智能電網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用過程中的問題探討

金 宵

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司宜昌直流運(yùn)檢公司，湖北 宜昌 443000）

0 引言

毋庸置疑，電力是支柱型行業(yè)。社會以及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展必然帶來全社會用電量的迅速增加，這不僅考驗(yàn)著電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，亦對其運(yùn)行效率和智能水平提出了較高要求。智能電網(wǎng)作為未來電力行業(yè)主流發(fā)展方向，對其進(jìn)行研究十分必要。智能電網(wǎng)通過將各類技術(shù)進(jìn)行整合及應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)信息和電能從輸電到用電環(huán)節(jié)雙向流動的同時，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)施的全景實(shí)時數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，以及累積的海量多源數(shù)據(jù)快速分析等功能[1]，是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵。

當(dāng)前專家學(xué)者對智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用兩方面的內(nèi)容已有了非常多的研究成果，其概念早已十分明晰，關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也較為成熟。但關(guān)于其應(yīng)用過程中可能產(chǎn)生的各類安全、倫理問題，相關(guān)研究較少。張鎮(zhèn)勇針對智能電網(wǎng)狀態(tài)估計面臨的威脅設(shè)計了一種主動防御策略，以保證智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行[2]。周艷紅等對太陽能、風(fēng)能造成的生態(tài)平衡、人類健康等倫理問題進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述[3]。吳佳超對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行簡單的介紹，但其主要探討的內(nèi)容還是集中在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的倫理問題[4]。文獻(xiàn)[5]提出在進(jìn)行科學(xué)研究和創(chuàng)新的過程中，要主動預(yù)防人工智能和大數(shù)據(jù)可能帶來的倫理道德和隱私問題，而不是被動地等待問題的出現(xiàn)再采取應(yīng)對措施。

基于此，本文對智能電網(wǎng)的相關(guān)定義和功能進(jìn)行了介紹，對其應(yīng)用過程中出現(xiàn)的有關(guān)健康問題、隱私問題和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險問題等進(jìn)行詳細(xì)的探討，提出了解決這些問題的相關(guān)措施。

1 智能電網(wǎng)的功能

智能電網(wǎng)將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)[6]。首先，運(yùn)用智能電網(wǎng)可以在避免大規(guī)模投資的情況下，為不斷增長的生活用電需求提供可持續(xù)穩(wěn)定的電能供給。而通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對電網(wǎng)中各類用電數(shù)據(jù)的收集、分析，實(shí)現(xiàn)從電能的供給側(cè)和需求側(cè)進(jìn)行優(yōu)化管理的目的。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分為以下四個方面：1）通過傳感器收集配電網(wǎng)絡(luò)不同點(diǎn)的實(shí)時電能信息。2）利用安裝在房屋中的智能電表收集用戶的用電信息。3）分析所有收集到的數(shù)據(jù)，預(yù)測用電需求，在優(yōu)化供需的同時迅速應(yīng)對配電網(wǎng)中的突發(fā)狀況。4）為用戶提供用電建議，設(shè)計激勵計劃以改變用戶的能耗行為。

其次，智能電網(wǎng)還能夠使可再生能源和綠色電能安全地并入電網(wǎng)。盡管太陽能、風(fēng)能等可再生能源已經(jīng)成為了我國電力資源不可或缺的一部分，但如何保證其接入電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性始終是需要時刻關(guān)注的話題。由于天氣狀況的變化，可再生能源生產(chǎn)的間歇性特質(zhì)可能導(dǎo)致電壓和頻率波動，從而對電力電子設(shè)備產(chǎn)生危害。而可再生能源的并網(wǎng)可能會使電網(wǎng)過度充電，從而導(dǎo)致斷電事故，并使電網(wǎng)的維護(hù)負(fù)擔(dān)加重，影響電網(wǎng)所提供電力的可靠性和質(zhì)量。

可再生能源技術(shù)帶來的此類風(fēng)險可能會影響電器設(shè)備（特別是敏感電子設(shè)備）的性能，并損害電子系統(tǒng)的性能和可靠性，造成如設(shè)備關(guān)機(jī)、內(nèi)存和數(shù)據(jù)丟失、電路板燒毀和讀取器錯誤等問題。為了應(yīng)對這些問題，需要對從生產(chǎn)到消耗整個過程的電能使用情況進(jìn)行監(jiān)視和控制，并根據(jù)天氣狀況的波動，進(jìn)行電能分配的調(diào)整。而面對可再生能源發(fā)電的波動，智能電網(wǎng)能夠生成一個自適應(yīng)電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電能可靠性、彈性和經(jīng)濟(jì)效率的平衡。

2 智能電網(wǎng)應(yīng)用所帶來的問題

早在1912年，美國電氣工程師協(xié)會就制訂了相關(guān)的倫理準(zhǔn)則以約束電氣工程師的行為。而在后續(xù)多年的發(fā)展中，關(guān)于電氣工程師的相關(guān)倫理準(zhǔn)則，也從單純的對“職業(yè)、雇主和顧客的忠誠”，上升到公眾的安全、健康和福祉層面。智能電網(wǎng)作為電氣工程的重要研究領(lǐng)域，其帶來的問題主要有以下三個方面：健康問題、隱私問題和網(wǎng)絡(luò)安全問題。

2.1 健康問題

智能設(shè)備與智能電網(wǎng)之間的無線通信引發(fā)的射頻輻射導(dǎo)致有關(guān)健康和人身安全問題不容忽視。流行病學(xué)的調(diào)查表明，電磁輻射對人體健康的影響比較廣泛，能引起神經(jīng)、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改變[7]。過度使用手機(jī)同樣也會引發(fā)類似的擔(dān)憂。據(jù)美國電力研究所對智能電網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的射頻輻射對健康影響的研究表明，該輻射水平處于聯(lián)邦通信委員會制定的安全范圍內(nèi)。然而公眾以及相關(guān)機(jī)構(gòu)對智能電網(wǎng)帶來的輻射問題的擔(dān)憂仍然存在。

2.2 隱私問題

通過智能電表能夠收集和分析有關(guān)家庭電能使用的詳細(xì)信息。例如，智能電表可以通過對能耗的監(jiān)控，知道客戶何時在家、何時做飯、何時看電視或是就寢等行為，進(jìn)而分析出客戶的生活模式。若是該類隱私信息泄露給某些商業(yè)公司的推銷部門，戶主可能面臨著被騷擾的風(fēng)險。總之，客戶對擁有此類隱私信息的商業(yè)組織（包括公用事業(yè)公司）會抱有不同程度的擔(dān)憂，進(jìn)而導(dǎo)致智能電表使用和普及受阻。為減少客戶的擔(dān)憂，降低智能電表使用的風(fēng)險，歐洲一些國家如英國，公用事業(yè)公司已開始對客戶進(jìn)行有關(guān)其隱私權(quán)政策的普及教育，告知其數(shù)據(jù)收集、共享和訪問的原因，以及消費(fèi)者所擁有的權(quán)利。英國天然氣和電力市場的政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)也建議電能供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)公司最多每半小時訪問一次智能電表的數(shù)據(jù)，以確保計費(fèi)準(zhǔn)確。且只有在獲得客戶同意的情況下，才能通過第三方向客戶提供新產(chǎn)品或服務(wù)，例如根據(jù)客戶的用電習(xí)慣向客戶提供動態(tài)的消費(fèi)建議服務(wù)，在保障客戶用電舒適性的前提下，達(dá)到降低用電費(fèi)用的目的。

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全問題

一旦智能電網(wǎng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊可能會造成相當(dāng)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害公共安全和國家安全。由于分布式能源往往采取協(xié)調(diào)式的控制模式，針對關(guān)鍵電源控制設(shè)備的攻擊會同時產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。這樣的網(wǎng)絡(luò)攻擊不僅會損害智能電網(wǎng)中的各類設(shè)備，而且會對電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)人員、各類用戶構(gòu)成巨大的人身安全危害。物聯(lián)網(wǎng)的使用給網(wǎng)絡(luò)攻擊提供了缺口，通過其進(jìn)行攻擊，將會擾亂智能電網(wǎng)中電能的分配，甚至破壞配電網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)施。如今，電能早已成為了人類現(xiàn)代生活的最基本要素，從日常起居到工作都離不開電能，對智能電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，會直接影響到人們的正常生活。雖然至今為止，對電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)攻擊非常少見，但每一次這種情況出現(xiàn)都會引起社會各界的極大關(guān)注。以歐洲國家為例，2015年圣誕節(jié)前夕，俄羅斯的地下黑客組織對烏克蘭境內(nèi)的約60所變電站發(fā)起了攻擊，導(dǎo)致約140萬烏克蘭居民家中停電，對居民的生產(chǎn)生活用電造成了巨大的損失和不便。而該攻擊的核心攻擊原理是通過劫持?jǐn)?shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA），直接下達(dá)斷電指令。2018年，英國因?yàn)殡娏W(wǎng)絡(luò)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的連鎖反應(yīng)，損失達(dá)到了5億歐元以上。由此可見，智能電網(wǎng)使用過程中的網(wǎng)絡(luò)安全問題不容小覷。

3 解決措施

智能電網(wǎng)是未來發(fā)展的大勢所趨，其所使用的大數(shù)據(jù)技術(shù)更是不可或缺，而面對其帶來的各類問題，應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)對，并從以下幾個方面進(jìn)行解決。

3.1 建立智能電網(wǎng)倫理評價機(jī)制和從業(yè)人員教育機(jī)制

由于當(dāng)前對智能電網(wǎng)應(yīng)用中存在的倫理問題沒有明確的定義，無法對其進(jìn)行系統(tǒng)性的判別和評價，故要結(jié)合政府、高校和電力相關(guān)行業(yè)的專家，制定明確的評價機(jī)制，并設(shè)立相關(guān)監(jiān)管體系。此外，對于智能電網(wǎng)的相關(guān)從業(yè)人員、電氣工程專業(yè)的學(xué)生，要將倫理道德教育納入其日常的工作與學(xué)習(xí)，使其首先從思想上認(rèn)識到他們肩負(fù)的責(zé)任與義務(wù)。

3.2 完善智能電網(wǎng)的安全性

針對智能電網(wǎng)可能遭受的網(wǎng)絡(luò)攻擊以及可能造成的環(huán)境問題，應(yīng)當(dāng)從科學(xué)技術(shù)角度入手，不斷加強(qiáng)智能電網(wǎng)的可靠性、安全性，避免網(wǎng)絡(luò)攻擊情況的發(fā)生。在新材料、新技術(shù)研發(fā)上下足功夫，使智能電網(wǎng)中的設(shè)備和技術(shù)，達(dá)到對環(huán)境友好、對人類健康無害的目標(biāo)。

3.3 建立健全相關(guān)法律法規(guī)

從法律上保護(hù)用戶的用電隱私不被公共事業(yè)公司獲取后用于牟利的目的。對于個人信息的采集，必須要經(jīng)用戶同意。信息采集、存儲到使用的各個環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格按照國家制定的強(qiáng)制法律法規(guī)來執(zhí)行，并定期由獨(dú)立的第三方公司進(jìn)行審查。