通信傳輸在新型電力系統中的實時應用探索

［關鍵詞］新型電力系統；通信傳輸；實時應用；網絡安全；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

新型電力系統包括智能電網、可再生能源、電動車等技術，其復雜性和規模的不斷增加，對通信傳輸提出了更高的要求。有效的通信傳輸是實現新型電力系統高效運行和智能管理的關鍵，因此，對通信傳輸在新型電力系統中的實時應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絡的安全威脅檢測與防御方法，為電網安全提供了新的思路。在此基礎上，提出模擬仿真的方法，以分析新型電力系統中通信傳輸的挑戰和需求，并在現有研究基礎上提出針對性的解決方案，為實現系統的高效運行和智能管理作出貢獻。

1新型電力系統中通信傳輸問題分析

1.1實時性挑戰

電力系統中的數據量龐大且傳輸頻繁，傳感器和監控設備實時生成大量數據，這些數據需要迅速傳輸至控制中心進行處理和決策，因此通信網絡必須能夠承受高負載并保證數據的及時傳輸。傳統的通信網絡在高負載下容易出現擁堵，導致傳輸時延增加，影響系統的實時響應能力。同時，不同類型的數據對實時性的要求不同，控制命令和緊急事件報警等關鍵數據要求幾乎零時延的傳輸，而普通監測數據則相對寬松，因此，通信系統需具備數據優先級管理機制，確保關鍵數據能夠優先傳輸。不同優先級的數據如何進行有效的區分和處理成為技術上的關鍵。

傳輸介質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境的干擾，從而導致信號的不穩定和傳輸的延遲。雖然光纖通信具有較高的穩定性和帶寬，但成本較高且安裝復雜，因此為了平衡成本和性能，需要根據具體情況選擇適當的傳輸介質。系統的復雜性和多樣性增加了實時傳輸的難度。現代電力系統包含多個子系統和眾多設備，這些設備之間需要進行頻繁的通信和協調，網絡拓撲結構復雜，傳輸路徑多樣，如何優化傳輸路徑和調度策略，確保整體系統的實時性成為一個重大挑戰。

1.2可靠性需求

在新型電力系統中，通信傳輸的可靠性是保障系統穩定運行的關鍵因素。電力系統通常包含多個發電站、變電站和配電網絡，因此，通信網絡需具備高度可靠性，各環節間的通信需要高度協調，若某個節點的通信出現故障，可能會影響整個系統的運行。因此，必須在通信網絡中引入冗余設計，確保在單個節點或鏈路發生故障時，系統仍能通過備用路徑繼續運行。環境因素對通信傳輸的可靠性影響也較大，電力系統經常分布在各種復雜環境中，電磁干擾、物理破壞和極端氣象條件都會影響通信設備的正常運行，選擇適應性強、抗干擾能力強的通信設備和技術尤為重要。例如，光纖通信技術，其抗干擾能力和傳輸穩定性在復雜的環境下非常適用，但成本較高。

電力系統的動態性和實時性要求也對通信傳輸的可靠性提出了高要求，系統需要對電力傳輸和分配進行實時監控和調整。任何數據傳輸的延遲或丟失都會對系統的穩定性產生負面影響，通信系統需要采用高可靠性的傳輸協議和數據糾錯技術，減少數據丟失和傳輸錯誤，以保證實時和可靠的傳輸。

1.3安全性隱患

新型電力系統中，通信傳輸的安全性至關重要，但同時其也面臨諸多隱患和挑戰：網絡安全威脅。網絡攻擊風險顯著增加，電力系統的通信網絡可能成為惡意攻擊者的目標，進而導致系統癱瘓或數據泄漏，常見的攻擊手段包括拒絕服務（DoS）攻擊、惡意軟件感染、數據篡改和信息竊取等，這些攻擊不僅會影響電力系統的正常運行，還可能導致嚴重的經濟損失和社會影響。數據隱私問題。電力系統中涉及大量敏感數據，如用戶用電信息、設備狀態數據等，這些數據一旦被非法獲取或泄漏，將對用戶隱私和系統安全造成嚴重威脅。內部威脅。電力系統的運行和維護通常涉及多方人員，包括內部員工、外部供應商和第三方合作伙伴，由于人為錯誤或惡意行為，內部威脅可能導致數據泄漏、設備損壞或系統運行異常，如何有效防范內部威脅是保障電力系統安全的關鍵。④通信設備和技術安全性。電力系統使用的通信設備和技術如果存在漏洞或被攻破，將嚴重威脅系統的安全性，同時設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中的實時應用探索

2.1模擬仿真

在模擬仿真試驗中使用MATLAB/Simulink 等工具實現了電力系統和通信網絡的數學模型。其中，電力系統的數學模型基于節點電壓法或母線導納法描述，考慮了電力系統中節點電壓和支路電流之間的關系。假設電力系統由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的動態特性。

完整的電力系統微分方程組可應用上述微分方程到整個電力系統中的各個支路中，再結合節點電壓和支路電流之間的關系得到。通信傳輸的實時性可通過模擬仿真試驗進行綜合評估，以提供理論基礎和技術支持，用于系統的設計和優化。

2.2實地測試

一系列實地測試是在模擬方法的基礎上，對模擬試驗的結果進行驗證，得出真實的資料和情況。現場測試以模擬電力系統實際工作情況和運行狀態為目的，在真實的電力系統環境中進行。通過將通信傳輸設備和傳感器布置在現場，并配合地方電力公司對實時運行數據和電力系統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場景，例如，城市供電網或農村微電網。布置通信設備，如路由器、交換機等，以實現數據傳輸和通信功能。布置傳感器，監測電力系統的電壓、電流、頻率等參數。

（2）試驗方法。在選定的試驗地點，按照預先設計的布置方案，安裝并連接傳感器和通信設備。通過通信設備將傳感器采集到的數據傳輸到數據中心或監控中心，以實現遠程數據采集和監測。在實地測試過程中，實時監測電力系統各節點的電壓、電流、頻率等參數，以及通信傳輸的時延、丟包率等指標，并將數據記錄下來。將實地測試獲得的數據與模擬仿真試驗結果進行對比分析，驗證模擬仿真試驗的準確性和可靠性，評估通信傳輸的實時性和可靠性。根據實地測試結果提出改進建議，優化電力系統的通信傳輸方案和參數設置，以提高系統的性能和穩定性。

通過以上實地測試方法，可獲取真實場景下的電力系統運行數據和通信傳輸情況。得出的驗證模擬仿真試驗結果見表1，以為電力系統的設計和優化提供實際參考。

3解決方案的提出與分析

根據試驗數據，為進一步提高新型電力系統中通信傳輸的實時性、可靠性和安全性，提出以下優化方案。

3.1優化傳輸協議

試驗數據表明，當前通信傳輸協議能夠在較低時延和丟包率的條件下，滿足電力系統的基本需求。然而，為了進一步提升系統性能，需要對傳輸協議進行優化。

（1）選擇更高效的協議。采用專為低延遲和高可靠性設計的通信協議，如基于時間敏感網絡（TSN）技術的協議。這類協議能夠確保數據傳輸的確定性和低時延。

（2）動態調整傳輸參數。引入自適應傳輸機制，使網絡設備可根據網絡負載和環境變化對傳輸參數進行動態調整，如帶寬分配和傳輸路徑等，從而在提高數據傳輸效率的同時，保證網絡穩定運行。

（3）優先級管理。在傳輸過程中引入數據優先級管理機制，對關鍵性數據賦予更高優先級，以便在發生網絡擁堵的情況下仍能優先傳輸數據，從而提高網絡的可用性和可靠性，使網絡資源得到更有效的利用。

3.2加強網絡安全

試驗數據的丟包率雖低，但網絡安全仍然是保證系統穩定運行的重要因素，所以提出以下加強網絡安全的措施。

（1）以保障系統穩定運行為第一目標，對網絡的硬件設備進行升級和改進，以使其具有較高的可靠性和穩定性。

（2）在傳輸中對數據進行端到端加密，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）為了嚴格把關進入網絡的用戶和設備的權限，必須實施身份認證機制。對每一個接入網絡的設備與用戶進行識別和授權的嚴格把關，防止未經授權的訪問和濫用網絡資源。

（4）在計算機網絡中部署監控系統，對網絡流量進行實時監測，對潛在的安全威脅和攻擊進行識別和響應，并采取相應的防御措施，提高網絡安全性，保障計算機網絡安全。

（5）將關鍵系統與非關鍵系統隔離，從而減少潛在攻擊面，提高網絡安全和可靠性。在防火墻上對關鍵和非關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）冗余設計。冗余設計引入通信網絡，通過冗余鏈路和設備保證系統在某一鏈路或某一設備發生故障時仍能繼續運行。

（2）自動故障檢測和切換。實現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，以提高系統整體故障應對能力，確保在實際情況下，各項故障恢復機制能夠有效運行。

4結束語

本研究從現實問題、穩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中的實時應用進行了全面探討。針對顯著的預測不確定性，對數據交換的實時響應性進行了定量分析，并通過仿真技術與現場試驗提出了一系列改進措施，包括優化傳輸協議、增強網絡防護以及建立快速故障恢復機制。試驗結果表明，改進后的數據交換標準大幅提升了信息傳遞的即時性與可靠性，增強的網絡防護手段有效防范了多種安全風險，構建的快速故障恢復體系對提升系統的抗干擾能力和穩定性起到了重要作用。這些改進措施使得系統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在新型電力系統中的實時應用提供了重要的參考價值與技術支持。未來的研究將進一步聚焦于對數據傳輸規則的深入優化、通信網絡防護難題的詳細研究，旨在推動能源供應系統的智能化與數字化轉型，探索創新的信息傳輸技術與新型設備的應用，并對實際案例中的信息傳輸效果進行更深入的考察。