同，對建立智能電網(wǎng)的目標也存在差異，因此到目前為止對智能電網(wǎng)尚未有一個世界范圍內(nèi)的定義。現(xiàn)階段中國智能電網(wǎng)建設的主要目標是協(xié)調(diào)各級電網(wǎng)，優(yōu)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(wǎng)深度建設方面，與其他國家和地區(qū)還有一定差距。2智能電網(wǎng)基本信息2.1基于編碼策略的電網(wǎng)假數(shù)據(jù)注入攻擊檢測信息技術(shù)和通訊技術(shù)的深入應用使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)逐漸發(fā)展為智能電網(wǎng)。先進計量基礎設施和用電需求管理等多種監(jiān)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(tǒng)封閉性的打破也給智能電網(wǎng)網(wǎng)絡安全帶來了新的威脅。虛假數(shù)據(jù)注入攻擊（FDIA）通過篡改監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)收集到的觀測數(shù)據(jù)，造成狀態(tài)估計結(jié)果的偏移，并且可以規(guī)避目前的不良數(shù)據(jù)檢測（BDD）機制。由于狀態(tài)估計為能源管理系統(tǒng)（EMS）中運行的核心步驟之一，其結(jié)果將會被用于EMS的其他步驟中，例如BDD、傳輸穩(wěn)定性分析等，因而該類攻擊對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡安全造成了嚴重的威脅。因此，為了提高智能電網(wǎng)的可靠性，對于FDIA檢測方法的研究無論是對于理論還是現(xiàn)實都有著十分重要的意義。2.2配電網(wǎng)智能故障診斷智能電網(wǎng)的通信主要采用光纖進行信息傳輸，電力線載波、衛(wèi)星、微波等是輔助通信傳輸?shù)闹饕侄?。智能電網(wǎng)是電力流和信息流雙向的網(wǎng)絡系統(tǒng)，是在原有的電力系統(tǒng)的基礎上不斷創(chuàng)新而發(fā)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(wǎng)通信的水平，WiFi、WLAN、4G、5G和光纖等通信通過與運營商公網(wǎng)的融合實現(xiàn)了全國電力資源共享，逐步擴大服務范圍。電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)雙向電力信息流的傳輸方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電力通信技術(shù)通過對智能設備的信息采集，運用智能化技術(shù)把復雜的多系統(tǒng)融合成技術(shù)系統(tǒng)。智能電網(wǎng)采用電力通信技術(shù)有利于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，且能夠?qū)崟r監(jiān)控電力系統(tǒng)的狀態(tài)。一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，基于電力通信技術(shù)和智能化技術(shù)的智能電網(wǎng)會第一時間將故障信息反饋給電網(wǎng)管理者，使電力系統(tǒng)更便于管理者進行控制。2.3智能電網(wǎng)中基于密鑰生成的物理層安全技術(shù)智能電網(wǎng)涉及泛在的環(huán)境感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡控制等系統(tǒng)工程，其中無線通信是非常重要的組成部分，網(wǎng)絡底層的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的安全可靠在智能電網(wǎng)中至關(guān)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(wǎng)帶來了嚴峻的安全挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)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(tǒng)中的高層安全協(xié)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(fā)、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(tǒng)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(zhì)特征生成密鑰，可以有效避免傳統(tǒng)密鑰技術(shù)的密鑰分發(fā)和管理等復雜環(huán)節(jié)，以及密鑰本身傳輸?shù)陌踩珕栴}。結(jié)語總之，未來分布式電源想要大規(guī)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(fā)電設備的小規(guī)?；苑奖憬K端用戶的安裝，又要保證設備的發(fā)電效率是未來中國分布式電源設備制造企業(yè)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(wǎng)的過渡方面，目前中國特高壓線路的建設數(shù)量還不能滿足智能電網(wǎng)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(wǎng)絡，是堅強智能電網(wǎng)的基礎。最后，加強對智能電網(wǎng)的宣傳，建設更多的智能電網(wǎng)示范工程，讓用戶參與到建設中來，對于智能電網(wǎng)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(lián)網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化