智能電網及大數據技術應用過程中的問題探討

金 宵

（國網湖北省電力有限公司宜昌直流運檢公司，湖北 宜昌 443000）

0 引言

毋庸置疑，電力是支柱型行業。社會以及經濟的不斷發展必然帶來全社會用電量的迅速增加，這不僅考驗著電網運行的安全性和可靠性，亦對其運行效率和智能水平提出了較高要求。智能電網作為未來電力行業主流發展方向，對其進行研究十分必要。智能電網通過將各類技術進行整合及應用，在實現信息和電能從輸電到用電環節雙向流動的同時，提升電力系統的運行效率以及電網運行的經濟性和穩定性。通過大數據技術實施的全景實時數據采集、傳輸和存儲，以及累積的海量多源數據快速分析等功能[1]，是保障智能電網運行的關鍵。

當前專家學者對智能電網、大數據技術應用兩方面的內容已有了非常多的研究成果，其概念早已十分明晰，關鍵技術的研發和應用也較為成熟。但關于其應用過程中可能產生的各類安全、倫理問題，相關研究較少。張鎮勇針對智能電網狀態估計面臨的威脅設計了一種主動防御策略，以保證智能電網的安全運行[2]。周艷紅等對太陽能、風能造成的生態平衡、人類健康等倫理問題進行了較為詳細的論述[3]。吳佳超對物聯網技術在智能電網中的應用進行簡單的介紹，但其主要探討的內容還是集中在物聯網應用中的倫理問題[4]。文獻[5]提出在進行科學研究和創新的過程中，要主動預防人工智能和大數據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再采取應對措施。

基于此，本文對智能電網的相關定義和功能進行了介紹，對其應用過程中出現的有關健康問題、隱私問題和網絡風險問題等進行詳細的探討，提出了解決這些問題的相關措施。

1 智能電網的功能

智能電網將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網[6]。首先，運用智能電網可以在避免大規模投資的情況下，為不斷增長的生活用電需求提供可持續穩定的電能供給。而通過大數據技術對電網中各類用電數據的收集、分析，實現從電能的供給側和需求側進行優化管理的目的。大數據技術在智能電網中的應用分為以下四個方面：1）通過傳感器收集配電網絡不同點的實時電能信息。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據，預測用電需求，在優化供需的同時迅速應對配電網中的突發狀況。4）為用戶提供用電建議，設計激勵計劃以改變用戶的能耗行為。

其次，智能電網還能夠使可再生能源和綠色電能安全地并入電網。盡管太陽能、風能等可再生能源已經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的安全性和經濟性始終是需要時刻關注的話題。由于天氣狀況的變化，可再生能源生產的間歇性特質可能導致電壓和頻率波動，從而對電力電子設備產生危害。而可再生能源的并網可能會使電網過度充電，從而導致斷電事故，并使電網的維護負擔加重，影響電網所提供電力的可靠性和質量。

可再生能源技術帶來的此類風險可能會影響電器設備（特別是敏感電子設備）的性能，并損害電子系統的性能和可靠性，造成如設備關機、內存和數據丟失、電路板燒毀和讀取器錯誤等問題。為了應對這些問題，需要對從生產到消耗整個過程的電能使用情況進行監視和控制，并根據天氣狀況的波動，進行電能分配的調整。而面對可再生能源發電的波動，智能電網能夠生成一個自適應電網，從而實現電能可靠性、彈性和經濟效率的平衡。

2 智能電網應用所帶來的問題

早在1912年，美國電氣工程師協會就制訂了相關的倫理準則以約束電氣工程師的行為。而在后續多年的發展中，關于電氣工程師的相關倫理準則，也從單純的對“職業、雇主和顧客的忠誠”，上升到公眾的安全、健康和福祉層面。智能電網作為電氣工程的重要研究領域，其帶來的問題主要有以下三個方面：健康問題、隱私問題和網絡安全問題。

2.1 健康問題

智能設備與智能電網之間的無線通信引發的射頻輻射導致有關健康和人身安全問題不容忽視。流行病學的調查表明，電磁輻射對人體健康的影響比較廣泛，能引起神經、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改變[7]。過度使用手機同樣也會引發類似的擔憂。據美國電力研究所對智能電網運行過程中產生的射頻輻射對健康影響的研究表明，該輻射水平處于聯邦通信委員會制定的安全范圍內。然而公眾以及相關機構對智能電網帶來的輻射問題的擔憂仍然存在。

2.2 隱私問題

通過智能電表能夠收集和分析有關家庭電能使用的詳細信息。例如，智能電表可以通過對能耗的監控，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公司的推銷部門，戶主可能面臨著被騷擾的風險。總之，客戶對擁有此類隱私信息的商業組織（包括公用事業公司）會抱有不同程度的擔憂，進而導致智能電表使用和普及受阻。為減少客戶的擔憂，降低智能電表使用的風險，歐洲一些國家如英國，公用事業公司已開始對客戶進行有關其隱私權政策的普及教育，告知其數據收集、共享和訪問的原因，以及消費者所擁有的權利。英國天然氣和電力市場的政府監管機構也建議電能供應商和網絡公司最多每半小時訪問一次智能電表的數據，以確保計費準確。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品或服務，例如根據客戶的用電習慣向客戶提供動態的消費建議服務，在保障客戶用電舒適性的前提下，達到降低用電費用的目的。

2.3 網絡安全問題

一旦智能電網遭受網絡攻擊可能會造成相當嚴重的經濟損失，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調式的控制模式，針對關鍵電源控制設備的攻擊會同時產生級聯效應，并最終導致系統崩潰。這樣的網絡攻擊不僅會損害智能電網中的各類設備，而且會對電網的運行維護人員、各類用戶構成巨大的人身安全危害。物聯網的使用給網絡攻擊提供了缺口，通過其進行攻擊，將會擾亂智能電網中電能的分配，甚至破壞配電網中的基礎設施。如今，電能早已成為了人類現代生活的最基本要素，從日常起居到工作都離不開電能，對智能電網進行網絡攻擊，會直接影響到人們的正常生活。雖然至今為止，對電力網絡進行的網絡攻擊非常少見，但每一次這種情況出現都會引起社會各界的極大關注。以歐洲國家為例，2015年圣誕節前夕，俄羅斯的地下黑客組織對烏克蘭境內的約60所變電站發起了攻擊，導致約140萬烏克蘭居民家中停電，對居民的生產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數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA），直接下達斷電指令。2018年，英國因為電力網絡遭受網絡攻擊造成的連鎖反應，損失達到了5億歐元以上。由此可見，智能電網使用過程中的網絡安全問題不容小覷。

3 解決措施

智能電網是未來發展的大勢所趨，其所使用的大數據技術更是不可或缺，而面對其帶來的各類問題，應當積極應對，并從以下幾個方面進行解決。

3.1 建立智能電網倫理評價機制和從業人員教育機制

由于當前對智能電網應用中存在的倫理問題沒有明確的定義，無法對其進行系統性的判別和評價，故要結合政府、高校和電力相關行業的專家，制定明確的評價機制，并設立相關監管體系。此外，對于智能電網的相關從業人員、電氣工程專業的學生，要將倫理道德教育納入其日常的工作與學習，使其首先從思想上認識到他們肩負的責任與義務。

3.2 完善智能電網的安全性

針對智能電網可能遭受的網絡攻擊以及可能造成的環境問題，應當從科學技術角度入手，不斷加強智能電網的可靠性、安全性，避免網絡攻擊情況的發生。在新材料、新技術研發上下足功夫，使智能電網中的設備和技術，達到對環境友好、對人類健康無害的目標。

3.3 建立健全相關法律法規

從法律上保護用戶的用電隱私不被公共事業公司獲取后用于牟利的目的。對于個人信息的采集，必須要經用戶同意。信息采集、存儲到使用的各個環節必須嚴格按照國家制定的強制法律法規來執行，并定期由獨立的第三方公司進行審查。