鄉(xiāng)村“電力孤島”、數(shù)據(jù)傳輸“最后一公里”難題、潛在黑客恐嚇等，這都是傳統(tǒng)電網(wǎng)往年可能面臨的窘境。
隨著我國量子保密通訊領(lǐng)域的快速發(fā)展，量子通訊技術(shù)開始賦能我國涉及通訊安全的多個(gè)領(lǐng)域。量子賦能智慧電網(wǎng)，是其中較為典型與成功的案例之一，除了能破解傳統(tǒng)電網(wǎng)困局，更能通過“量子加密”保障信息安全，更經(jīng)濟(jì)、高效地護(hù)航我國廣闊農(nóng)地上的復(fù)雜電力系統(tǒng)。
量子通訊技術(shù)怎么應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)？量子技術(shù)怎么化解“電力孤島”、“最后一公里”問題？對(duì)此，國盾量子項(xiàng)目經(jīng)理周雷和方案技術(shù)部產(chǎn)品總監(jiān)陳尊耀一齊接受了澎湃新聞()記者的采訪。
“早在量子通訊‘京滬干線’建成的時(shí)侯，國家電網(wǎng)就前瞻性地開始布局量子保密技術(shù)在電力方面的應(yīng)用，”周雷對(duì)澎湃新聞()記者說道，“國盾量子公司在上海、安徽、山東、湖北等多個(gè)地區(qū)，進(jìn)行了一系列量子通訊技術(shù)應(yīng)用示范工程項(xiàng)目的建設(shè)和探求。”
國盾量子公司Logo，圖片來自國盾量子
“量子加密”護(hù)航電網(wǎng)
隨著我國在2016年發(fā)射全球首顆量子通訊衛(wèi)星“墨子號(hào)”，2017年開通世界首列量子保密通訊干線——“京滬干線”，在量子通訊方面我國日漸搶占世界領(lǐng)先地位，并踏上量子通訊技術(shù)的應(yīng)用之路。自2016年，國家電網(wǎng)就與國盾量子展開全面合作，將量子通訊技術(shù)應(yīng)用落地到多個(gè)電網(wǎng)項(xiàng)目。
因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)場景復(fù)雜，配網(wǎng)設(shè)備點(diǎn)多面廣，加之隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推動(dòng)，大量新型電力終端設(shè)備接入電網(wǎng)，量子通訊技術(shù)賦能智慧電網(wǎng)的優(yōu)勢就顯露下來——更安全、更經(jīng)濟(jì)、更可靠、更高效。
“量子通訊技術(shù)應(yīng)用到國家電網(wǎng)，目前主要集中在數(shù)據(jù)安全通訊方面量子傳輸技術(shù)，通過量子保密通訊技術(shù)進(jìn)行加密，保障數(shù)據(jù)傳輸安全。”陳尊耀向澎湃新聞()記者介紹，“還有就是在業(yè)務(wù)上，國家電網(wǎng)傳統(tǒng)使用的是外網(wǎng)或私網(wǎng)，但隨著無線互聯(lián)網(wǎng)和智能配電終端的應(yīng)用，就可能會(huì)涉及內(nèi)網(wǎng)。通過量子通訊技術(shù)可以保障通道安全，這么在個(gè)別業(yè)務(wù)上就可以實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)段對(duì)接和保障網(wǎng)段的傳輸通道安全。”
因?yàn)殡娋W(wǎng)涉及到國家能源安全，所以國家電網(wǎng)有自己的通訊網(wǎng)路，與外部網(wǎng)路是分開的。量子通訊技術(shù)對(duì)電網(wǎng)的應(yīng)用正是在整個(gè)電網(wǎng)的通訊體系中進(jìn)行量子加密。“簡單來說，電力系統(tǒng)可分為輸配電網(wǎng)和信息通訊網(wǎng)。輸配電網(wǎng)相當(dāng)于電能的傳輸配送網(wǎng)路，信息通訊網(wǎng)主要是基于輸配電網(wǎng)，對(duì)輸電設(shè)備和配電設(shè)備進(jìn)行控制和管理。國盾量子正是在信息通訊網(wǎng)中，通過量子秘鑰加密技術(shù)，對(duì)我國電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通道和數(shù)據(jù)安全儲(chǔ)存的保護(hù)。”
破解“電力孤島”困境
2022年1月25日，國網(wǎng)揚(yáng)州供電公司通過配電手動(dòng)化主站平臺(tái)，遠(yuǎn)程控制并啟動(dòng)坐落揚(yáng)州北部山區(qū)的線路末端發(fā)電機(jī)，以小成本破解了山區(qū)“電力孤島”困境，解決了該線路末端支線常年存在的單電源困局。
“近年來，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T持續(xù)對(duì)轄區(qū)山中電力游廊進(jìn)行整體改建升級(jí)，通過增設(shè)智能開關(guān)等方法，大大提高了該線路供電質(zhì)量，”國網(wǎng)揚(yáng)州供電公司車頭供電所負(fù)責(zé)人勞劍鋒介紹道，“但線路末端的11個(gè)臺(tái)區(qū)因地勢緣故，仍常年成為‘電力孤島’。”
杭州市北部山區(qū)，圖片來自人民網(wǎng)
杭州市北部山區(qū)因?yàn)榈貏莞叩筒煌鼐€村莊呈現(xiàn)“小而多”的分布特點(diǎn)，電網(wǎng)供電范圍廣，供電線路直徑大且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)單一。一旦線路故障，極易對(duì)附近居民生活用電導(dǎo)致長時(shí)間的影響。
為了保障山區(qū)供電安全，國網(wǎng)杭州供電公司與國盾量子合作，通過自主設(shè)計(jì)研制遠(yuǎn)程控制模塊，以安裝“量子+”遙控發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)末端聯(lián)絡(luò)方案，在投資金額減少90%的情況下，使前述區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)具備獨(dú)立微網(wǎng)運(yùn)行功能。
那量子技術(shù)是怎樣破解“電力孤島”困境？又怎樣實(shí)現(xiàn)小成本呢？
“‘電力孤島’是指它的傳輸資源只能通過無線方法來進(jìn)行傳遞。那在信息傳遞方面就存在一些限制，并對(duì)傳遞的安全性提出新的需求，”周雷向澎湃新聞()記者介紹，“我們通過量子技術(shù)和這類場景結(jié)合，就可以在須要無線傳遞信息的場景去大面積應(yīng)用量子技術(shù)。”
此外，“量子+”遙控發(fā)電機(jī)方案可以解決線路故障時(shí)，影響范圍大、時(shí)間長的困局，在保障用戶側(cè)不停水的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路綜合檢修和改建提高。同時(shí)，“量子+”遙控發(fā)電機(jī)“出力可控”，其有源配電網(wǎng)能更高效地參與用電峰谷調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓和孤島運(yùn)行等多種應(yīng)用功能。“通過技術(shù)研制和我們現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合——以大型化、集成化、芯片化的方法，增加了成本和融合的難度。”
“另一方面是由于，倘若應(yīng)用傳統(tǒng)的裝置，須要鋪裝光纖過去。從光纖成本角度來看，倘若是光纖鋪裝過去，光纖、人工和管理成本都是十分高的。”陳尊耀補(bǔ)充道，“我們通過無線方法，可以省去光纖鋪裝的成本，管理上可以實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程操控，不須要人工現(xiàn)場去進(jìn)行操控，節(jié)約人力成本。各方面綜合上去實(shí)現(xiàn)了小成本管控。”
解決“最后1公里”問題
2021年11月，杭州杭州浦口10千伏橫山線主線實(shí)現(xiàn)量子加密智能開關(guān)全覆蓋，標(biāo)志著國外首列基于量子加密無線通訊的全手動(dòng)化架空線路即將投產(chǎn)。
在前述電力系統(tǒng)中，國盾量子主要提供了量子加密安全服務(wù)平臺(tái)，其中包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。“在整個(gè)項(xiàng)目過程當(dāng)中，我們還提供了技術(shù)方案的支持。”周雷和陳尊耀表示，“這個(gè)平臺(tái)可以理解成我們量子秘鑰分發(fā)網(wǎng)路的一個(gè)延展，解決的雖然是‘最后一公里’問題。”
“最后一公里”是一個(gè)比較形象的比喻。“經(jīng)典網(wǎng)路通訊雖然是基于光纖網(wǎng)路的秘鑰傳輸，像城市與城市之間可以通過光纖網(wǎng)路去進(jìn)行秘鑰安全分發(fā)。但在城市內(nèi)部，例如一個(gè)中心與對(duì)面聯(lián)通終端之間的距離可能沒這么遠(yuǎn)，這么通過光纖的方法成本也高，實(shí)現(xiàn)的可能性也不太大。我們就把它拓展到無線應(yīng)用上，解決了‘最后一公里’問題，即從中心到聯(lián)通終端的距離借助無線，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸。”
要徹底解決秘鑰傳輸?shù)摹白詈?公里”問題，不僅量子加密安全服務(wù)平臺(tái)，也離不開量子加密智能開關(guān)。“智能開關(guān)與傳統(tǒng)開關(guān)在功能上有很大的差距。傳統(tǒng)開關(guān)通過人工控制，是半手動(dòng)的，可能碰到故障以后會(huì)合閘或手動(dòng)跳轉(zhuǎn)。而智能開關(guān)通過提早預(yù)判，相應(yīng)的信息搜集和人工遠(yuǎn)程控制，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)保護(hù)。”
相比于傳統(tǒng)開關(guān)，智能開關(guān)平添了控制功能、故障確診功能，還能提早防范和預(yù)警故障，對(duì)于一些故障可以使電力部門快速定位，確切切斷故障部份，以保證主線安全運(yùn)行。
據(jù)悉，智能開關(guān)基于無線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩跃妥兊酶又匾！凹纫ＷC不被外人盜取，也要保證不被黑客功擊和偽造指令，防止電網(wǎng)業(yè)務(wù)中斷，或是信息采集有誤。因而要借助量子加密的融合，在智能開關(guān)里采用對(duì)應(yīng)量子模塊，把量子秘鑰通過平臺(tái)實(shí)時(shí)下發(fā)，這樣控制指令或采集的數(shù)據(jù)信息可以安全地加密上傳，降低傳統(tǒng)人工控制時(shí)間，在故障發(fā)生后可以控制風(fēng)險(xiǎn)。”
探求“量子+無人機(jī)”
面向不久的將來，量子加密技術(shù)還可拓展應(yīng)用到無人機(jī)等其他無線電網(wǎng)通訊場景。
在電網(wǎng)應(yīng)用上，國盾量子已在無人機(jī)方面結(jié)合量子通訊技術(shù)進(jìn)行了督查，并覺得技術(shù)具有可行性。周雷表示，“公司正在發(fā)展相關(guān)合作伙伴量子傳輸技術(shù)，例如在無人機(jī)、分布式光伏方面進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，以推動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)用產(chǎn)品。”
未來，量子加密技術(shù)將怎樣應(yīng)用到無人機(jī)上？“其實(shí)是將量子安全秘鑰以及安全傳輸技術(shù)，加載到現(xiàn)有無人機(jī)平臺(tái)上，在無人機(jī)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制方面，確保無人機(jī)和中心點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸安全。”
目前，國盾量子也正在聯(lián)合電力相關(guān)的應(yīng)用需求單位積極探求量子與無人機(jī)的技術(shù)融合。“現(xiàn)階段我們也在嘗試，因?yàn)闊o人機(jī)涉及到數(shù)據(jù)傳輸需求、遙控需求、數(shù)據(jù)采集后的儲(chǔ)存需求，我們?cè)谂c相關(guān)方溝通，探求相應(yīng)融合方案。”陳尊耀說，“因?yàn)殡娋W(wǎng)有自己的防護(hù)要求和防護(hù)方案，我們也會(huì)按照她們的要求和方案做對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)，同時(shí)協(xié)調(diào)無人機(jī)廠商做技術(shù)對(duì)接與技術(shù)驗(yàn)證。”
展望未來，“我們將緊隨電網(wǎng)需求，將量子技術(shù)才能更多地融入電網(wǎng)的整個(gè)系統(tǒng)，提升國家電網(wǎng)在各方面的安全能力，保障國家基礎(chǔ)設(shè)施安全，這也是目前量子技術(shù)所能帶來的技術(shù)支撐。”
從破解“電力孤島”到解決“最后一公里”難題，從量子加密安全服務(wù)平臺(tái)到智能開關(guān)，國家電網(wǎng)與國盾量子的共同探求之路未曾止步。以量子秘鑰分發(fā)為核心的量子通訊技術(shù)在全省范圍內(nèi)的應(yīng)用將愈加廣泛，不斷賦能我國關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保障著重要設(shè)施的通訊安全。