［關(guān)鍵詞］新型電力系統(tǒng)；通信傳輸；實時應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)安全；故障恢復

［中圖分類號］TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0004–03

新型電力系統(tǒng)包括智能電網(wǎng)、可再生能源、電動車等技術(shù)，其復雜性和規(guī)模的不斷增加，對通信傳輸提出了更高的要求。有效的通信傳輸是實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)高效運行和智能管理的關(guān)鍵，因此，對通信傳輸在新型電力系統(tǒng)中的實時應(yīng)用進行深入研究具有重要意義。吳贊紅[1]、賀艷等[2] 和冶娟[3] 提出了基于深度學習和生成對抗網(wǎng)絡(luò)的安全威脅檢測與防御方法，為電網(wǎng)安全提供了新的思路。在此基礎(chǔ)上，提出模擬仿真的方法，以分析新型電力系統(tǒng)中通信傳輸?shù)奶魬?zhàn)和需求，并在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上提出針對性的解決方案，為實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運行和智能管理作出貢獻。

1新型電力系統(tǒng)中通信傳輸問題分析

1.1實時性挑戰(zhàn)

電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量龐大且傳輸頻繁，傳感器和監(jiān)控設(shè)備實時生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要迅速傳輸至控制中心進行處理和決策，因此通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠承受高負載并保證數(shù)據(jù)的及時傳輸。傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)在高負載下容易出現(xiàn)擁堵，導致傳輸時延增加，影響系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力。同時，不同類型的數(shù)據(jù)對實時性的要求不同，控制命令和緊急事件報警等關(guān)鍵數(shù)據(jù)要求幾乎零時延的傳輸，而普通監(jiān)測數(shù)據(jù)則相對寬松，因此，通信系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)優(yōu)先級管理機制，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠優(yōu)先傳輸。不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)如何進行有效的區(qū)分和處理成為技術(shù)上的關(guān)鍵。

傳輸介質(zhì)的選擇對于實時性也有著重要的影響，在傳輸過程中易受環(huán)境的干擾，從而導致信號的不穩(wěn)定和傳輸?shù)难舆t。雖然光纖通信具有較高的穩(wěn)定性和帶寬，但成本較高且安裝復雜，因此為了平衡成本和性能，需要根據(jù)具體情況選擇適當?shù)膫鬏斀橘|(zhì)。系統(tǒng)的復雜性和多樣性增加了實時傳輸?shù)碾y度。現(xiàn)代電力系統(tǒng)包含多個子系統(tǒng)和眾多設(shè)備，這些設(shè)備之間需要進行頻繁的通信和協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)復雜，傳輸路徑多樣，如何優(yōu)化傳輸路徑和調(diào)度策略，確保整體系統(tǒng)的實時性成為一個重大挑戰(zhàn)。

1.2可靠性需求

在新型電力系統(tǒng)中，通信傳輸?shù)目煽啃允潜Ｕ舷到y(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。電力系統(tǒng)通常包含多個發(fā)電站、變電站和配電網(wǎng)絡(luò)，因此，通信網(wǎng)絡(luò)需具備高度可靠性，各環(huán)節(jié)間的通信需要高度協(xié)調(diào)，若某個節(jié)點的通信出現(xiàn)故障，可能會影響整個系統(tǒng)的運行。因此，必須在通信網(wǎng)絡(luò)中引入冗余設(shè)計，確保在單個節(jié)點或鏈路發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能通過備用路徑繼續(xù)運行。環(huán)境因素對通信傳輸?shù)目煽啃杂绊懸草^大，電力系統(tǒng)經(jīng)常分布在各種復雜環(huán)境中，電磁干擾、物理破壞和極端氣象條件都會影響通信設(shè)備的正常運行，選擇適應(yīng)性強、抗干擾能力強的通信設(shè)備和技術(shù)尤為重要。例如，光纖通信技術(shù)，其抗干擾能力和傳輸穩(wěn)定性在復雜的環(huán)境下非常適用，但成本較高。

電力系統(tǒng)的動態(tài)性和實時性要求也對通信傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽烁咭?，系統(tǒng)需要對電力傳輸和分配進行實時監(jiān)控和調(diào)整。任何數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t或丟失都會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響，通信系統(tǒng)需要采用高可靠性的傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)糾錯技術(shù)，減少數(shù)據(jù)丟失和傳輸錯誤，以保證實時和可靠的傳輸。

1.3安全性隱患

新型電力系統(tǒng)中，通信傳輸?shù)陌踩灾陵P(guān)重要，但同時其也面臨諸多隱患和挑戰(zhàn)：網(wǎng)絡(luò)安全威脅。網(wǎng)絡(luò)攻擊風險顯著增加，電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)可能成為惡意攻擊者的目標，進而導致系統(tǒng)癱瘓或數(shù)據(jù)泄漏，常見的攻擊手段包括拒絕服務(wù)（DoS）攻擊、惡意軟件感染、數(shù)據(jù)篡改和信息竊取等，這些攻擊不僅會影響電力系統(tǒng)的正常運行，還可能導致嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。數(shù)據(jù)隱私問題。電力系統(tǒng)中涉及大量敏感數(shù)據(jù)，如用戶用電信息、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)一旦被非法獲取或泄漏，將對用戶隱私和系統(tǒng)安全造成嚴重威脅。內(nèi)部威脅。電力系統(tǒng)的運行和維護通常涉及多方人員，包括內(nèi)部員工、外部供應(yīng)商和第三方合作伙伴，由于人為錯誤或惡意行為，內(nèi)部威脅可能導致數(shù)據(jù)泄漏、設(shè)備損壞或系統(tǒng)運行異常，如何有效防范內(nèi)部威脅是保障電力系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。④通信設(shè)備和技術(shù)安全性。電力系統(tǒng)使用的通信設(shè)備和技術(shù)如果存在漏洞或被攻破，將嚴重威脅系統(tǒng)的安全性，同時設(shè)備固件和軟件如果沒有及時更新，也可能會被利用進行攻擊。

2通信傳輸在新型電力系統(tǒng)中的實時應(yīng)用探索

2.1模擬仿真

在模擬仿真試驗中使用MATLAB/Simulink 等工具實現(xiàn)了電力系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學模型。其中，電力系統(tǒng)的數(shù)學模型基于節(jié)點電壓法或母線導納法描述，考慮了電力系統(tǒng)中節(jié)點電壓和支路電流之間的關(guān)系。假設(shè)電力系統(tǒng)由RLC 電路組成簡單交流電路，可通過以下微分方程組描述電力系統(tǒng)的動態(tài)特性。

完整的電力系統(tǒng)微分方程組可應(yīng)用上述微分方程到整個電力系統(tǒng)中的各個支路中，再結(jié)合節(jié)點電壓和支路電流之間的關(guān)系得到。通信傳輸?shù)膶崟r性可通過模擬仿真試驗進行綜合評估，以提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，用于系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化。

2.2實地測試

一系列實地測試是在模擬方法的基礎(chǔ)上，對模擬試驗的結(jié)果進行驗證，得出真實的資料和情況?，F(xiàn)場測試以模擬電力系統(tǒng)實際工作情況和運行狀態(tài)為目的，在真實的電力系統(tǒng)環(huán)境中進行。通過將通信傳輸設(shè)備和傳感器布置在現(xiàn)場，并配合地方電力公司對實時運行數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)的通信傳輸進行記錄。

（1）試驗對象。選擇具有代表性的電力系統(tǒng)場景，例如，城市供電網(wǎng)或農(nóng)村微電網(wǎng)。布置通信設(shè)備，如路由器、交換機等，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信功能。布置傳感器，監(jiān)測電力系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等參數(shù)。

（2）試驗方法。在選定的試驗地點，按照預(yù)先設(shè)計的布置方案，安裝并連接傳感器和通信設(shè)備。通過通信設(shè)備將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或監(jiān)控中心，以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。在實地測試過程中，實時監(jiān)測電力系統(tǒng)各節(jié)點的電壓、電流、頻率等參數(shù)，以及通信傳輸?shù)臅r延、丟包率等指標，并將數(shù)據(jù)記錄下來。將實地測試獲得的數(shù)據(jù)與模擬仿真試驗結(jié)果進行對比分析，驗證模擬仿真試驗的準確性和可靠性，評估通信傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。根據(jù)實地測試結(jié)果提出改進建議，優(yōu)化電力系統(tǒng)的通信傳輸方案和參數(shù)設(shè)置，以提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

通過以上實地測試方法，可獲取真實場景下的電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和通信傳輸情況。得出的驗證模擬仿真試驗結(jié)果見表1，以為電力系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供實際參考。

3解決方案的提出與分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，為進一步提高新型電力系統(tǒng)中通信傳輸?shù)膶崟r性、可靠性和安全性，提出以下優(yōu)化方案。

3.1優(yōu)化傳輸協(xié)議

試驗數(shù)據(jù)表明，當前通信傳輸協(xié)議能夠在較低時延和丟包率的條件下，滿足電力系統(tǒng)的基本需求。然而，為了進一步提升系統(tǒng)性能，需要對傳輸協(xié)議進行優(yōu)化。

（1）選擇更高效的協(xié)議。采用專為低延遲和高可靠性設(shè)計的通信協(xié)議，如基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的協(xié)議。這類協(xié)議能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和低時延。

（2）動態(tài)調(diào)整傳輸參數(shù)。引入自適應(yīng)傳輸機制，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載和環(huán)境變化對傳輸參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，如帶寬分配和傳輸路徑等，從而在提高數(shù)據(jù)傳輸效率的同時，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行。

（3）優(yōu)先級管理。在傳輸過程中引入數(shù)據(jù)優(yōu)先級管理機制，對關(guān)鍵性數(shù)據(jù)賦予更高優(yōu)先級，以便在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下仍能優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可用性和可靠性，使網(wǎng)絡(luò)資源得到更有效的利用。

3.2加強網(wǎng)絡(luò)安全

試驗數(shù)據(jù)的丟包率雖低，但網(wǎng)絡(luò)安全仍然是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素，所以提出以下加強網(wǎng)絡(luò)安全的措施。

（1）以保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行為第一目標，對網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備進行升級和改進，以使其具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）在傳輸中對數(shù)據(jù)進行端到端加密，使敏感信息難以被攻擊者截獲和讀取，從而達到保護信息安全的目的。

（3）為了嚴格把關(guān)進入網(wǎng)絡(luò)的用戶和設(shè)備的權(quán)限，必須實施身份認證機制。對每一個接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備與用戶進行識別和授權(quán)的嚴格把關(guān)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和濫用網(wǎng)絡(luò)資源。

（4）在計算機網(wǎng)絡(luò)中部署監(jiān)控系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)流量進行實時監(jiān)測，對潛在的安全威脅和攻擊進行識別和響應(yīng)，并采取相應(yīng)的防御措施，提高網(wǎng)絡(luò)安全性，保障計算機網(wǎng)絡(luò)安全。

（5）將關(guān)鍵系統(tǒng)與非關(guān)鍵系統(tǒng)隔離，從而減少潛在攻擊面，提高網(wǎng)絡(luò)安全和可靠性。在防火墻上對關(guān)鍵和非關(guān)鍵的流量分別加以控制和過濾。

3.3建立快速故障恢復機制

為增強電力系統(tǒng)在通信故障時的恢復能力，建立快速故障恢復機制尤為重要。

（1）冗余設(shè)計。冗余設(shè)計引入通信網(wǎng)絡(luò)，通過冗余鏈路和設(shè)備保證系統(tǒng)在某一鏈路或某一設(shè)備發(fā)生故障時仍能繼續(xù)運行。

（2）自動故障檢測和切換。實現(xiàn)自動故障偵測及快速切換機制，可快速切換至備用鏈路，減少故障對系統(tǒng)運行的影響，當偵測到通訊鏈路故障時，可快速切換至備用鏈路。

（3）定期演練和測試。定期開展故障恢復演練和測試，以提高系統(tǒng)整體故障應(yīng)對能力，確保在實際情況下，各項故障恢復機制能夠有效運行。

4結(jié)束語

本研究從現(xiàn)實問題、穩(wěn)定性需求和潛在安全風險等多方面對通信傳輸在新型電力系統(tǒng)中的實時應(yīng)用進行了全面探討。針對顯著的預(yù)測不確定性，對數(shù)據(jù)交換的實時響應(yīng)性進行了定量分析，并通過仿真技術(shù)與現(xiàn)場試驗提出了一系列改進措施，包括優(yōu)化傳輸協(xié)議、增強網(wǎng)絡(luò)防護以及建立快速故障恢復機制。試驗結(jié)果表明，改進后的數(shù)據(jù)交換標準大幅提升了信息傳遞的即時性與可靠性，增強的網(wǎng)絡(luò)防護手段有效防范了多種安全風險，構(gòu)建的快速故障恢復體系對提升系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性起到了重要作用。這些改進措施使得系統(tǒng)在面對各類安全隱患時能夠更加有效地進行防御。研究成果為通信傳輸技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的實時應(yīng)用提供了重要的參考價值與技術(shù)支持。未來的研究將進一步聚焦于對數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則的深入優(yōu)化、通信網(wǎng)絡(luò)防護難題的詳細研究，旨在推動能源供應(yīng)系統(tǒng)的智能化與數(shù)字化轉(zhuǎn)型，探索創(chuàng)新的信息傳輸技術(shù)與新型設(shè)備的應(yīng)用，并對實際案例中的信息傳輸效果進行更深入的考察。