新形势下网络技术在电力信息通信中的应用

引言

全球能源革命背景下，电力系统正经历以“清洁低碳、安全高效”为目标的深度变革。信息通信网络作为电力系统的“神经网络”，其技术升级直接影响能源流与信息流的协同效率。当前，新型电力系统对通信实时性、带宽容量及抗干扰能力提出更高要求，而传统通信模式面临延时长、灵活性差、安全风险凸显等瓶颈。因此，研究网络技术的创新应用，对构建韧性电力信息通信架构具有战略意义。

一、电力信息通信网络的技术演进背景

电力通信网络的技术迭代与能源革命进程高度耦合，其转型驱动力直接源于新型电力系统对通信能力的刚性需求。早期基于 TDM 的专线传输模式受限于刚性拓扑与窄带通道，难以承载智能电网的动态业务需求。当前，在"双碳"目标推动下，高比例可再生能源并网与海量智能终端接入正催生多维度技术挑战：数据层面，智能电表、PMU 及分布式传感设备每秒产生TB 级异构数据流，要求骨干网具备超宽带吞吐与低熵值处理能力；控制层面，源网荷储多向互动需将端到端时延压缩至 10 毫秒级，远超传统 SDH环网百毫秒量级的响应极限；架构层面，输变配用多域协同亟需打破专业壁垒，实现跨层级通信协议的标准化重构，解决 IEC61850 与 MQTT 等异构协议间的语义鸿沟。这一演进本质是电力通信从封闭专网向开放化、服务化、IP 化的范式跃迁，其核心矛盾在于刚性基础设施与柔性业务需求间的失配。因此，构建弹性可编程的网络架构已成为支撑"双高"电力系统（高比例新能源、高电力电子化）动态稳定的关键使能条件，更是实现能源流与信息流深度协同的战略基石。

二、新型网络技术在通信架构重构中的作用

云计算、SDN 与 5G 的深度融合正系统性重塑电力通信架构的基因特性。云平台通过 IaaS/PaaS 层资源池化与微服务编排，实现对变电站视频监控、故障录波及智能调度等核心业务的弹性承载，使计算资源可依据负荷峰谷动态伸缩，彻底解决传统物理服务器资源利用率不足的顽疾；SDN 技术凭借集中式控制器的全局拓扑视图，为智能配电网中的差动保护、负荷精准控制等毫秒级关键业务定制专属虚拟网络切片，通过分段路由（SRv6）技术保障带宽与抖动指标满足继电保护动作的确定性要求，并基于 OpenFlow 协议实现跨域流表的实时策略编程，在光缆突发中断时自动触发多路径迂回机制；5G 网络则依托 uRLLC 超可靠低时延与 mMTC 海量连接核心能力，为广域分布的分布式光伏集群监控、无人机巡检及移动操作终端提供高可用无线覆盖，其端到端网络切片能力进一步实现生产控制大区与管理信息大区间业务流的安全逻辑隔离。三者通过云原生架构实现控制平面的深度协同，构建起“集中智能-分布执行”的云边端一体化神经中枢，为能源互联网的泛在感知与实时决策提供全维度连接骨架。

三、网络安全防护体系的智能化升级

电力信息通信安全的防御范式正经历从被动响应到主动免疫的范式跃迁，其核心在于构建内生于网络架构的动态可信机制。零信任架构通过持续多因子认证（动态令牌、设备指纹、行为基线）替代传统边界防护，对调度主站与智能变电站间的 GOOSE、SV 采样值业务流实施微隔离控制，基于 SDP（软件定义边界）技术建立动态加密隧道，彻底阻断攻击者横向移动路径；人工智能驱动的安全运营中心（AI-SOC）融合深度包检测（DPI）与无监督学习算法，从 PB 级网络流量中识别高级持续性威胁（APT）的隐蔽特征，例如针对继电保护装置的畸形报文注入或针对新能源 AGC 系统的虚假数据攻击，实现毫秒级威胁狩猎与自动化响应；区块链技术则以分布式账本构建跨域信任锚点，通过轻量级共识机制保障绿电交易数据、碳配额信息的不可抵赖性，结合同态加密与智能合约技术实现敏感数据可用不可见，确保调度指令在传输-存储-计算全流程的防篡改性。这三层技术栈共同形成“动态认证-智能分析-可信存证”的纵深防御体系，其韧性在于：当单点防御失效时，系统可通过跨层联动实现攻击链的快速熔断，为电力CPS 系统提供具备弹性恢复能力的安全基座。

四、网络技术驱动的运维模式革新

数字孪生与大数据分析正推动电力通信运维进入认知智能化阶段。基于数字孪生的虚拟镜像系统，通过实时同步物理设备的端口状态、光功率值等数百项参数，在虚拟空间仿真光传输网（OTN）的故障传播路径，辅助运维人员预演保护倒换策略的有效性；预测性维护模型则利用 LSTM 神经网络分析历史告警数据，建立设备故障与温度波动、误码率突变的关联规则，提前 7 天预警光模块性能劣化趋势；网络功能虚拟化（NFV）更进一步将防火墙、路由器等专用硬件抽象为软件实例，当某区域核心路由器宕机时，MANO 系统可自动在边缘云节点实例化备份路由服务，实现分钟级业务恢复。这种“仿真推演-预测干预-自愈重构”的闭环机制，大幅降低电网通信中断的频次与时长。

五、未来发展趋势与技术挑战

电力通信技术的演进需突破泛在连接与算力协同的双重瓶颈。6G 网络通过太赫兹频段与智能超表面（RIS）技术，将实现变电站室内外厘米级定位与微秒级时延，为数字孪生电网提供全息感知能力；量子通信则可建立调度中心与新能源场站间的无条件安全信道，彻底解决密钥分发隐患。然而技术融合仍面临严峻挑战：异构网络方面，5G-UHRLLC 切片与电力 IEC61850-GOOSE 协议的时隙匹配存在纳秒级同步难题；算力协同方面，边缘节点轻量化与云端重型 AI 模型的资源调度需开发自适应分配算法；此外，联邦学习等隐私计算技术需在保障数据主权前提下，实现跨省级电网的协同训练。未来需重点攻关 TSN（时间敏感网络）与 DetNet（确定性网络）的电力适配标准，构建“算力-网络-安全”一体化的新型基础设施。

结论

网络技术的深度集成正根本性重构电力信息通信体系的功能范式。云计算通过资源池化实现算力动态调度，SDN 以软件定义能力保障业务流确定性传输，5G 网络切片则破解了广域控制场景的无线覆盖瓶颈，三者协同构建了支撑“双高”电力系统的云网融合底座。在安全领域，零信任架构与区块链技术分别从动态认证和可信存证维度构筑内生防御体系，使得电网具备攻击自愈能力；智能运维则依托数字孪生与 NFV 实现故障预测分钟级响应。未来亟待突破异构网络协议兼容、隐私计算与算力协同等关键技术，最终推动能源信息物理系统向泛在连接、自主进化的高阶形态演进。

参考文献：

[1]面向泛在电力物联网的支撑平台与行业生态构建[J].蔡泽祥,孙宇嫣,郭采珊.机电工程技术,2019(06).

2]浅析电力物联网建设中的关键技术[J].黄显,陈诚.通讯世界,2019(06)

[3]浅谈电力生产系统网络信息安全[J].宋黎霞,路晓威.小水电,2019(03).

[4]泛在电力物联网的发展前景[J].单葆国,史海疆.电气时代,2019(06).

[5]提高弱电网下逆变器稳定性的前馈控制策略[J].刘乐,同向前,杨树德,宋辉.电力电子技术,2019(01).