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能源互联网升级趋势下 电网的“神经系统”怎样进化

北极星输配电网  来源:国家电网报  作者:许海清  2021/1/26 8:37:06  我要投稿  

北极星输配电网讯:能源互联网在技术上广泛应用“大云物移智链”等信息通信及网络安全技术,与先进能源电力技术融合发展,推动电力系统运行管理呈现数字化、自动化、智能化的特点,是电网发展的更高阶段。

信息通信及网络安全技术是能源互联网的重要基础保障,已在电网各个环节发挥重要支撑作用。当前,国家电网有限公司已建成全球规模最大的一体化集团级信息系统,构建了电网运行的“神经系统”,基本实现先进信息处理、高效通信传输、网络安全保障,为电网逐渐转型为开放共享、弹性灵活的能源互联网提供有力支撑。在电网加快向能源互联网升级的背景下,新一代信息技术、通信技术和网络安全技术将更加深入融合并呈现新的发展趋势。

能源互联网信息技术更加智能高效

能源互联网中“源-网-荷-储-人”各要素协同互动,使不同系统数据随机产生、数据量分布不均等挑战急剧增加。数据的海量、分布式等特征对数据处理算法、数据处理机制、数据处理的基础设施建设都提出了新的要求。

当前,以云计算、大数据、人工智能、区块链等为代表的信息技术成为全球经济发展的主导力量。与此同时,量子计算、数字孪生等新一代信息技术正逐步走出萌芽期,初步展现出发展潜力。信息技术对能源互联网发展的支撑将呈现智能高效等特点。

●跨域演化预测的人工智能及数字孪生技术逐渐形成

未来,能源互联网各子系统的自主演化机制、扰动的跨域传播机制、跨域推理预测算法等将支撑数字孪生实现对现实世界的高效推演。突破多人机知识构建与推理、虚实互动的混合智能在线趋优等混合智能基础理论与关键技术,将实现复杂问题的计算处理和系统的赋智赋能。

●量子算法与传统算法的混合架构可支撑能源互联网大规模并行计算需求

量子算法体现出了巨大的计算优越性,很多传统算法难以解决的非确定性多项式问题(NP问题)都可以通过转化为量子算法的多项式问题(P问题)加以解决。量子计算机与传统计算机之间可通过N-P问题互补等技术,最大程度扩展人类的计算边界。

●高效节能将成为数据中心支撑能源互联网建设的重要保障

海量数据的计算和存储要求使数据中心对电能的消耗日益增加,需要突破高效能数据中心关键技术。全浸没液冷散热技术、电源使用效率小于1.1的超高能效数据中心技术代表了未来信息技术领域基础设施的技术能力,也符合能源互联网对数据中心技术的发展需求。

能源互联网通信技术向智慧泛在、万物智联演进

未来的业务变革要求能源互联网具备深度感知及灵活互动能力,需要大幅提升信息通信对电网业务的支撑能力。这对信息通信的容量及其泛在性、开放性、互动性、智能性、可信性提出了新要求。通信技术是实现电网状态全息感知、数据全面连接、业务全程在线、服务灵活互动的重要保障。

随着个性化、全息交互、人机协作的业务发展趋势,未来通信技术可能诞生的全新服务将进一步扩展到感知互联网,呈现出万物智联的特点,并与能源领域等垂直行业深度融合。新一代通信技术的应用研究及电力定制化产品研制,可提高网络容量,加强无线网络的广度、深度覆盖能力,降低业务时延,全面、深度感知源网荷储设备运行、状态和环境信息;通过优化调度来实现跨区域送受端协调控制,提升新能源消纳能力;通过输变电、配用电设备广泛互联、信息深度采集,提升故障就地处理、精准主动抢修、三相不平衡治理和区域能源自治水平,提高供电可靠性。

新一代的5G/6G技术、信息物理系统仿真技术、卫星互联网技术等将为能源互联网通信发展提供支撑。5G作为新一代无线通信技术,峰值速率较4G提高20倍,无线空口时延降到毫秒级,连接密度每平方千米达百万级。这使5G无线通信技术可以满足工业互联网对网络的需求。未来,5G技术将聚焦广覆盖大连接、太赫兹通信、超大规模天线、新型调制编码及新型双工技术等多种技术,完整打造5G三大类典型场景:具有典型低时延、高可靠业务需求的电网控制类业务,具有大连接、大带宽需求的电网采集类业务,具有广覆盖、网络移动应用需求的移动应用类业务。

今后,6G深度融合通信、信息、大数据、人工智能及控制技术,将呈现出极强的跨学科、跨领域特征。网络将支持灵活重构,具备感知-通信-计算一体化协同能力,形成天基空基地基一体化的三维立体、全面覆盖的融合通信网。

信息物理系统仿真技术也是发展方向之一,将支撑物理系统的量测感知、智能分析和反馈控制能力提升。目前仿真分析技术出现三种趋势:一是从单纯的机理模型或者数据模型向机理数据融合模型演进,二是逐渐从单一的孤立系统分析转变为跨多层系统的耦合分析,三是仿真分析从非实时向准实时/超实时过渡,从离线向在线演进,从单机集中向云化虚拟演进。电力信息物理系统将依托云化信息通信技术资源逐渐向数字孪生架构演进。

未来,信息物理系统将在云化的信息通信技术资源底座上开展分布的孪生体注册管理;仿真数据和实时量测数据形成数据中台,支撑人工智能训练;数据驱动模型支撑高级智能决策应用。这一系统将利用广域空间分布的数字基础设施,在单系统内进行跨越地理区域的仿真联动,在多系统之间打通仿真数据交互的壁垒,在广域分布的信息通信技术资源中联合多系统进行实时孪生推演分析。

网络安全技术向动态智能、主动防御方向发展

能源互联网中设备组成复杂、终端设备众多、多网融合、架构开放、内外网界限模糊等问题给能源互联网网络安全带来严峻挑战。在全球电力行业网络安全攻击事件频发的背景下,需要重点加强能源互联网的网络安全防护水平。

我国电力网络安全的发展经历了无体系化防护、边界隔离被动防护、被动防护向主动防御转变三个阶段。进入能源互联网建设阶段,电网面临网络边界向外延伸、数据融合共享持续深化等状况,加之量子计算等新技术对隔离网络持久性造成威胁,以防为主、“封闭隔离”的传统电网防护体系已不能满足未来能源互联网的安全需求。

能源互联网的网络安全防护体系将通过“分级分域、可信接入、智能感知、动态防护”策略,打破被动式安全防御体系,向动态、智能的主动式安全防御体系转变。需研究动态防御、态势感知、可信计算和后量子密码等技术,形成多层次、全方位的网络安全保障体系。

发展动态防御技术。需研究IP地址跳变、网络动态变形等动态安全防御技术,关注拟态防御技术在电网的应用,保障能源互联网安全稳定。

发展态势感知技术。态势感知技术可全面了解网络态势,预测发展态势,有效响应并防范网络攻击。需要加快建设能源互联网安全态势感知平台,形成整体的解决方案,全面保障电力系统安全可靠性。

发展可信计算技术。常规的事后防御手段存在“补丁难打、漏洞难防”的问题,因此需发展可信计算技术,从根本上解决计算机和网络结构的不安全问题,建立“可管可控、精准防护、可视可信、智能防御”的安全防护模型,构建能源互联网中安全可信的运行环境与管理机制。

发展后量子密码技术。量子计算对包括能源互联网在内的网络可能造成一定威胁。需要研究后量子密码技术,抵抗量子计算机对现有密码算法的攻击,以保护能源互联网在量子攻击下的安全性。

(作者单位:中国电力科学研究院有限公司)


原标题:电网的“神经系统”怎样进化

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