智能电网及大数据技术应用过程中的问题探讨

金 宵

（国网湖北省电力有限公司宜昌直流运检公司，湖北 宜昌 443000）

0 引言

毋庸置疑，电力是支柱型行业。社会以及经济的不断发展必然带来全社会用电量的迅速增加，这不仅考验着电网运行的安全性和可靠性，亦对其运行效率和智能水平提出了较高要求。智能电网作为未来电力行业主流发展方向，对其进行研究十分必要。智能电网通过将各类技术进行整合及应用，在实现信息和电能从输电到用电环节双向流动的同时，提升电力系统的运行效率以及电网运行的经济性和稳定性。通过大数据技术实施的全景实时数据采集、传输和存储，以及累积的海量多源数据快速分析等功能[1]，是保障智能电网运行的关键。

当前专家学者对智能电网、大数据技术应用两方面的内容已有了非常多的研究成果，其概念早已十分明晰，关键技术的研发和应用也较为成熟。但关于其应用过程中可能产生的各类安全、伦理问题，相关研究较少。张镇勇针对智能电网状态估计面临的威胁设计了一种主动防御策略，以保证智能电网的安全运行[2]。周艳红等对太阳能、风能造成的生态平衡、人类健康等伦理问题进行了较为详细的论述[3]。吴佳超对物联网技术在智能电网中的应用进行简单的介绍，但其主要探讨的内容还是集中在物联网应用中的伦理问题[4]。文献[5]提出在进行科学研究和创新的过程中，要主动预防人工智能和大数据可能带来的伦理道德和隐私问题，而不是被动地等待问题的出现再采取应对措施。

基于此，本文对智能电网的相关定义和功能进行了介绍，对其应用过程中出现的有关健康问题、隐私问题和网络风险问题等进行详细的探讨，提出了解决这些问题的相关措施。

1 智能电网的功能

智能电网将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网[6]。首先，运用智能电网可以在避免大规模投资的情况下，为不断增长的生活用电需求提供可持续稳定的电能供给。而通过大数据技术对电网中各类用电数据的收集、分析，实现从电能的供给侧和需求侧进行优化管理的目的。大数据技术在智能电网中的应用分为以下四个方面：1）通过传感器收集配电网络不同点的实时电能信息。2）利用安装在房屋中的智能电表收集用户的用电信息。3）分析所有收集到的数据，预测用电需求，在优化供需的同时迅速应对配电网中的突发状况。4）为用户提供用电建议，设计激励计划以改变用户的能耗行为。

其次，智能电网还能够使可再生能源和绿色电能安全地并入电网。尽管太阳能、风能等可再生能源已经成为了我国电力资源不可或缺的一部分，但如何保证其接入电网的安全性和经济性始终是需要时刻关注的话题。由于天气状况的变化，可再生能源生产的间歇性特质可能导致电压和频率波动，从而对电力电子设备产生危害。而可再生能源的并网可能会使电网过度充电，从而导致断电事故，并使电网的维护负担加重，影响电网所提供电力的可靠性和质量。

可再生能源技术带来的此类风险可能会影响电器设备（特别是敏感电子设备）的性能，并损害电子系统的性能和可靠性，造成如设备关机、内存和数据丢失、电路板烧毁和读取器错误等问题。为了应对这些问题，需要对从生产到消耗整个过程的电能使用情况进行监视和控制，并根据天气状况的波动，进行电能分配的调整。而面对可再生能源发电的波动，智能电网能够生成一个自适应电网，从而实现电能可靠性、弹性和经济效率的平衡。

2 智能电网应用所带来的问题

早在1912年，美国电气工程师协会就制订了相关的伦理准则以约束电气工程师的行为。而在后续多年的发展中，关于电气工程师的相关伦理准则，也从单纯的对“职业、雇主和顾客的忠诚”，上升到公众的安全、健康和福祉层面。智能电网作为电气工程的重要研究领域，其带来的问题主要有以下三个方面：健康问题、隐私问题和网络安全问题。

2.1 健康问题

智能设备与智能电网之间的无线通信引发的射频辐射导致有关健康和人身安全问题不容忽视。流行病学的调查表明，电磁辐射对人体健康的影响比较广泛，能引起神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改变[7]。过度使用手机同样也会引发类似的担忧。据美国电力研究所对智能电网运行过程中产生的射频辐射对健康影响的研究表明，该辐射水平处于联邦通信委员会制定的安全范围内。然而公众以及相关机构对智能电网带来的辐射问题的担忧仍然存在。

2.2 隐私问题

通过智能电表能够收集和分析有关家庭电能使用的详细信息。例如，智能电表可以通过对能耗的监控，知道客户何时在家、何时做饭、何时看电视或是就寝等行为，进而分析出客户的生活模式。若是该类隐私信息泄露给某些商业公司的推销部门，户主可能面临着被骚扰的风险。总之，客户对拥有此类隐私信息的商业组织（包括公用事业公司）会抱有不同程度的担忧，进而导致智能电表使用和普及受阻。为减少客户的担忧，降低智能电表使用的风险，欧洲一些国家如英国，公用事业公司已开始对客户进行有关其隐私权政策的普及教育，告知其数据收集、共享和访问的原因，以及消费者所拥有的权利。英国天然气和电力市场的政府监管机构也建议电能供应商和网络公司最多每半小时访问一次智能电表的数据，以确保计费准确。且只有在获得客户同意的情况下，才能通过第三方向客户提供新产品或服务，例如根据客户的用电习惯向客户提供动态的消费建议服务，在保障客户用电舒适性的前提下，达到降低用电费用的目的。

2.3 网络安全问题

一旦智能电网遭受网络攻击可能会造成相当严重的经济损失，甚至危害公共安全和国家安全。由于分布式能源往往采取协调式的控制模式，针对关键电源控制设备的攻击会同时产生级联效应，并最终导致系统崩溃。这样的网络攻击不仅会损害智能电网中的各类设备，而且会对电网的运行维护人员、各类用户构成巨大的人身安全危害。物联网的使用给网络攻击提供了缺口，通过其进行攻击，将会扰乱智能电网中电能的分配，甚至破坏配电网中的基础设施。如今，电能早已成为了人类现代生活的最基本要素，从日常起居到工作都离不开电能，对智能电网进行网络攻击，会直接影响到人们的正常生活。虽然至今为止，对电力网络进行的网络攻击非常少见，但每一次这种情况出现都会引起社会各界的极大关注。以欧洲国家为例，2015年圣诞节前夕，俄罗斯的地下黑客组织对乌克兰境内的约60所变电站发起了攻击，导致约140万乌克兰居民家中停电，对居民的生产生活用电造成了巨大的损失和不便。而该攻击的核心攻击原理是通过劫持数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA），直接下达断电指令。2018年，英国因为电力网络遭受网络攻击造成的连锁反应，损失达到了5亿欧元以上。由此可见，智能电网使用过程中的网络安全问题不容小觑。

3 解决措施

智能电网是未来发展的大势所趋，其所使用的大数据技术更是不可或缺，而面对其带来的各类问题，应当积极应对，并从以下几个方面进行解决。

3.1 建立智能电网伦理评价机制和从业人员教育机制

由于当前对智能电网应用中存在的伦理问题没有明确的定义，无法对其进行系统性的判别和评价，故要结合政府、高校和电力相关行业的专家，制定明确的评价机制，并设立相关监管体系。此外，对于智能电网的相关从业人员、电气工程专业的学生，要将伦理道德教育纳入其日常的工作与学习，使其首先从思想上认识到他们肩负的责任与义务。

3.2 完善智能电网的安全性

针对智能电网可能遭受的网络攻击以及可能造成的环境问题，应当从科学技术角度入手，不断加强智能电网的可靠性、安全性，避免网络攻击情况的发生。在新材料、新技术研发上下足功夫，使智能电网中的设备和技术，达到对环境友好、对人类健康无害的目标。

3.3 建立健全相关法律法规

从法律上保护用户的用电隐私不被公共事业公司获取后用于牟利的目的。对于个人信息的采集，必须要经用户同意。信息采集、存储到使用的各个环节必须严格按照国家制定的强制法律法规来执行，并定期由独立的第三方公司进行审查。