張志先
（云南云鋁澤鑫鋁業(yè)有限公司，云南 曲靖 655500）
0 引 言
智能電源管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析和優(yōu)化控制，從而有效提高供電可靠性，降低能耗和故障發(fā)生概率，并提升整體運(yùn)營效率[1]。該系統(tǒng)集成先進(jìn)的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及控制策略，能夠?qū)崟r(shí)感知配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，快速響應(yīng)電力需求變化，并自動(dòng)調(diào)整電源配置，確保供電的連續(xù)性。
1 智能配電網(wǎng)概述
1.1 智能配電網(wǎng)定義
智能配電網(wǎng)是一種應(yīng)用現(xiàn)代科技手段對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)進(jìn)行智能化改造和升級(jí)的電力網(wǎng)絡(luò)[2]。電力網(wǎng)絡(luò)包括輸電、變電和配電3 個(gè)環(huán)節(jié)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及地理圖形等信息的高度集成。
圖1 電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.2 智能配電網(wǎng)架構(gòu)
智能配電網(wǎng)由配電變電站、配電線路、配電變壓器等配電設(shè)備組成。這些設(shè)備是構(gòu)成配電網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)將電力從輸電網(wǎng)引入并分配到各用戶端。
1.3 智能配電網(wǎng)的核心目的
智能配電網(wǎng)的核心目標(biāo)是提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和電能質(zhì)量，并降低運(yùn)行成本，減少對(duì)環(huán)境的影響。智能配電網(wǎng)憑借自身的自愈能力、高級(jí)安全性、與用戶的互動(dòng)支持以及對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的可視化管理等功能特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的全面優(yōu)化。
2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)
傳統(tǒng)配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)長(zhǎng)期依賴有線通信方式，尤其是光纖通信。但光纖通信存在一些固有的問題，如光纖鋪設(shè)的成本高昂、耗時(shí)長(zhǎng)，特別是在地理環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)。同時(shí)，光纖通信對(duì)物理損壞非常敏感，一旦光纖出現(xiàn)斷裂或損壞，修復(fù)工作既耗時(shí)又費(fèi)力[3]。此外，光纖通信在日常的通信過程中不能根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行快速調(diào)整。在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，光纖通信的脆弱性暴露無遺。例如，地震、洪水等自然災(zāi)害容易導(dǎo)致光纖斷裂，進(jìn)而造成通信中斷，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3 智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)
與傳統(tǒng)配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)相比，智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)更加注重通信的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。無線通信技術(shù)具有快速部署、靈活配置、低成本維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，在智能配電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。特別是無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）、全球微波接入互操作性（World Interoperability for Microwave Access，WiMAX）等無線寬帶技術(shù)，能夠提供高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，滿足智能配電網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性和大數(shù)據(jù)量的需求。電力線載波通信技術(shù)則將電力線路作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和電力傳輸?shù)挠袡C(jī)結(jié)合。無線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用特點(diǎn)和參數(shù)指標(biāo)見表1。
表1 無線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用特點(diǎn)和參數(shù)指標(biāo)
4.1 安全需求分析
智能配電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)承載著大量的電力運(yùn)行信息和管理數(shù)據(jù)，其安全性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的正常供電。因此，系統(tǒng)全面分析智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可能面臨的安全威脅，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的資源和數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問控制，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和操作[4]�；诎踩枨螅O(shè)計(jì)智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制設(shè)計(jì)。安全需求分析數(shù)據(jù)如表2 所示。
表2 安全需求分析數(shù)據(jù)
4.2 安全機(jī)制設(shè)計(jì)
采用加密算法對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，定期更換關(guān)鍵數(shù)據(jù)的密鑰，以增加破解難度。在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)附加校驗(yàn)碼，接收方在接收數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)校驗(yàn)碼進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，采用數(shù)字證書、動(dòng)態(tài)口令等身份認(rèn)證技術(shù)，對(duì)通信雙方進(jìn)行身份認(rèn)證，防止非法接入。基于角色的訪問控制（Role-Based Access Control，RBAC）技術(shù)，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的資源和數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)粒度的訪問控制，確保只有授權(quán)用戶才能訪問相關(guān)數(shù)據(jù)。安全機(jī)制設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表3 所示。
表3 安全機(jī)制設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
4.3 安全性能評(píng)估
模擬常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊手段，采用專業(yè)的漏洞掃描工具對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行漏洞掃描，并邀請(qǐng)專業(yè)的安全團(tuán)隊(duì)進(jìn)行滲透測(cè)試，分別從外部和內(nèi)部突破通信網(wǎng)絡(luò)的安全防線。同時(shí)，定期對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全審計(jì)，檢查安全機(jī)制的執(zhí)行情況。安全性能評(píng)估數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 安全性能評(píng)估數(shù)據(jù)
由表4 可知，采用安全性能評(píng)估策略后，成功防御超1 000 次的模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊，每季度借助專業(yè)工具進(jìn)行漏洞掃描發(fā)現(xiàn)的漏洞數(shù)少于5 個(gè)。通信網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞得到較好的控制和管理，安全團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全隱患。
5 智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與解決方案
5.1 網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與可擴(kuò)展性
智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性取決于系統(tǒng)需要連接的設(shè)備、傳感器和控制系統(tǒng)數(shù)量。隨著電力需求的日益增長(zhǎng)和分布式能源的接入，網(wǎng)絡(luò)需要具備良好的可擴(kuò)展性[5]。然而，實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和可擴(kuò)展性會(huì)受通信協(xié)議不統(tǒng)一、設(shè)備兼容性差、網(wǎng)絡(luò)帶寬不足等問題的制約。
為解決網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和可擴(kuò)展性問題，需要采用分層分區(qū)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將配電網(wǎng)劃分為多個(gè)獨(dú)立的通信子網(wǎng)，降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。
5.2 網(wǎng)絡(luò)性能與可靠性
智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)時(shí)傳輸大量的電力運(yùn)行信息，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性要求較高。為提升網(wǎng)絡(luò)性能，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞和傳輸時(shí)延，需要建立網(wǎng)絡(luò)備份和冗余機(jī)制，并采用CloudEngine S5735I-S-V2工業(yè)交換機(jī)，確保主網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)切換至備用網(wǎng)絡(luò)。
在硬件技術(shù)方面，我國已掌握具備高速、大容量的光通信技術(shù)，能夠大幅提升光傳輸速率。通過部署高性能的光傳輸設(shè)備和光纖網(wǎng)絡(luò)，為備用網(wǎng)絡(luò)的快速切換提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在軟件技術(shù)方面，我國自主研發(fā)分布式操作系統(tǒng)、云計(jì)算平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)化調(diào)度和優(yōu)化配置。當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別并切換至備用網(wǎng)絡(luò)，確保業(yè)務(wù)的無縫銜接。同時(shí)，借助人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在故障問題，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)切換的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。我國在網(wǎng)絡(luò)安全方面也取得顯著成果。通過構(gòu)建多層次、多方位的安全防護(hù)體系，能夠有效抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊和惡意病毒，保障網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保在網(wǎng)絡(luò)故障切換過程中，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的安全。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)威脅，融合路由、交換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）以及無線接入等多種功能，支持4G 和5G 接入，并建立網(wǎng)絡(luò)備份和冗余機(jī)制。
5.3 安全性與隱私保護(hù)
智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)承載著大量敏感數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)泄露或被篡改，將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的正常供電造成嚴(yán)重影響。為確保網(wǎng)絡(luò)安全，實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)，須建立完善的網(wǎng)絡(luò)安全管理體系。例如，電力公司可以監(jiān)控配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，利用數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)故障，并在故障發(fā)生前主動(dòng)修復(fù)故障。電力公司應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注電網(wǎng)的可靠性和恢復(fù)能力，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營管理。在技術(shù)層面，電力公司將繼續(xù)推進(jìn)電網(wǎng)智能化建設(shè)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，提高電網(wǎng)的自動(dòng)化水平和故障處理能力。為提高電網(wǎng)的恢復(fù)能力，電力公司還須加強(qiáng)與政府部門、社會(huì)組織和廣大用戶的合作，迅速展開搶修工作，及時(shí)修復(fù)電網(wǎng)故障。
6 結(jié) 論
智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用，對(duì)于提升配電網(wǎng)的智能化水平和運(yùn)行效率具有重要意義。通過概述智能配電網(wǎng)，明確其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的重要地位和作用。在研究智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)時(shí)，深入探討其運(yùn)作原理和技術(shù)特點(diǎn)，特別是網(wǎng)絡(luò)安全方面的問題，確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)將迎來更多的發(fā)展機(jī)遇。未來，研究者需要進(jìn)一步挖掘更多優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)服務(wù)，幫助企業(yè)獲得更為安全可靠的配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)，從而為電力系統(tǒng)的智能化升級(jí)提供有力支撐。
