能源互聯網升級趨勢下 電網的「神經系統」怎樣進化

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第三屆綜合能源服務產業創新發展大會及氫能大會

2021年4月8-9日·上海

吳經理 18733441746

來源：國家電網報｜許海清

能源互聯網在技術上廣泛應用「大雲物移智鏈」等信息通信及網絡安全技術，與先進能源電力技術融合發展，推動電力系統運行管理呈現數字化、自動化、智能化的特點，是電網發展的更高階段。

信息通信及網絡安全技術是能源互聯網的重要基礎保障，已在電網各個環節發揮重要支撐作用。當前，國家電網有限公司已建成全球規模最大的一體化集團級信息系統，構建了電網運行的「神經系統」，基本實現先進信息處理、高效通信傳輸、網絡安全保障，為電網逐漸轉型為開放共享、彈性靈活的能源互聯網提供有力支撐。在電網加快向能源互聯網升級的背景下，新一代信息技術、通信技術和網絡安全技術將更加深入融合併呈現新的發展趨勢。

能源互聯網信息技術更加智能高效

能源互聯網中「源-網-荷-儲-人」各要素協同互動，使不同系統數據隨機產生、數據量分佈不均等挑戰急劇增加。數據的海量、分佈式等特徵對數據處理算法、數據處理機制、數據處理的基礎設施建設都提出了新的要求。

當前，以雲計算、大數據、人工智能、區塊鏈等為代表的信息技術成為全球經濟發展的主導力量。與此同時，量子計算、數字孿生等新一代信息技術正逐步走出萌芽期，初步展現出發展潛力。信息技術對能源互聯網發展的支撐將呈現智能高效等特點。

●跨域演化預測的人工智能及數字孿生技術逐漸形成

未來，能源互聯網各子系統的自主演化機制、擾動的跨域傳播機制、跨域推理預測算法等將支撐數字孿生實現對現實世界的高效推演。突破多人機知識構建與推理、虛實互動的混合智能在線趨優等混合智能基礎理論與關鍵技術，將實現複雜問題的計算處理和系統的賦智賦能。

●量子算法與傳統算法的混合架構可支撐能源互聯網大規模並行計算需求

量子算法體現出了巨大的計算優越性，很多傳統算法難以解決的非確定性多項式問題（NP問題）都可以通過轉化為量子算法的多項式問題（P問題）加以解決。量子計算機與傳統計算機之間可通過N-P問題互補等技術，最大程度擴展人類的計算邊界。

●高效節能將成為數據中心支撐能源互聯網建設的重要保障

海量數據的計算和存儲要求使數據中心對電能的消耗日益增加，需要突破高效能數據中心關鍵技術。全浸沒液冷散熱技術、電源使用效率小於1.1的超高能效數據中心技術代表了未來信息技術領域基礎設施的技術能力，也符合能源互聯網對數據中心技術的發展需求。

能源互聯網通信技術向智慧泛在、萬物智聯演進

未來的業務變革要求能源互聯網具備深度感知及靈活互動能力，需要大幅提升信息通信對電網業務的支撐能力。這對信息通信的容量及其泛在性、開放性、互動性、智能性、可信性提出了新要求。通信技術是實現電網狀態全息感知、數據全面連接、業務全程在線、服務靈活互動的重要保障。

隨着個性化、全息交互、人機協作的業務發展趨勢，未來通信技術可能誕生的全新服務將進一步擴展到感知互聯網，呈現出萬物智聯的特點，並與能源領域等垂直行業深度融合。新一代通信技術的應用研究及電力定製化產品研製，可提高網絡容量，加強無線網絡的廣度、深度覆蓋能力，降低業務時延，全面、深度感知源網荷儲設備運行、狀態和環境信息；通過優化調度來實現跨區域送受端協調控制，提升新能源消納能力；通過輸變電、配用電設備廣泛互聯、信息深度採集，提升故障就地處理、精準主動搶修、三相不平衡治理和區域能源自治水平，提高供電可靠性。

新一代的5G/6G技術、信息物理系統仿真技術、衛星互聯網技術等將為能源互聯網通信發展提供支撐。5G作為新一代無線通信技術，峰值速率較4G提高20倍，無線空口時延降到毫秒級，連接密度每平方千米達百萬級。這使5G無線通信技術可以滿足工業互聯網對網絡的需求。未來，5G技術將聚焦廣覆蓋大連接、太赫茲通信、超大規模天線、新型調製編碼及新型雙工技術等多種技術，完整打造5G三大類典型場景：具有典型低時延、高可靠業務需求的電網控制類業務，具有大連接、大帶寬需求的電網採集類業務，具有廣覆蓋、網絡移動應用需求的移動應用類業務。

今後，6G深度融合通信、信息、大數據、人工智能及控制技術，將呈現出極強的跨學科、跨領域特徵。網絡將支持靈活重構，具備感知-通信-計算一體化協同能力，形成天基空基地基一體化的三維立體、全面覆蓋的融合通信網。

信息物理系統仿真技術也是發展方向之一，將支撐物理系統的量測感知、智能分析和反饋控制能力提升。目前仿真分析技術出現三種趨勢：一是從單純的機理模型或者數據模型向機理數據融合模型演進，二是逐漸從單一的孤立系統分析轉變為跨多層系統的耦合分析，三是仿真分析從非實時向准實時/超實時過渡，從離線向在線演進，從單機集中向雲化虛擬演進。電力信息物理系統將依託雲化信息通信技術資源逐漸向數字孿生架構演進。

未來，信息物理系統將在雲化的信息通信技術資源底座上開展分佈的孿生體註冊管理；仿真數據和實時量測數據形成數據中台，支撐人工智能訓練；數據驅動模型支撐高級智能決策應用。這一系統將利用廣域空間分佈的數字基礎設施，在單系統內進行跨越地理區域的仿真聯動，在多系統之間打通仿真數據交互的壁壘，在廣域分佈的信息通信技術資源中聯合多系統進行實時孿生推演分析。

網絡安全技術向動態智能、主動防禦方向發展

能源互聯網中設備組成複雜、終端設備眾多、多網融合、架構開放、內外網界限模糊等問題給能源互聯網網絡安全帶來嚴峻挑戰。在全球電力行業網絡安全攻擊事件頻發的背景下，需要重點加強能源互聯網的網絡安全防護水平。

我國電力網絡安全的發展經歷了無體系化防護、邊界隔離被動防護、被動防護向主動防禦轉變三個階段。進入能源互聯網建設階段，電網面臨網絡邊界向外延伸、數據融合共享持續深化等狀況，加之量子計算等新技術對隔離網絡持久性造成威脅，以防為主、「封閉隔離」的傳統電網防護體系已不能滿足未來能源互聯網的安全需求。

能源互聯網的網絡安全防護體系將通過「分級分域、可信接入、智能感知、動態防護」策略，打破被動式安全防禦體系，向動態、智能的主動式安全防禦體系轉變。需研究動態防禦、態勢感知、可信計算和後量子密碼等技術，形成多層次、全方位的網絡安全保障體系。

發展動態防禦技術。需研究IP地址跳變、網絡動態變形等動態安全防禦技術，關注擬態防禦技術在電網的應用，保障能源互聯網安全穩定。

發展態勢感知技術。態勢感知技術可全面了解網絡態勢，預測發展態勢，有效響應並防範網絡攻擊。需要加快建設能源互聯網安全態勢感知平台，形成整體的解決方案，全面保障電力系統安全可靠性。

發展可信計算技術。常規的事後防禦手段存在「補丁難打、漏洞難防」的問題，因此需發展可信計算技術，從根本上解決計算機和網絡結構的不安全問題，建立「可管可控、精準防護、可視可信、智能防禦」的安全防護模型，構建能源互聯網中安全可信的運行環境與管理機制。

發展後量子密碼技術。量子計算對包括能源互聯網在內的網絡可能造成一定威脅。需要研究後量子密碼技術，抵抗量子計算機對現有密碼算法的攻擊，以保護能源互聯網在量子攻擊下的安全性。

（作者單位：中國電力科學研究院有限公司）

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