基于“北斗-5G-量子”安全通信的海岛配网自动化建设及应用

王爱玉

（国网浙江省电力有限公司舟山供电公司，浙江 舟山 316000）

0 引言

以5G、量子、北斗为主的安全通信技术迅速发展，大量配网自动化终端通过无线网络接入新一代配网自动化主站系统，且点多、面广、量大、繁杂。传统的光纤通信技术和无线通信技术由于成本高、施工难、运维难等问题，不能满足新型电力系统下配网业务对低时延、高可靠、高安全的通信需求[1]，无法有效应对5G、量子、北斗等新技术、新设备接入所带来的挑战，难以支撑配网精益化管理及实现配网全景可观、可测、可控[2]，导致新一代配网自动化系统中不确定性、不稳定性因素增加。

随着新型电力系统建设的海岛示范落地，舟山公司针对新一代配网自动化建设、应用差异化需求，以多元融合高弹性海岛电网建设为路径，以“北斗-5G-量子”安全通信为技术特征，突破传统的网络通信范式，破解海岛配网结构性薄弱难题，提出基于“北斗-5G-量子”安全通信的海岛新一代配网自动化建设、应用新模式，聚合海量配网资源，提升配网自动化精益化管控能力，实现配网全景可观、可测、可控。

1 基于北斗短报文技术的新一代配网自动化建设模式

舟山位于东海之滨，由2 085 座岛屿组成，配网供电范围涉及定海、普陀2 区及岱山、嵊泗2 县，供电用户66.6 万户，供电人口117 万，覆盖140 多座岛屿[3]。由于点多面广的客观原因，偏远海岛无法长期派驻检修运维人员，一旦发生故障且遇到气候条件恶劣的情况，抢修人员无法第一时间上岛对故障进行排除，无法第一时间恢复送电，大大降低了供电可靠性。

1.1 北斗建设方案

针对海岛配网长期存在的“交通不便利”“通信信号弱”“安全性不高”等众多问题[4]，舟山公司围绕海岛高弹性配电网示范区建设，结合海岛配网历史运维、检修经验，采用北斗开关“整线安装 + 全岛覆盖”的自动化模式，其主要功能如下。

终端层：现场终端安装北斗无线接收终端，采用“短报文”形式直接与北斗开关、北斗卫星系统进行通信[5]，并将“三遥”（遥信、遥测、遥控）信息传至北斗卫星通信系统，以供调度员实时监控线路运行状态，迅速、准确研判故障点，自动隔离故障，迅速恢复供电。

生物化学理论知识较为琐碎和抽象，因此制约了学生对一些问题的理解和思考[1]。教研室利用集体备课机会，完成了整套多媒体实验教学课件的制作，坚持在授课中不断补充和修改内容。通过动画和图片的使用，增强了教学的直观性，但对于实际操作过程中的一些细节和注意事项的把控仍有所欠缺，迫切需要视频辅助。生物化学实验教学视频在网络上有很多素材可供下载，教研室多年前也购买过整套课程，但这些视频或技术陈旧，或不符合当前专业大纲培养要求，或与教材内容有出入，使用时经常会出现需要口头更正、不能连续播放等问题。

通信层：依托北斗卫星通信系统，采用国产军用级加密算法，以“短报文”形式，实现北斗开关“三遥”信息在主站、终端及北斗卫星之间的安全、可靠传输，确保配网业务数据传输安全。

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二是党派成员类。这类优质推文共31篇，占24.8%，关键词有两院（3）、中国科学院（3）、院士（3）、盟员（3）、科技（3）等。此类优质推文通过讲述党派成员故事，传承优良传统，极大地增强了成员的归属感和认同感。如中国民主同盟发布的《表里如一 方正做人——纪念张澜先生诞辰146周年》。

1.2 北斗应用成效

目前，舟山新一代配网自动化系统已进入实用化应用阶段，随着新型电力系统建设的快速推进，架空线路智能开关量子加密改造建设已全面开展，其馈线自动化、故障研判、故障自愈等高级功能实用化应用已全面推广。

图1 北斗开关接入新一代配网自动化系统情况

舟山公司在嵊泗列岛开展了北斗卫星通信系统与智能开关融合的应用试点工作（简称北斗开关），并在“迎峰度夏” “保供电”“抗击台风” “故障抢修”等方面已取得初步成效。“北斗开关 + 新一代配网自动化系统”模式减少了运行维护成本、停电范围及停电时间，加快了故障处理效率，提高了供电可靠性，有效解决了海岛故障处理时间长、难度大等问题。

2 基于5G 硬切片技术的新一代配网自动化建设模式

2.1 5G 建设必要性

5G 作为支撑新一代配网自动化建设与应用的重要通信基础，具有“低时延、高可靠、高速率”的特点[7]，可满足新一代配网自动化系统对无线通信网络“实时性、可靠性、安全性”的要求，全方位助推新型电力系统“海岛示范”建设，全面支撑配网精益化管理，实现配网全景可观、可测、可控。

舟山是海岛城市，也是全国首批5G 全覆盖试点城市，其5G 通信资源较好，覆盖面比较广。5G硬切片技术作为新一代无线通信网络的关键基础，由于不受光路通道制约和外破影响，而电网使用的无线通道因安全性要求则需要专网专用，5G 硬切片技术正好解决了这一限制问题[8]。

2）以第1节模板作为支撑，进行第2节的钢筋接长、绑扎，验收合格后支立第2节模板，模板加固验收合格后进行混凝土浇筑；

2.2 5G 试点应用成效

舟山公司首次将5G 硬切片技术成功应用在A08B540 成均云庐10 幢配电室，并完成5G 硬切片通道调试及“三遥”信息联调测试。5G 通信模块：在原配电室的DTU 增加5G 通信模块（如图2 所示），用于终端DTU 与自动化主站之间的通信，采用5G 硬切片技术在保障配网自动化业务正常运行的同时提供设备级、网络级、代码级安全防护，以确保新一代配网自动化通信网络可信、可靠、可用。

图2 配电室5G 通信模块

通道调试：基于5G 硬切片技术的通信通道调试主要涉及5G 信号强度测试、5G 通信模块匹配、5G 通道接入自动化主站系统等关键环节（如图3 所示）。在配网自动化终端的5G 通信模块上，安装经省信通公司安全加固的5G SIM 卡，采用“点对点”方式，实现终端DTU 与配网自动化主站系统安全通信，并从访问控制、数据完整性、安全防护等多个维度进行5G 通道测试及验证，满足电网对网络通信的安全性、可靠性、经济性的要求。

图3 5G 硬切通道在新一代配网自动化主站系统中的配置

主成分分析方法是将多个具有相关性的变量压缩成几个不相关的综合指标同时根据需要可以从中取出几个较少的综合指标来反应原始变量信息的分析统计方法[15，16]。通常数学上的处理就是将原来n个指标作线性组合，作为新的综合指标。假设M个街区单元，N个POI类别，原始样本矩阵为X，X=(Xij)M*N(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)主成分分析的流程如下：

随着新型电力系统海岛全景示范区创建的全面推进，舟山公司以能源互联网形态下多元融合高弹性电网建设的探索实践为基础，迭代升级完善新一代配网自动化系统的“舟山模式”，推广5G 硬切片技术应用，通过5G 无线网络接入新一代配网自动化一区主站实现“三遥”信息安全高效的“直采直送”，有效解决老城区地下管线改造困难、光纤建设滞后及光纤敷设困难、成本高等难题。

3 基于量子加密技术的新一代配网自动化建设模式

舟山公司以新型电力系统“海岛示范”建设为契机，依托新一代配网自动化系统平台，采用“整线安装”方式实施北斗开关的改造、安装及“三级联调”，实现嵊泗全岛北斗开关的“全覆盖”（如图1 所示），故障时通过远程遥控北斗开关，实现配网故障的迅速隔离和复电，从而提高海岛供电可靠性，奋力打造新型电力系统建设的“海岛示范”，为新型电力系统示范区创建贡献舟山方案、舟山力量及舟山智慧。

舟山公司现已投运量子开关273 台，覆盖93 条架空线路，量子开关累计遥控2 265 次，遥控成功率99.15%，遥控使用率100%，实现故障精准定位及隔离，有效提升配网故障自愈能力，以适应新型电力系统发展需求。

3.1 量子建设方案

舟山公司基于新一代配网自动化主站系统现有架构，增加量子安全服务平台部署（如图4 所示）。在无线安全接入区部署一套量子安全服务平台，为海量“4G + 量子”开关或“5G + 量子”开关建立安全可靠的量子加密通信网络隧道。

丁珰在金庸小说中实在是一个很有意思的人物，拿着女主的剧本，却演着演着突然发现不光是拿错剧本了，很可能连人设都没有搞清楚。于是糊里糊涂演了大半本书，在后半段，终于拿到对的剧本，找准了人物定位。就这样，一个根正苗红的女一，毅然决然地补缺，肩负起书中反派的重任。套用流行的“反差萌”，丁珰大概是“反差黑”。让读者对她大半本书的好感，在一息之间荡然无存。之前的古灵精怪，之前的俏皮活泼，事后看来都是面目可憎，想起来都是触目惊心。

图4 基于量子加密技术的新一代配网自动化拓扑图

量子安全服务平台融合量子密钥生成和量子随机数2 种技术，通过量子安全服务移动引擎统一调度管控，实现量子密钥的离线充注和在线分发，为量子应用设备的加密通信提供安全的密钥服务。

舟山公司聚焦新型电力系统建设本质矛盾及需求，对架空线路、开关站、变电站等开展“量子加密”改造，从功能性、安全性、稳定性等方面强化提升质效，着力提升通信安全防护和配网整体管控能力，重点应对数据窃听、身份欺骗等电力信息安全威胁[10]。

主站层：主站侧新装2 台北斗无线接收终端及新建无线安全接入区，通过发送“遥控命令”实现北斗开关的远程遥控操作，有效解决偏远岛屿交通不便，紧急情况下远方遥控北斗开关隔离故障的难题，节约抢修资源，提高配网故障抢修效率和供电可靠性[6]。

3.2 量子应用成效

舟山公司全力推进量子加密改造、建设，深化量子开关创新应用，促进架空线路馈线自动化模式迭代升级，构建基于量子加密的新型电力系统安全防护体系，试点打造“量子岛屿”示范区，加快推进海岛配网“全自愈”建设。

本文利用轴压屈曲试验平台进行了圆柱壳、开孔圆柱壳、含补强件圆柱壳轴压屈曲试验，试验结果表明：轴压屈曲临界载荷开孔圆柱壳最小，含补强件圆柱壳次之，圆柱壳最大，与模拟结果规律一致。圆柱壳开孔导致轴压临界载荷下降，可通过补强方法提高临界载荷。可为壳体屈曲设计分析提供参考价值。

“三遥”信息测试：依托新一代配网自动化系统平台，成功完成现场遥信、遥测及遥控测试，经现场测试终端DTU 上送的遥测值、遥信信号与主站接收到的遥测值、遥信信号一致，终端DTU 执行遥控操作及现场开关分合的情况与主站下发的遥控命令一致。在整个测试过程中，5G 硬切片技术在高可靠、高速率、低时延、低成本等方面优势巨大[9]，所以基于5G 硬切片技术的新一代配网自动化建设模式行之有效。

提升配网自动化有效覆盖率：根据《浙江公司中压配电自动化建设原则》《舟山公司智能开关量子加密改造规定》等要求，依托“4G + 量子”或“5G + 量子”技术改造，加快智能开关“量子加密”改造、更换及建设进度，如图5 所示[11]，并积极探索量子加密技术高级应用。目前，舟山量子开关联调完成率100%、在线率97.4%，架空线路自动化有效覆盖率达94.2%，强有力支撑海岛配网故障抢修，助力打造新型电力系统“舟山样板”。

图5 舟山量子开关建设成效

推进架空线路故障自愈实用化：北欧A651线-重工A652 线作为舟山首条基于“4G + 量子”的全自动FA 试点线路，标志着海岛架空线路故障处置进入s 级时代，是舟山首次运用量子技术赋能新型电力系统建设的有益尝试。舟山公司采用主线量子开关全覆盖模式，对联络开关进行量子加密及“三遥”改造，并投运基于无线通信 + 量子加密的集中式馈线自动化（FA）。

目前，舟山已完成26 条架空线路量子开关改造及馈线自动化（FA）投运，依托量子加密技术，应用量子态叠加原理进行安全密钥分发，将量子状态作为信息加密和解密的密钥，在无线接入环境下保障电网关键数据安全传输，让相关控制指令在传输时不被破解、不可窃听，确保故障发生时自动研判故障点，迅速隔离故障并在15 min 内恢复未故障线路送电，缩短故障处置时长，降低用户停电感知，提升线路故障自愈水平。

提升配网无线通信安全防护：无线通信 + 量子加密技术作为海岛配网安全通信方式的进一步扩展，如图6 所示，弥补海岛配网自动化通信短板，构建基于无线通信 + 量子加密安全通信的业务加密通道，实现海岛配网精准控制，提高海岛配网运维的便捷性和故障抢修效率，提高海岛配网智能化水平及供电可靠性，实现海岛配网全景可观、可测、可控、可调，全面支撑海岛配网安全运行及多场景智慧决策、主动管控，全方位打造安全可靠、全景感知、柔性互动、主动高效的新一代配网自动化系统，助力新型电力系统海岛示范建设。

企业管理者的意识是否先进，对经济管理的效果影响很大，很多企业实施经济管理的时候目光不够长远，只关注眼前的利益，希望利用持续生产的方式来持久获取经济效益，很少有企业会将经济管理看作是企业提升经济效益的有利因素。如果企业在发展中没有认识到经济管理的作用，很可能对企业的壮大和经济效益的提升造成严重阻碍，企业管理者要注重经济管理对企业发展的重要作用，落实经济管理措施，高效管理，保证企业的良性发展，提升企业发展的综合力。

图6 新一代配网自动化主站系统量子加密通道

截至2023 年12 月31 日，舟山公司共计373 台量子开关以“4G+量子”方式接入配电自动化主站系统；配网线路自动化有效覆盖率从2022 年的88.73%提升至2023 年的90.23%；架空线路分段点、联络点“三遥”覆盖率分别达到10.15%、23.33%，同比提升7.25%、14.76%；全市配电综合馈线自动化投入率（综合FA 投入率）为68.69%，同比上升12.83%；配网故障处理191 次，较2022 年的202起下降4.50%；全市供电可靠率为99.9912%，同比提升0.004 百分点。

舟山公司采用“一次一密”的方式在主站与终端之间提供无线安全通信链路[12]，以保障基于无线通信 + 量子加密的配网自动化业务数据安全，提升海岛配网通信安全保障水平，彻底解决长期以来因无线通信链路不安全所带来的电网业务数据传输安全问题，有效支撑新型电力系统海岛示范建设的安全、稳定、可靠、高效运行。

4 结束语

本文提出一种基于“北斗-5G-量子”安全通信的海岛新一代配网自动化建设及应用新模式，采用北斗短报文技术、5G 硬切片技术和量子加密技术的形式突破传统电力通信安全壁垒，构建配网自动化“无线通信”安全体系，为配网自动化终端接入主站系统提供“无线”安全通道，实现配网故障智能研判、定位、隔离与非故障区域快速恢复供电，将故障抢修从h 级缩至min 级，全面支撑配网全景感知、精益化管理。经实践证明，该建设模式在功能性、安全性、稳定性等方面行之有效，降低了故障抢修成本，节约了时间、人力和物力，为新一代配网自动化建设、应用与推广提供了的经验借鉴。