1.2.2　智能電網(wǎng)

美國電科院在2000年前后提出了智能電網(wǎng)（Smart Grid）的概念，旨在為未來的電網(wǎng)建立一個全面、開放的技術(shù)體系，以支持電網(wǎng)及其設備間的信息交換。作為電力系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡深度融合的產(chǎn)物，智能電網(wǎng)是一種典型的信息?物理?社會融合系統(tǒng)。如圖1-3所示，它將先進的信息、通信和控制技術(shù)深度應用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)了信息流與電力流在電網(wǎng)內(nèi)的一體化雙向流動[58]。然而，隨著智能電網(wǎng)不斷提升的開放性，需求側(cè)用戶的用電數(shù)據(jù)信息不可避免地面臨日益嚴峻的安全和隱私保護問題。對此，國內(nèi)外涌現(xiàn)了大量的研究成果，試圖從不同角度提出各種手段，致力于提高智能電網(wǎng)的安全性，保障電網(wǎng)中用戶的隱私不被泄露。

圖1-3　傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)的特點是提供有關(guān)用戶行為的實時信息，使消費者可以隨時了解系統(tǒng)狀態(tài)，進而使他們能夠優(yōu)化能源消耗并積極參與需求響應（Demand Response，DR）、實時定價（Real-Time Pricing，RTP）和分時定價（Time-of-Use Pricing，TUP）[59]?？梢酝ㄟ^分析數(shù)據(jù)來引導用戶行為，以提高資源利用率[60]、減少峰值需求[61]和促進可再生能源交換[62]。隨著智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)的快速增長，過載的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)分析和決策帶來了挑戰(zhàn)。Luo等[63]通過將服務計算技術(shù)引入智能電網(wǎng)，提出了一種面向居民用戶的個性化電力零售計劃推薦系統(tǒng)，以達到合理利用資源的目的。用戶的實時用電信息在通信過程中可能會被攻擊者竊取，導致用戶的生活習慣等隱私信息發(fā)生泄露。目前，解決該問題的方案大致分為兩類：匿名認證[64-66]和數(shù)據(jù)聚合[67-69]。其中，匿名認證，即控制中心針對用戶的真實身份生成并分配一個假名，以在用戶播報實時用電信息時通過假名的形式與控制中心進行交互，從而保證用戶在通信過程中的隱私安全。數(shù)據(jù)聚合，即全部用戶分別將實時用電信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)聚合成一個數(shù)據(jù)后，由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳給控制中心，控制中心對收到的數(shù)據(jù)進行解密以獲得用戶用電信息。

現(xiàn)今社會對電力的可靠性要求越來越高，例如醫(yī)院等一些重要場所，需要不間斷地進行供電，并要在事故發(fā)生后可以迅速響應。目前，電網(wǎng)中主要通過智能電表設備進行相關(guān)數(shù)據(jù)的測量、收集、存儲，并采用云計算技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，云中心實時處理能力較弱，導致分析和存儲變得更難，這也使得電網(wǎng)不能靈活快速地處理實時數(shù)據(jù)[65]。集成邊緣計算[66-72]的智能電網(wǎng)可以解決電網(wǎng)因地域分布廣泛所帶來的實時通信難的問題，以及大量智能電表設備同時接入的較大負載問題。通過在智能電表和云之間引入邊緣設備，將云服務擴展到網(wǎng)絡邊緣，與云計算相比，它可以提供臨近的計算服務，從而提高了智能電網(wǎng)的智能化程度和故障響應的靈敏度。近年來，我國對邊緣計算越來越重視。例如，國家電網(wǎng)有限公司于2019年提出的《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設大綱》中就明確表示未來邊緣計算技術(shù)可以充分將信息通信計數(shù)和操作技術(shù)進行有效連接。2020年1月12日，國務院正式印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，明確提出加快云網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，加強邊緣計算能力在特定場景中的應用。