智能配用电系统的网络攻击检测与保护控制技术:发展与挑战

先进信息技术在智能配用电系统(Smart power distribution and utilization system,SPDUS)中的广泛应用,加深了系统信息侧与电力物理侧的耦合程度,智能配用电系统已逐渐转变为信息-物理空间高度融合、信息资源与物理资源相互结合与协调的智能配用电信息物理系统(Smart power distribution and utilization cyber physical system,SPDU-CPS)。本文重点从面向SPDU-CPS的网络攻击入侵检测、网络攻击防御保护以及自愈控制三个角度,对国内外相关技术的发展与挑战进行总结、梳理。在网络攻击入侵检测方面,总结了基于偏差类、基于特征类以及混合类网络攻击检测方法的检测思路及实施路径;在网络攻击防御保护方面,总结了提升信息网络防御能力的信息侧保护方法、基于资源优化配置和数据校正保护的物理侧保护方法以及融合两侧信息及保护功能的信息物理协同保护方法;在自愈控制方面,对传统电力物理侧自愈控制以及基于信息物理协同的自愈控制现有研究进行了归纳和整理。最后,结合SPDU-CPS的特点及发展趋势,对未来研究方向进行了展望。

智能配用电大数据需求分析与应用研究

智能电网是大数据的重要技术应用领域之一。随着智能电网的发展,高级量测体系、各种监控系统的大规模部署产生和积累了大量数据,充分挖掘这些数据的价值具有重要意义。针对智能配用电业务,首先分析智能配用电大数据的特征;然后分析数据融合后的智能配用电大数据整体业务需求和应用场景,其中重点研究大数据环境下的用户用电行为和负荷预测两个典型应用场景,提出大数据环境下的研究思路和方法;接着分析业务应用中的大数据关键技术;最后给出了智能配用电大数据应用技术架构。

智能配用电大数据存储架构设计

针对智能配用电数据海量、高维度、多源异构等特点,提出一种大数据存储的三层管理框架设计方案。首先,对智能配用电数据组成进行分类划分。然后,提出智能配用电数据存储的资源层、元数据层和实际数据层的三层管理框架,在资源管理层,应用虚拟化技术、负载均衡和资源调度完成对物理资源的管理;在元数据管理层,使用数据预处理技术对智能配用电的元数据进行分类,采用中间件技术完成XML元数据仓库管理;在实际数据管理层,利用NoSQL技术,通过Map和Reduce的有效结合,完成海量数据的分层分区快速存储。最后,在实验室环境下对该设计方案进行初步的应用,验证了所设计方案能够对结构化、半结构化和非结构化数据进行统一存储,可为智能配用电大数据技术的应用提供基础支撑作用。

智能配用电多业务汇聚的通信带宽预测

针对智能配用电业务增多带来的业务断面通信带宽预测复杂性问题,提出一种基于混合业务排队论模型的汇聚节点业务断面通信带宽预测方法。首先分析了智能配用电4类业务的通信服务质量要求及其业务汇聚流特性;其次分别通过业务服务质量指标的排队论参数映射和4类业务汇聚流的排队论到达速率计算,构建了混合业务汇聚流排队论带宽预测模型;最后在带宽预测模型基础上,提出了变电站汇聚节点业务断面的混合业务排队论最优传输效率带宽预测计算方法。以湖南省电力公司通信网"十二五"规划使用算例为实验数据,分析了所提方法预测带宽和业务服务质量(延迟和丢失率)指标的定量关系,通过与弹性系数带宽预测方法进行对比分析,验证了所提方法的有效性。

智能配用电信息采集业务通信带宽预测

针对现行配用电信息采集业务带宽计算方法存在带宽资源利用率不高的局限性,提出一种基于排队论的业务通信带宽计算方法。从智能配用电信息采集业务通信特点出发,分析了现行计算方法带宽资源利用率不高的原因;阐述了基于M/M/1/k排队论的智能配用电信息采集业务带宽计算方法的基本思想、实现步骤和最优带宽求解流程;通过考虑业务通信动态特性和服务质量要求,使带宽资源利用率最大化。以电能采集业务为例,讨论了所提方法借助业务带宽、服务质量与带宽资源利用率之间的量化评价过程,以及支持配用电信息采集业务根据带宽资源充裕度情况合理分配带宽资源的过程;并通过国家电网典型配用电信息采集业务算例,与电力现行弹性系数带宽预测方法进行对比分析,验证了所提方法的有效性。

智能配用电园区技术集成方案

面对分布式电源、分布式储能装置、电动汽车的规模化接入以及用户需求侧响应等新的边界条件,配用电园区的功能和业务逐步向交叉整合方向发展,而技术集成是实现上述目标的基础。介绍了智能配用电园区技术集成的总体研究思路,围绕设备与设备、设备与系统及系统与系统3个方面给出了具体的集成方法,探讨了园区集成的信息安全防护问题。该技术集成方案将在中新天津生态城得到应用。

多源异构的智能配用电数据存储处理技术

针对智能配用电数据具有海量、多源异构等特点,提出一种基于Hadoop的智能配用电数据存储处理的框架设计方案。在对智能配用电数据组成进行梳理的基础上,提出了智能配用电的资源、存储和查询三层数据存储框架。其中,资源层采用Hadoop集群架构,结合电力系统的行业特色,完成IT存储资源管理;存储层则先采用XML技术进行数据预处理,使非结构化数据归一化,然后利用No SQL数据库通过Map和Reduce的有效结合,完成海量数据的快速存储;查询层利用Top-k检索技术,实现海量数据的快速查寻。该设计方案能够对结构化和非结构化数据进行统一存储,可为智能配用电大数据技术的应用提供基础支撑。

一种基于业务断面的智能配用电通信网业务流量计算方法

分析了智能配用电通信业务的组成及特点,按照配电网和用电系统的应用特点划分了配电信息采集点、用电信息采集点及营业所信息采集点3个业务断面,并对3个断面中的业务组成进行了分析。建立了配用电通信业务向变电站汇聚的流量模型及3个业务断面业务流模型,提出了各个业务断面流量的计算方法及3个业务断面汇聚到变电站的计算方法。通过"十二五"规划中使用的算例,验证了所提方法的科学性和有效性。

智能配用电大数据关键技术研究

随着智能电网的建设,积累了大量的配用电数据,通过对数据的分析可以更准确地实现用电负荷预测、错峰调度等高级应用。介绍了国内外智能配用电网大数据关键技术研究现状,重点分析了国内外智能配用电业务、大数据应用方面的技术发展;分析了智能配用电大数据关键技术,提出配用电大数据架构,设计智能配用电大数据应用方案,推动智能配用电业务的综合智能化、精益化发展。

智能配用电园区评价指标体系及评价方法研究

针对智能配用电园区电网发展要求的安全可靠、经济高效、优质供电、高效运行等特征,文章从技术性、经济性和智能化3个方面出发,构建了智能配用电园区电网综合评价指标体系,提出了综合评价方法,并选取中新天津生态城这一示范园区,针对其规划建设情况进行了综合评价与分析。所提综合评价指标及评价方法适用于我国其它智能配用电园区电网的规划、建设以及运行的综合评价。

智能配用电园区综合能量管理技术研究及应用

目前国内外智能配用电园区建设面临源—网—荷—储资源协调控制难度大、缺乏一体化业务支持系统等技术难题。文章在研究智能配用电园区多源信息融合技术的基础上,提出了园区多级能源协调控制方法,建立了园区综合能量管理功能架构,设计开发了园区综合能量管理系统,实现了园区中分布式电源、配电网、多元化负荷等资源的优化利用,全面支撑了调控、运检、营销等专业的业务应用。上述方案和系统在中新天津生态城智能配用电园区获得落地应用,运行结果验证了所述园区综合能量管理技术的可行性与有效性。

鹿西岛微网示范工程智能配用电通信系统建设

为满足鹿西岛微网示范工程对智能配用电通信系统的要求,结合鹿西岛配用电通信系统的实际情况,文章分析了目前电力通信系统常用的几种技术,着重介绍了以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network,EPON)技术的基本原理、技术优势和组网特点,提出了以EPON技术为基础的适合鹿西岛地区配用电通信系统建设方案。文章还介绍了海岛施工和工程工期的注意要求,对今后偏远海岛微电网配用电通信系统建设具有一定的参考价值。

基于营配数据融合的智能配用电信息系统架构

考虑营配数据融合的业务需求,兼顾当前配电自动化系统和用电信息采集系统的现状,从功能定位清晰、应用主体明确、数据平台统一等方面设计了跨生产控制大区与管理信息大区的智能配用电一体化主站系统方案。针对配用电设备种类繁多、数量巨大的特点,具体阐述了配电终端和智能电表数据采集方式,重点介绍了基于IEC 61850配电终端的IEC 60870-5-101/104+Web Services映射方式,实现了配电终端的即插即用以减少现场调试、维护工作量,并通过搭建试验系统验证了所提架构及数据采集方案的有效性。

TD-LTE在南网智能配用电通信示范区应用

通过采用TD-LTE 4G无线通信技术建设珠海供电局电力无线宽带专网,较好地适应了珠海城区配用电网二次系统终端复杂多变的运行要求,圆满完成了"南方电网智能配用电通信综合解决方案示范区"试点工程。

多技术融合的智能配用电终端通信接入架构设计

针对能源互联网背景下配用电终端通信接入复杂性问题,设计了一种多技术融合的智能配用电终端接入架构。首先归纳配用电终端通信接入特点;在分析现有配电网通信架构不足的基础上,采用多技术融合策略,实现了具备多网协同和自治自愈特征的三层配用电终端接入架构设计;最后通过配电终端和用电终端的典型接入示例及其应用分析,阐述了具体融合技术路线和架构设计的合理性。

适于智能配用电通信的OPS-WDM-PON技术

提出适于智能配用电通信的无源光网络架构。基于异步光分组交换及波分复用技术,构建树形及环形拓扑结构,可提高系统可扩展性及对实时突发业务的随机接入能力。基于空分光交换矩阵和光纤延时线,实现上行信号的冲突解决,可减小分组等待时延,提高冲突解决机制的灵活性。基于自相似流量分布分析了系统波长冲突的丢包率PLR及分组等待时延T。结果表明,PLR随流量负载ρ的增大而增大,随FDL个数B及Pareto分布参数α的增大而减小。

机器学习在智能配用电领域中的应用:北美工程实践概述

机器学习技术是助力能源转型、促进清洁能源消纳的重要工具。近年来,机器学习技术在电力系统中的应用已得到广泛关注。由于机器学习技术的"黑箱"特征,使其在可解释性、鲁棒性等方面仍有待提升,与电力系统高可靠性的运行要求存在一定矛盾,导致其实际工程应用滞后于理论研究。对于机器学习技术的实际应用情况,文中聚焦于北美地区配用电领域,从源、网、荷3个角度梳理了机器学习技术的典型工程实践项目,概述了每个项目的方法、效果以及从中得到的启示。进一步地,将以上项目归纳为态势感知、决策支持2个类别共计5个应用场景,并从工程实践角度分析了下阶段机器学习技术的研究方向。

智能配用电园区整体设计及关键技术

在总结智能配用电园区建设现状基础上,分析能源革命、能源互联网、电力体制改革等新形势下智能配用电园区的主要特征,给出园区典型整体设计方案,并从建设思路、整体架构、建设内容等方面进行阐述说明。同时,分析智能配用电园区建设中存在的关键技术难点和解决思路,为实现智能配用电园区的推广建设提出参考依据。

以太网无源光网络技术在智能配用电通信网中的应用

简述了智能电网的概念,说明了配用电通信网在智能配用电系统中的作用。通过对3种无源光网络技术的比较,阐述了以太网无源光网络技术的优势,以及应用该技术实现智能配用电通信网的具体方案,并对实际建设中可能存在的问题进行了探讨。

智能配用电通信网络技术

随着智能配用电网的不断发展,智能配用电网通信网的新技术也不断呈现,由于智能配用电网覆盖面广、节点多、建设难度大等原因,一直以来缺乏适用的通信技术和建设模式。论文首先分析了智能配用电通信网建设面临的问题,明确智能配用电通信网组网技术研究的重要性;随后,介绍了智能配用电通信网的定义、网络模型和体系结构;最后,在分析的基础上,对智能配用电网的特殊应用场景与组网技术进行了深入研究,包括光纤和EPON/GPON技术、电力线载波通信(PLC)技术、GPRS/CDMA/3G公网无线技术等。论文的研究成果,能够为大规模智能配用电通信网建设,提供有力的理论指导。