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域的快速發(fā)展，量子通訊技術開始賦能我國涉及通訊安全的多個領域。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、高效地護航我國廣闊農(nóng)地上的復雜電力系統(tǒng)。
量子通訊技術怎么應用到電網(wǎng)建設？量子技術怎么化解“電力孤島”、“最后一公里”問題？對此，國盾量子項目經(jīng)理周雷和方案技術部產(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’建成的時侯，國家電網(wǎng)就前瞻性地開始布局量子保密技術在電力方面的應用，”周雷對澎湃新聞()記者說道，“國盾量子公司在上海、安徽、山東、湖北等多個地區(qū)，進行了一系列量子通訊技術應用示范工程項目的建設和探求。”
國盾量子公司Logo，圖片來自國盾量子
“量子加密”護航電網(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”，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先地位，并踏上量子通訊技術的應用之路。自2016年，國家電網(wǎng)就與國盾量子展開全面合作，將量子通訊技術應用落地到多個電網(wǎng)項目。
因為電力系統(tǒng)場景復雜，配網(wǎng)設備點多面廣，加之隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設的推動，大量新型電力終端設備接入電網(wǎng)，量子通訊技術賦能智慧電網(wǎng)的優(yōu)勢就顯露下來——更安全、更經(jīng)濟、更可靠、更高效。
“量子通訊技術應用到國家電網(wǎng)，目前主要集中在數(shù)據(jù)安全通訊方面量子傳輸技術，通過量子保密通訊技術進行加密，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用，就可能會涉及內(nèi)網(wǎng)。通過量子通訊技術可以保障通道安全，這么在個別業(yè)務上就可以實現(xiàn)與網(wǎng)段對接和保障網(wǎng)段的傳輸通道安全。”
因為電網(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。量子通訊技術對電網(wǎng)的應用正是在整個電網(wǎng)的通訊體系中進行量子加密。“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)，對輸電設備和配電設備進行控制和管理。國盾量子正是在信息通訊網(wǎng)中，通過量子秘鑰加密技術，對我國電網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸通道和數(shù)據(jù)安全儲存的保護。”
破解“電力孤島”困境
2022年1月25日，國網(wǎng)揚州供電公司通過配電手動化主站平臺，遠程控制并啟動坐落揚州北部山區(qū)的線路末端發(fā)電機，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?shù)仉娏Σ块T持續(xù)對轄區(qū)山中電力游廊進行整體改建升級，通過增設智能開關等方法，大大提高了該線路供電質(zhì)量，”國網(wǎng)揚州供電公司車頭供電所負責人勞劍鋒介紹道，“但線路末端的11個臺區(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)因為地勢高低不同，沿線村莊呈現(xiàn)“小而多”的分布特點，電網(wǎng)供電范圍廣，供電線路直徑大且網(wǎng)架結構單一。一旦線路故障，極易對附近居民生活用電導致長時間的影響。
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，通過自主設計研制遠程控制模塊，以安裝“量子+”遙控發(fā)電機取代傳統(tǒng)末端聯(lián)絡方案，在投資金額減少90%的情況下，使前述區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)具備獨立微網(wǎng)運行功能。
那量子技術是怎樣破解“電力孤島”困境？又怎樣實現(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行傳遞。那在信息傳遞方面就存在一些限制，并對傳遞的安全性提出新的需求，”周雷向澎湃新聞()記者介紹，“我們通過量子技術和這類場景結合，就可以在須要無線傳遞信息的場景去大面積應用量子技術。”
此外，“量子+”遙控發(fā)電機方案可以解決線路故障時，影響范圍大、時間長的困局，在保障用戶側(cè)不停水的前提下，實現(xiàn)對線路綜合檢修和改建提高。同時，“量子+”遙控發(fā)電機“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)，實現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓和孤島運行等多種應用功能。“通過技術研制和我們現(xiàn)有產(chǎn)品進行結合——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，管理上可以實現(xiàn)無線遠程操控，不須要人工現(xiàn)場去進行操控，節(jié)約人力成本。各方面綜合上去實現(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現(xiàn)量子加密智能開關全覆蓋，標志著國外首列基于量子加密無線通訊的全手動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平臺，其中包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的構成。“在整個項目過程當中，我們還提供了技術方案的支持。”周雷和陳尊耀表示，“這個平臺可以理解成我們量子秘鑰分發(fā)網(wǎng)路的一個延展，解決的雖然是‘最后一公里’問題。”
“最后一公里”是一個比較形象的比喻。“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)路去進行秘鑰安全分發(fā)。但在城市內(nèi)部，例如一個中心與對面聯(lián)通終端之間的距離可能沒這么遠，這么通過光纖的方法成本也高，實現(xiàn)的可能性也不太大。我們就把它拓展到無線應用上，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平臺，也離不開量子加密智能開關。“智能開關與傳統(tǒng)開關在功能上有很大的差距。傳統(tǒng)開關通過人工控制，是半手動的，可能碰到故障以后會合閘或手動跳轉(zhuǎn)。而智能開關通過提早預判，相應的信息搜集和人工遠程控制，可以實現(xiàn)多級保護。”
相比于傳統(tǒng)開關，智能開關平添了控制功能、故障確診功能，還能提早防范和預警故障，對于一些故障可以使電力部門快速定位，確切切斷故障部份，以保證主線安全運行。
據(jù)悉，智能開關基于無線進行數(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，在智能開關里采用對應量子模塊，把量子秘鑰通過平臺實時下發(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)人工控制時間，在故障發(fā)生后可以控制風險。”
探求“量子+無人機”
面向不久的將來，量子加密技術還可拓展應用到無人機等其他無線電網(wǎng)通訊場景。
在電網(wǎng)應用上，國盾量子已在無人機方面結合量子通訊技術進行了督查，并覺得技術具有可行性。周雷表示，“公司正在發(fā)展相關合作伙伴量子傳輸技術，例如在無人機、分布式光伏方面進行技術驗證，以推動相應的應用產(chǎn)品。”
未來，量子加密技術將怎樣應用到無人機上？“其實是將量子安全秘鑰以及安全傳輸技術，加載到現(xiàn)有無人機平臺上，在無人機數(shù)據(jù)采集和遠程控制方面，確保無人機和中心點之間的數(shù)據(jù)傳輸安全。”
目前，國盾量子也正在聯(lián)合電力相關的應用需求單位積極探求量子與無人機的技術融合。“現(xiàn)階段我們也在嘗試，因為無人機涉及到數(shù)據(jù)傳輸需求、遙控需求、數(shù)據(jù)采集后的儲存需求，我們在與相關方溝通，探求相應融合方案。”陳尊耀說，“因為電網(wǎng)有自己的防護要求和防護方案，我們也會按照她們的要求和方案做對應設計，同時協(xié)調(diào)無人機廠商做技術對接與技術驗證。”
展望未來，“我們將緊隨電網(wǎng)需求，將量子技術才能更多地融入電網(wǎng)的整個系統(tǒng)，提升國家電網(wǎng)在各方面的安全能力，保障國家基礎設施安全，這也是目前量子技術所能帶來的技術支撐。”
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平臺到智能開關，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在全省范圍內(nèi)的應用將愈加廣泛，不斷賦能我國關鍵基礎設施建設，保障著重要設施的通訊安全。