鄉(xiāng)村“電力孤島”、數(shù)據(jù)傳輸“最后一公里”難題、潛在黑客威脅等，這都是傳統(tǒng)電網(wǎng)以往可能面臨的困境。

隨著我國量子保密通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，量子通信技術(shù)開始賦能我國涉及通信安全的多個領(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，不僅能破解傳統(tǒng)電網(wǎng)困境，更能通過“量子加密”保障信息安全，更經(jīng)濟(jì)、高效地護(hù)航我國遼闊土地上的復(fù)雜電力系統(tǒng)。

量子通信技術(shù)如何應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)？量子技術(shù)如何化解“電力孤島”、“最后一公里”問題？對此，國盾量子項(xiàng)目總監(jiān)周雷和方案技術(shù)部產(chǎn)品經(jīng)理陳尊耀一同接受了澎湃新聞(www.kxwhcb.com)記者的專訪。

“早在量子通信‘京滬干線’建成的時候，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，”周雷對澎湃新聞(www.kxwhcb.com)記者說道，“國盾量子公司在北京、安徽、山東、湖北等多個地區(qū)，進(jìn)行了一系列量子通信技術(shù)應(yīng)用示范工程項(xiàng)目的建設(shè)和探索。”

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)射全球首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”，2017年開通世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”，在量子通信方面我國逐漸占據(jù)世界領(lǐng)先地位，并踏上量子通信技術(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，將量子通信技術(shù)應(yīng)用落地到多個電網(wǎng)項(xiàng)目。

由于電力系統(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)的推進(jìn)，大量新型電力終端設(shè)備接入電網(wǎng)，量子通信技術(shù)賦能智慧電網(wǎng)的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來——更安全、更經(jīng)濟(jì)、更可靠、更高效。

“量子通信技術(shù)應(yīng)用到國家電網(wǎng)，目前主要集中在數(shù)據(jù)安全通信方面，通過量子保密通信技術(shù)進(jìn)行加密，保障數(shù)據(jù)傳輸安全。”陳尊耀向澎湃新聞(www.kxwhcb.com)記者介紹，“還有就是在業(yè)務(wù)上，國家電網(wǎng)傳統(tǒng)使用的是內(nèi)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，就可能會涉及外網(wǎng)。通過量子通信技術(shù)可以保障通道安全，那么在某些業(yè)務(wù)上就可以實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)對接和保障公網(wǎng)的傳輸通道安全。”

由于電網(wǎng)涉及到國家能源安全，所以國家電網(wǎng)有自己的通信網(wǎng)絡(luò)，與外部網(wǎng)絡(luò)是分開的。量子通信技術(shù)對電網(wǎng)的應(yīng)用正是在整個電網(wǎng)的通信體系中進(jìn)行量子加密。“簡單來說，電力系統(tǒng)可分為輸配電網(wǎng)和信息通信網(wǎng)。輸配電網(wǎng)相當(dāng)于電能的傳輸配送網(wǎng)絡(luò)，信息通信網(wǎng)主要是基于輸配電網(wǎng)，對輸電設(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信網(wǎng)中，通過量子密鑰加密技術(shù)，對我國電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通道和數(shù)據(jù)安全存儲的保護(hù)。”

破解“電力孤島”困境

2022年1月25日，國網(wǎng)紹興供電公司通過配電自動化主站平臺，遠(yuǎn)程控制并啟動位于紹興南部山區(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長期存在的單電源難題。

“近年來，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T持續(xù)對轄區(qū)山中電力長廊進(jìn)行整體改造升級，通過增設(shè)智能開關(guān)等方式，大大提升了該線路供電質(zhì)量，”國網(wǎng)紹興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個臺區(qū)因地勢緣故，仍長期成為‘電力孤島’。”

紹興市南部山區(qū)，圖片來自人民網(wǎng)

紹興市南部山區(qū)由于地勢高低不同，沿線村落呈現(xiàn)“小而多”的分布特征，電網(wǎng)供電范圍廣，供電線路半徑大且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)單一。一旦線路故障，極易對附近村民生活用電造成長時間的影響。

為了保障山區(qū)供電安全，國網(wǎng)紹興供電公司與國盾量子合作，通過自主設(shè)計(jì)研發(fā)遠(yuǎn)程控制模塊，以安裝“量子+”遙控發(fā)電機(jī)替代傳統(tǒng)末端聯(lián)絡(luò)方案，在投資金額降低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)是如何破解“電力孤島”困境？又如何實(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式來進(jìn)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(www.kxwhcb.com)記者介紹，“我們通過量子技術(shù)和這類場景結(jié)合，就可以在需要無線傳遞信息的場景去大面積應(yīng)用量子技術(shù)。”

據(jù)悉，“量子+”遙控發(fā)電機(jī)方案可以解決線路故障時，影響范圍大、時間長的難題，在保障用戶側(cè)不停電的前提下，實(shí)現(xiàn)對線路綜合檢修和改造提升。同時，“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)研發(fā)和我們現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合——以小型化、集成化、芯片化的方式，降低了成本和融合的難度。”

“另一方面是因?yàn)椋绻麘?yīng)用傳統(tǒng)的裝置，需要鋪設(shè)光纖過去。從光纖成本角度來看，如果是光纖鋪設(shè)過去，光纖、人工和管理成本都是非常高的。”陳尊耀補(bǔ)充道，“我們通過無線方式，可以省去光纖鋪設(shè)的成本，管理上可以實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程操控，不需要人工現(xiàn)場去進(jìn)行操控，節(jié)省人力成本。各方面綜合起來實(shí)現(xiàn)了小成本管控。”

解決“最后1公里”問題

2021年11月，浙江寧波江北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)志著國內(nèi)首條基于量子加密無線通信的全自動化架空線路正式投運(yùn)。

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，其中包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。“在整個項(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，“這個平臺可以理解成我們量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的一個延伸，解決的其實(shí)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)絡(luò)通信其實(shí)是基于光纖網(wǎng)絡(luò)的密鑰傳輸，像城市與城市之間可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)去進(jìn)行密鑰安全分發(fā)。但在城市內(nèi)部，比如一個中心與旁邊移動終端之間的距離可能沒那么遠(yuǎn)，那么通過光纖的方式成本也高，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，即從中心到移動終端的距離利用無線，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸。”

要徹底解決密鑰傳輸?shù)摹白詈?公里”問題，除了量子加密安全服務(wù)平臺，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別。傳統(tǒng)開關(guān)通過人工控制，是半自動的，可能遇到故障之后會跳閘或自動跳轉(zhuǎn)。而智能開關(guān)通過提前預(yù)判，相應(yīng)的信息收集和人工遠(yuǎn)程控制，可以實(shí)現(xiàn)多級保護(hù)。”

相比于傳統(tǒng)開關(guān)，智能開關(guān)增添了控制功能、故障診斷功能，能夠提前防范和預(yù)警故障，對于一些故障可以使電力部門快速定位，準(zhǔn)確切斷故障部分，以保證主線安全運(yùn)行。

此外，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跃惋@得更加重要。“既要保證不被外人竊取，也要保證不被黑客攻擊和偽造指令，避免電網(wǎng)業(yè)務(wù)中斷，或是信息采集有誤。因此要利用量子加密的融合，在智能開關(guān)里采用對應(yīng)量子模塊，把量子密鑰通過平臺實(shí)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，減少傳統(tǒng)人工控制時間，在故障發(fā)生后可以控制風(fēng)險。”

探索“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)通信場景。

在電網(wǎng)應(yīng)用上，國盾量子已在無人機(jī)方面結(jié)合量子通信技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研，并認(rèn)為技術(shù)具有可行性。周雷表示，“公司正在發(fā)展相關(guān)合作伙伴，比如在無人機(jī)、分布式光伏方面進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，以推進(jìn)相應(yīng)的應(yīng)用產(chǎn)品。”

未來，量子加密技術(shù)將如何應(yīng)用到無人機(jī)上？“其實(shí)是將量子安全密鑰以及安全傳輸技術(shù)，加載到現(xiàn)有無人機(jī)平臺上，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)用需求單位積極探索量子與無人機(jī)的技術(shù)融合。“現(xiàn)階段我們也在嘗試，由于無人機(jī)涉及到數(shù)據(jù)傳輸需求、遙控需求、數(shù)據(jù)采集后的存儲需求，我們在與相關(guān)方溝通，探索相應(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，我們也會根據(jù)他們的要求和方案做對應(yīng)設(shè)計(jì)，同時協(xié)調(diào)無人機(jī)廠商做技術(shù)對接與技術(shù)驗(yàn)證。”

展望未來，“我們將緊跟電網(wǎng)需求，將量子技術(shù)能夠更多地融入電網(wǎng)的整個系統(tǒng)，提高國家電網(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)平臺到智能開關(guān)，國家電網(wǎng)與國盾量子的共同探索之路從未止步。以量子密鑰分發(fā)為核心的量子通信技術(shù)在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用將更加廣泛，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)施的通信安全。