鄉(xiāng)村“電力孤島”、數(shù)據(jù)傳輸“最后一公里”難題、潛在黑客威脅等，這都是傳統(tǒng)電網(wǎng)以往可能面臨的困境。

隨著我國量子保密通信領域的快速發(fā)展，量子通信技術開始賦能我國涉及通信安全的多個領域。量子賦能智慧電網(wǎng)，是其中較為典型與成功的案例之一，不僅能破解傳統(tǒng)電網(wǎng)困境，更能通過“量子加密”保障信息安全，更經(jīng)濟、高效地護航我國遼闊土地上的復雜電力系統(tǒng)。

量子通信技術如何應用到電網(wǎng)建設？量子技術如何化解“電力孤島”、“最后一公里”問題？對此，國盾量子項目總監(jiān)周雷和方案技術部產(chǎn)品經(jīng)理陳尊耀一同接受了澎湃新聞(www.school126.cn)記者的專訪。

“早在量子通信‘京滬干線’建成的時候，國家電網(wǎng)就前瞻性地開始布局量子保密技術在電力方面的應用，”周雷對澎湃新聞(www.school126.cn)記者說道，“國盾量子公司在北京、安徽、山東、湖北等多個地區(qū)，進行了一系列量子通信技術應用示范工程項目的建設和探索?！?/p>

國盾量子公司Logo，圖片來自國盾量子

“量子加密”護航電網(wǎng)

隨著我國在2016年發(fā)射全球首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”，2017年開通世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”，在量子通信方面我國逐漸占據(jù)世界領先地位，并踏上量子通信技術的應用之路。自2016年，國家電網(wǎng)就與國盾量子展開全面合作，將量子通信技術應用落地到多個電網(wǎng)項目。

由于電力系統(tǒng)場景復雜，配網(wǎng)設備點多面廣，加之隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設的推進，大量新型電力終端設備接入電網(wǎng)，量子通信技術賦能智慧電網(wǎng)的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來——更安全、更經(jīng)濟、更可靠、更高效。

“量子通信技術應用到國家電網(wǎng)，目前主要集中在數(shù)據(jù)安全通信方面，通過量子保密通信技術進行加密，保障數(shù)據(jù)傳輸安全?！标愖鹨蚺炫刃侣?www.school126.cn)記者介紹，“還有就是在業(yè)務上，國家電網(wǎng)傳統(tǒng)使用的是內(nèi)網(wǎng)或私網(wǎng)，但隨著無線互聯(lián)網(wǎng)和智能配電終端的應用，就可能會涉及外網(wǎng)。通過量子通信技術可以保障通道安全，那么在某些業(yè)務上就可以實現(xiàn)與公網(wǎng)對接和保障公網(wǎng)的傳輸通道安全?！?p>

由于電網(wǎng)涉及到國家能源安全，所以國家電網(wǎng)有自己的通信網(wǎng)絡，與外部網(wǎng)絡是分開的。量子通信技術對電網(wǎng)的應用正是在整個電網(wǎng)的通信體系中進行量子加密。“簡單來說，電力系統(tǒng)可分為輸配電網(wǎng)和信息通信網(wǎng)。輸配電網(wǎng)相當于電能的傳輸配送網(wǎng)絡，信息通信網(wǎng)主要是基于輸配電網(wǎng)，對輸電設備和配電設備進行控制和管理。國盾量子正是在信息通信網(wǎng)中，通過量子密鑰加密技術，對我國電網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸通道和數(shù)據(jù)安全存儲的保護?！?/p>

破解“電力孤島”困境

2022年1月25日，國網(wǎng)紹興供電公司通過配電自動化主站平臺，遠程控制并啟動位于紹興南部山區(qū)的線路末端發(fā)電機，以小成本破解了山區(qū)“電力孤島”困境，解決了該線路末端支線長期存在的單電源難題。

“近年來，當?shù)仉娏Σ块T持續(xù)對轄區(qū)山中電力長廊進行整體改造升級，通過增設智能開關等方式，大大提升了該線路供電質量，”國網(wǎng)紹興供電公司車頭供電所負責人勞劍鋒介紹道，“但線路末端的11個臺區(qū)因地勢緣故，仍長期成為‘電力孤島’。”

紹興市南部山區(qū)，圖片來自人民網(wǎng)

紹興市南部山區(qū)由于地勢高低不同，沿線村落呈現(xiàn)“小而多”的分布特征，電網(wǎng)供電范圍廣，供電線路半徑大且網(wǎng)架結構單一。一旦線路故障，極易對附近村民生活用電造成長時間的影響。

為了保障山區(qū)供電安全，國網(wǎng)紹興供電公司與國盾量子合作，通過自主設計研發(fā)遠程控制模塊，以安裝“量子+”遙控發(fā)電機替代傳統(tǒng)末端聯(lián)絡方案，在投資金額降低90%的情況下，使前述區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)具備獨立微網(wǎng)運行功能。

那量子技術是如何破解“電力孤島”困境？又如何實現(xiàn)小成本呢？

“‘電力孤島’是指它的傳輸資源只能通過無線方式來進行傳遞。那在信息傳遞方面就存在一些限制，并對傳遞的安全性提出新的需求，”周雷向澎湃新聞(www.school126.cn)記者介紹，“我們通過量子技術和這類場景結合，就可以在需要無線傳遞信息的場景去大面積應用量子技術?！?/p>

據(jù)悉，“量子+”遙控發(fā)電機方案可以解決線路故障時，影響范圍大、時間長的難題，在保障用戶側不停電的前提下，實現(xiàn)對線路綜合檢修和改造提升。同時，“量子+”遙控發(fā)電機“出力可控”，其有源配電網(wǎng)能更高效地參與用電峰谷調節(jié)，實現(xiàn)配電網(wǎng)調頻、調壓和孤島運行等多種應用功能?！巴ㄟ^技術研發(fā)和我們現(xiàn)有產(chǎn)品進行結合——以小型化、集成化、芯片化的方式，降低了成本和融合的難度。”

“另一方面是因為，如果應用傳統(tǒng)的裝置，需要鋪設光纖過去。從光纖成本角度來看，如果是光纖鋪設過去，光纖、人工和管理成本都是非常高的?！标愖鹨a充道，“我們通過無線方式，可以省去光纖鋪設的成本，管理上可以實現(xiàn)無線遠程操控，不需要人工現(xiàn)場去進行操控，節(jié)省人力成本。各方面綜合起來實現(xiàn)了小成本管控?！?/p>

解決“最后1公里”問題

2021年11月，浙江寧波江北10千伏橫山線主線實現(xiàn)量子加密智能開關全覆蓋，標志著國內(nèi)首條基于量子加密無線通信的全自動化架空線路正式投運。

在前述電力系統(tǒng)中，國盾量子主要提供了量子加密安全服務平臺，其中包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的構成。“在整個項目過程當中，我們還提供了技術方案的支持?！敝芾缀完愖鹨硎荆斑@個平臺可以理解成我們量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡的一個延伸，解決的其實是‘最后一公里’問題?！?/p>“最后一公里”是一個比較形象的比喻?！敖?jīng)典網(wǎng)絡通信其實是基于光纖網(wǎng)絡的密鑰傳輸，像城市與城市之間可以通過光纖網(wǎng)絡去進行密鑰安全分發(fā)。但在城市內(nèi)部，比如一個中心與旁邊移動終端之間的距離可能沒那么遠，那么通過光纖的方式成本也高，實現(xiàn)的可能性也不太大。我們就把它拓展到無線應用上，解決了‘最后一公里’問題，即從中心到移動終端的距離利用無線，進行數(shù)據(jù)加密傳輸。”

要徹底解決密鑰傳輸?shù)摹白詈?公里”問題，除了量子加密安全服務平臺，也離不開量子加密智能開關?！爸悄荛_關與傳統(tǒng)開關在功能上有很大的差別。傳統(tǒng)開關通過人工控制，是半自動的，可能遇到故障之后會跳閘或自動跳轉。而智能開關通過提前預判，相應的信息收集和人工遠程控制，可以實現(xiàn)多級保護?！?/p>

相比于傳統(tǒng)開關，智能開關增添了控制功能、故障診斷功能，能夠提前防范和預警故障，對于一些故障可以使電力部門快速定位，準確切斷故障部分，以保證主線安全運行。

此外，智能開關基于無線進行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩跃惋@得更加重要。“既要保證不被外人竊取，也要保證不被黑客攻擊和偽造指令，避免電網(wǎng)業(yè)務中斷，或是信息采集有誤。因此要利用量子加密的融合，在智能開關里采用對應量子模塊，把量子密鑰通過平臺實時下發(fā)，這樣控制指令或采集的數(shù)據(jù)信息可以安全地加密上傳，減少傳統(tǒng)人工控制時間，在故障發(fā)生后可以控制風險?！?/p>

探索“量子+無人機”

面向不久的將來，量子加密技術還可拓展應用到無人機等其他無線電網(wǎng)通信場景。

在電網(wǎng)應用上，國盾量子已在無人機方面結合量子通信技術進行了調研，并認為技術具有可行性。周雷表示，“公司正在發(fā)展相關合作伙伴，比如在無人機、分布式光伏方面進行技術驗證，以推進相應的應用產(chǎn)品?！?p>

未來，量子加密技術將如何應用到無人機上？“其實是將量子安全密鑰以及安全傳輸技術，加載到現(xiàn)有無人機平臺上，在無人機數(shù)據(jù)采集和遠程控制方面，確保無人機和中心點之間的數(shù)據(jù)傳輸安全。”

目前，國盾量子也正在聯(lián)合電力相關的應用需求單位積極探索量子與無人機的技術融合?！艾F(xiàn)階段我們也在嘗試，由于無人機涉及到數(shù)據(jù)傳輸需求、遙控需求、數(shù)據(jù)采集后的存儲需求，我們在與相關方溝通，探索相應融合方案?！标愖鹨f，“因為電網(wǎng)有自己的防護要求和防護方案，我們也會根據(jù)他們的要求和方案做對應設計，同時協(xié)調無人機廠商做技術對接與技術驗證?！?/p>

展望未來，“我們將緊跟電網(wǎng)需求，將量子技術能夠更多地融入電網(wǎng)的整個系統(tǒng)，提高國家電網(wǎng)在各方面的安全能力，保障國家基礎設施安全，這也是目前量子技術所能帶來的技術支撐?！?/p>

從破解“電力孤島”到解決“最后一公里”難題，從量子加密安全服務平臺到智能開關，國家電網(wǎng)與國盾量子的共同探索之路從未止步。以量子密鑰分發(fā)為核心的量子通信技術在全國范圍內(nèi)的應用將更加廣泛，不斷賦能我國關鍵基礎設施建設，保障著重要設施的通信安全。