基于“北斗-5G-量子”安全通信的海島配網自動化建設及應用

王愛玉

（國網浙江省電力有限公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

0 引言

以5G、量子、北斗為主的安全通信技術迅速發展，大量配網自動化終端通過無線網絡接入新一代配網自動化主站系統，且點多、面廣、量大、繁雜。傳統的光纖通信技術和無線通信技術由于成本高、施工難、運維難等問題，不能滿足新型電力系統下配網業務對低時延、高可靠、高安全的通信需求[1]，無法有效應對5G、量子、北斗等新技術、新設備接入所帶來的挑戰，難以支撐配網精益化管理及實現配網全景可觀、可測、可控[2]，導致新一代配網自動化系統中不確定性、不穩定性因素增加。

隨著新型電力系統建設的海島示范落地，舟山公司針對新一代配網自動化建設、應用差異化需求，以多元融合高彈性海島電網建設為路徑，以“北斗-5G-量子”安全通信為技術特征，突破傳統的網絡通信范式，破解海島配網結構性薄弱難題，提出基于“北斗-5G-量子”安全通信的海島新一代配網自動化建設、應用新模式，聚合海量配網資源，提升配網自動化精益化管控能力，實現配網全景可觀、可測、可控。

1 基于北斗短報文技術的新一代配網自動化建設模式

舟山位于東海之濱，由2 085 座島嶼組成，配網供電范圍涉及定海、普陀2 區及岱山、嵊泗2 縣，供電用戶66.6 萬戶，供電人口117 萬，覆蓋140 多座島嶼[3]。由于點多面廣的客觀原因，偏遠海島無法長期派駐檢修運維人員，一旦發生故障且遇到氣候條件惡劣的情況，搶修人員無法第一時間上島對故障進行排除，無法第一時間恢復送電，大大降低了供電可靠性。

1.1 北斗建設方案

針對海島配網長期存在的“交通不便利”“通信信號弱”“安全性不高”等眾多問題[4]，舟山公司圍繞海島高彈性配電網示范區建設，結合海島配網歷史運維、檢修經驗，采用北斗開關“整線安裝 + 全島覆蓋”的自動化模式，其主要功能如下。

終端層：現場終端安裝北斗無線接收終端，采用“短報文”形式直接與北斗開關、北斗衛星系統進行通信[5]，并將“三遙”（遙信、遙測、遙控）信息傳至北斗衛星通信系統，以供調度員實時監控線路運行狀態，迅速、準確研判故障點，自動隔離故障，迅速恢復供電。

生物化學理論知識較為瑣碎和抽象，因此制約了學生對一些問題的理解和思考[1]。教研室利用集體備課機會，完成了整套多媒體實驗教學課件的制作，堅持在授課中不斷補充和修改內容。通過動畫和圖片的使用，增強了教學的直觀性，但對于實際操作過程中的一些細節和注意事項的把控仍有所欠缺，迫切需要視頻輔助。生物化學實驗教學視頻在網絡上有很多素材可供下載，教研室多年前也購買過整套課程，但這些視頻或技術陳舊，或不符合當前專業大綱培養要求，或與教材內容有出入，使用時經常會出現需要口頭更正、不能連續播放等問題。

通信層：依托北斗衛星通信系統，采用國產軍用級加密算法，以“短報文”形式，實現北斗開關“三遙”信息在主站、終端及北斗衛星之間的安全、可靠傳輸，確保配網業務數據傳輸安全。

不要在照片中放置太多信息，試著把范圍縮小，只拍攝那些讓敘事變得清晰的要素。用緊湊的構圖來減少繁亂的干擾。色調盡可能少一些，以避免觀眾的注意力進一步分散。通過使用大光圈來虛化讓人分散注意力的細節。

二是黨派成員類。這類優質推文共31篇，占24.8%，關鍵詞有兩院（3）、中國科學院（3）、院士（3）、盟員（3）、科技（3）等。此類優質推文通過講述黨派成員故事，傳承優良傳統，極大地增強了成員的歸屬感和認同感。如中國民主同盟發布的《表里如一 方正做人——紀念張瀾先生誕辰146周年》。

1.2 北斗應用成效

目前，舟山新一代配網自動化系統已進入實用化應用階段，隨著新型電力系統建設的快速推進，架空線路智能開關量子加密改造建設已全面開展，其饋線自動化、故障研判、故障自愈等高級功能實用化應用已全面推廣。

圖1 北斗開關接入新一代配網自動化系統情況

舟山公司在嵊泗列島開展了北斗衛星通信系統與智能開關融合的應用試點工作（簡稱北斗開關），并在“迎峰度夏” “保供電”“抗擊臺風” “故障搶修”等方面已取得初步成效。“北斗開關 + 新一代配網自動化系統”模式減少了運行維護成本、停電范圍及停電時間，加快了故障處理效率，提高了供電可靠性，有效解決了海島故障處理時間長、難度大等問題。

2 基于5G 硬切片技術的新一代配網自動化建設模式

2.1 5G 建設必要性

5G 作為支撐新一代配網自動化建設與應用的重要通信基礎，具有“低時延、高可靠、高速率”的特點[7]，可滿足新一代配網自動化系統對無線通信網絡“實時性、可靠性、安全性”的要求，全方位助推新型電力系統“海島示范”建設，全面支撐配網精益化管理，實現配網全景可觀、可測、可控。

舟山是海島城市，也是全國首批5G 全覆蓋試點城市，其5G 通信資源較好，覆蓋面比較廣。5G硬切片技術作為新一代無線通信網絡的關鍵基礎，由于不受光路通道制約和外破影響，而電網使用的無線通道因安全性要求則需要專網專用，5G 硬切片技術正好解決了這一限制問題[8]。

2）以第1節模板作為支撐，進行第2節的鋼筋接長、綁扎，驗收合格后支立第2節模板，模板加固驗收合格后進行混凝土澆筑；

2.2 5G 試點應用成效

舟山公司首次將5G 硬切片技術成功應用在A08B540 成均云廬10 幢配電室，并完成5G 硬切片通道調試及“三遙”信息聯調測試。5G 通信模塊：在原配電室的DTU 增加5G 通信模塊（如圖2 所示），用于終端DTU 與自動化主站之間的通信，采用5G 硬切片技術在保障配網自動化業務正常運行的同時提供設備級、網絡級、代碼級安全防護，以確保新一代配網自動化通信網絡可信、可靠、可用。

圖2 配電室5G 通信模塊

通道調試：基于5G 硬切片技術的通信通道調試主要涉及5G 信號強度測試、5G 通信模塊匹配、5G 通道接入自動化主站系統等關鍵環節（如圖3 所示）。在配網自動化終端的5G 通信模塊上，安裝經省信通公司安全加固的5G SIM 卡，采用“點對點”方式，實現終端DTU 與配網自動化主站系統安全通信，并從訪問控制、數據完整性、安全防護等多個維度進行5G 通道測試及驗證，滿足電網對網絡通信的安全性、可靠性、經濟性的要求。

圖3 5G 硬切通道在新一代配網自動化主站系統中的配置

主成分分析方法是將多個具有相關性的變量壓縮成幾個不相關的綜合指標同時根據需要可以從中取出幾個較少的綜合指標來反應原始變量信息的分析統計方法[15，16]。通常數學上的處理就是將原來n個指標作線性組合，作為新的綜合指標。假設M個街區單元，N個POI類別，原始樣本矩陣為X，X=(Xij)M*N(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)主成分分析的流程如下：

隨著新型電力系統海島全景示范區創建的全面推進，舟山公司以能源互聯網形態下多元融合高彈性電網建設的探索實踐為基礎，迭代升級完善新一代配網自動化系統的“舟山模式”，推廣5G 硬切片技術應用，通過5G 無線網絡接入新一代配網自動化一區主站實現“三遙”信息安全高效的“直采直送”，有效解決老城區地下管線改造困難、光纖建設滯后及光纖敷設困難、成本高等難題。

3 基于量子加密技術的新一代配網自動化建設模式

舟山公司以新型電力系統“海島示范”建設為契機，依托新一代配網自動化系統平臺，采用“整線安裝”方式實施北斗開關的改造、安裝及“三級聯調”，實現嵊泗全島北斗開關的“全覆蓋”（如圖1 所示），故障時通過遠程遙控北斗開關，實現配網故障的迅速隔離和復電，從而提高海島供電可靠性，奮力打造新型電力系統建設的“海島示范”，為新型電力系統示范區創建貢獻舟山方案、舟山力量及舟山智慧。

舟山公司現已投運量子開關273 臺，覆蓋93 條架空線路，量子開關累計遙控2 265 次，遙控成功率99.15%，遙控使用率100%，實現故障精準定位及隔離，有效提升配網故障自愈能力，以適應新型電力系統發展需求。

3.1 量子建設方案

舟山公司基于新一代配網自動化主站系統現有架構，增加量子安全服務平臺部署（如圖4 所示）。在無線安全接入區部署一套量子安全服務平臺，為海量“4G + 量子”開關或“5G + 量子”開關建立安全可靠的量子加密通信網絡隧道。

丁珰在金庸小說中實在是一個很有意思的人物，拿著女主的劇本，卻演著演著突然發現不光是拿錯劇本了，很可能連人設都沒有搞清楚。于是糊里糊涂演了大半本書，在后半段，終于拿到對的劇本，找準了人物定位。就這樣，一個根正苗紅的女一，毅然決然地補缺，肩負起書中反派的重任。套用流行的“反差萌”，丁珰大概是“反差黑”。讓讀者對她大半本書的好感，在一息之間蕩然無存。之前的古靈精怪，之前的俏皮活潑，事后看來都是面目可憎，想起來都是觸目驚心。

圖4 基于量子加密技術的新一代配網自動化拓撲圖

量子安全服務平臺融合量子密鑰生成和量子隨機數2 種技術，通過量子安全服務移動引擎統一調度管控，實現量子密鑰的離線充注和在線分發，為量子應用設備的加密通信提供安全的密鑰服務。

舟山公司聚焦新型電力系統建設本質矛盾及需求，對架空線路、開關站、變電站等開展“量子加密”改造，從功能性、安全性、穩定性等方面強化提升質效，著力提升通信安全防護和配網整體管控能力，重點應對數據竊聽、身份欺騙等電力信息安全威脅[10]。

主站層：主站側新裝2 臺北斗無線接收終端及新建無線安全接入區，通過發送“遙控命令”實現北斗開關的遠程遙控操作，有效解決偏遠島嶼交通不便，緊急情況下遠方遙控北斗開關隔離故障的難題，節約搶修資源，提高配網故障搶修效率和供電可靠性[6]。

3.2 量子應用成效

舟山公司全力推進量子加密改造、建設，深化量子開關創新應用，促進架空線路饋線自動化模式迭代升級，構建基于量子加密的新型電力系統安全防護體系，試點打造“量子島嶼”示范區，加快推進海島配網“全自愈”建設。

本文利用軸壓屈曲試驗平臺進行了圓柱殼、開孔圓柱殼、含補強件圓柱殼軸壓屈曲試驗，試驗結果表明：軸壓屈曲臨界載荷開孔圓柱殼最小，含補強件圓柱殼次之，圓柱殼最大，與模擬結果規律一致。圓柱殼開孔導致軸壓臨界載荷下降，可通過補強方法提高臨界載荷。可為殼體屈曲設計分析提供參考價值。

“三遙”信息測試：依托新一代配網自動化系統平臺，成功完成現場遙信、遙測及遙控測試，經現場測試終端DTU 上送的遙測值、遙信信號與主站接收到的遙測值、遙信信號一致，終端DTU 執行遙控操作及現場開關分合的情況與主站下發的遙控命令一致。在整個測試過程中，5G 硬切片技術在高可靠、高速率、低時延、低成本等方面優勢巨大[9]，所以基于5G 硬切片技術的新一代配網自動化建設模式行之有效。

提升配網自動化有效覆蓋率：根據《浙江公司中壓配電自動化建設原則》《舟山公司智能開關量子加密改造規定》等要求，依托“4G + 量子”或“5G + 量子”技術改造，加快智能開關“量子加密”改造、更換及建設進度，如圖5 所示[11]，并積極探索量子加密技術高級應用。目前，舟山量子開關聯調完成率100%、在線率97.4%，架空線路自動化有效覆蓋率達94.2%，強有力支撐海島配網故障搶修，助力打造新型電力系統“舟山樣板”。

圖5 舟山量子開關建設成效

推進架空線路故障自愈實用化：北歐A651線-重工A652 線作為舟山首條基于“4G + 量子”的全自動FA 試點線路，標志著海島架空線路故障處置進入s 級時代，是舟山首次運用量子技術賦能新型電力系統建設的有益嘗試。舟山公司采用主線量子開關全覆蓋模式，對聯絡開關進行量子加密及“三遙”改造，并投運基于無線通信 + 量子加密的集中式饋線自動化（FA）。

目前，舟山已完成26 條架空線路量子開關改造及饋線自動化（FA）投運，依托量子加密技術，應用量子態疊加原理進行安全密鑰分發，將量子狀態作為信息加密和解密的密鑰，在無線接入環境下保障電網關鍵數據安全傳輸，讓相關控制指令在傳輸時不被破解、不可竊聽，確保故障發生時自動研判故障點，迅速隔離故障并在15 min 內恢復未故障線路送電，縮短故障處置時長，降低用戶停電感知，提升線路故障自愈水平。

提升配網無線通信安全防護：無線通信 + 量子加密技術作為海島配網安全通信方式的進一步擴展，如圖6 所示，彌補海島配網自動化通信短板，構建基于無線通信 + 量子加密安全通信的業務加密通道，實現海島配網精準控制，提高海島配網運維的便捷性和故障搶修效率，提高海島配網智能化水平及供電可靠性，實現海島配網全景可觀、可測、可控、可調，全面支撐海島配網安全運行及多場景智慧決策、主動管控，全方位打造安全可靠、全景感知、柔性互動、主動高效的新一代配網自動化系統，助力新型電力系統海島示范建設。

企業管理者的意識是否先進，對經濟管理的效果影響很大，很多企業實施經濟管理的時候目光不夠長遠，只關注眼前的利益，希望利用持續生產的方式來持久獲取經濟效益，很少有企業會將經濟管理看作是企業提升經濟效益的有利因素。如果企業在發展中沒有認識到經濟管理的作用，很可能對企業的壯大和經濟效益的提升造成嚴重阻礙，企業管理者要注重經濟管理對企業發展的重要作用，落實經濟管理措施，高效管理，保證企業的良性發展，提升企業發展的綜合力。

圖6 新一代配網自動化主站系統量子加密通道

截至2023 年12 月31 日，舟山公司共計373 臺量子開關以“4G+量子”方式接入配電自動化主站系統；配網線路自動化有效覆蓋率從2022 年的88.73%提升至2023 年的90.23%；架空線路分段點、聯絡點“三遙”覆蓋率分別達到10.15%、23.33%，同比提升7.25%、14.76%；全市配電綜合饋線自動化投入率（綜合FA 投入率）為68.69%，同比上升12.83%；配網故障處理191 次，較2022 年的202起下降4.50%；全市供電可靠率為99.9912%，同比提升0.004 百分點。

舟山公司采用“一次一密”的方式在主站與終端之間提供無線安全通信鏈路[12]，以保障基于無線通信 + 量子加密的配網自動化業務數據安全，提升海島配網通信安全保障水平，徹底解決長期以來因無線通信鏈路不安全所帶來的電網業務數據傳輸安全問題，有效支撐新型電力系統海島示范建設的安全、穩定、可靠、高效運行。

4 結束語

本文提出一種基于“北斗-5G-量子”安全通信的海島新一代配網自動化建設及應用新模式，采用北斗短報文技術、5G 硬切片技術和量子加密技術的形式突破傳統電力通信安全壁壘，構建配網自動化“無線通信”安全體系，為配網自動化終端接入主站系統提供“無線”安全通道，實現配網故障智能研判、定位、隔離與非故障區域快速恢復供電，將故障搶修從h 級縮至min 級，全面支撐配網全景感知、精益化管理。經實踐證明，該建設模式在功能性、安全性、穩定性等方面行之有效，降低了故障搶修成本，節約了時間、人力和物力，為新一代配網自動化建設、應用與推廣提供了的經驗借鑒。