郭 松（國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）
0 引 言
隨著5G 通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)在能源管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理能力，能夠更精準(zhǔn)地監(jiān)測和控制能源消耗，實(shí)現(xiàn)對電力負(fù)荷的精細(xì)化管理，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。
1 5G 通信網(wǎng)絡(luò)對精準(zhǔn)負(fù)荷控制的影響
首先，5G 通信網(wǎng)絡(luò)具有高速和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸能力，大大提升了精準(zhǔn)負(fù)荷控制的效果。通過5G網(wǎng)絡(luò)，能夠更快地將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行�，從而可以更及時(shí)地監(jiān)測與調(diào)整負(fù)荷。這種高速傳輸?shù)哪芰κ沟秘?fù)荷控制系統(tǒng)能夠更精確地響應(yīng)實(shí)時(shí)需求，提高負(fù)荷控制的效率，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的分鐘級與秒級響應(yīng)。其次，5G 技術(shù)支持大規(guī)模設(shè)備連接和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，這對于實(shí)時(shí)監(jiān)測和響應(yīng)非常重要。通過大規(guī)模設(shè)備連接，負(fù)荷控制系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)測和管理更多的設(shè)備，從而更全面地掌握系統(tǒng)狀態(tài)。而網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)則可以將網(wǎng)絡(luò)資源劃分為多個(gè)獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片可以專門為特定的負(fù)荷控制任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加靈活的負(fù)荷控制。最后，在5G通信網(wǎng)絡(luò)中，邊緣計(jì)算和云計(jì)算結(jié)合使用，進(jìn)一步提供了智能化的負(fù)荷控制。邊緣計(jì)算將計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)推向網(wǎng)絡(luò)邊緣，能夠更快地處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并減少對中心服務(wù)器的依賴。而云計(jì)算則提供了強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，可以支持更復(fù)雜的負(fù)荷控制算法和模型。邊緣計(jì)算和云計(jì)算的結(jié)合使負(fù)荷控制系統(tǒng)更加智能化，能夠更好地適應(yīng)多變的負(fù)荷需求[1]。
2 精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)
2.1 負(fù)荷控制系統(tǒng)
負(fù)荷控制系統(tǒng)是通過監(jiān)測和響應(yīng)供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的變化來提供能源平衡的系統(tǒng)。其基本原理包括以下方面：一是負(fù)荷檢測，通過傳感器和智能測量設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測供電網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷變化，包括負(fù)荷數(shù)量、大小和分布等信息；二是數(shù)據(jù)傳輸，將負(fù)荷檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給負(fù)荷控制中心，通常采用通信技術(shù)，如無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)或者物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等；三是數(shù)據(jù)分析，在負(fù)荷控制中心，實(shí)時(shí)分析和處理收集的負(fù)荷數(shù)據(jù)，以了解負(fù)荷需求的變化趨勢和預(yù)測；四是負(fù)荷調(diào)度，根據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，負(fù)荷控制中心采取相應(yīng)的措施來實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷平衡，如增加或減少發(fā)電容量、調(diào)整電網(wǎng)配置等；五是反饋機(jī)制，監(jiān)測和評估負(fù)荷調(diào)度的效果，并根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[2]。
2.2 利用5G 通信網(wǎng)絡(luò)提高負(fù)荷控制的準(zhǔn)確性和效率
首先，5G 通信網(wǎng)絡(luò)具有超高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷數(shù)據(jù)的快速采集、傳輸和處理，提高了實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析的準(zhǔn)確性與效率。其次，5G 通信網(wǎng)絡(luò)的低延遲特性使得負(fù)荷控制中心能夠更及時(shí)地響應(yīng)負(fù)荷需求變化，提高了負(fù)荷調(diào)度的靈活性和精確度。再次，5G 通信網(wǎng)絡(luò)支持大規(guī)模連接設(shè)備，可以同時(shí)連接多個(gè)負(fù)荷檢測設(shè)備，提供更全面和精細(xì)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了負(fù)荷數(shù)據(jù)分析和預(yù)測的能力。最后，5G通信網(wǎng)絡(luò)具備更高的安全性和穩(wěn)定性，能夠有效防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露等風(fēng)險(xiǎn)，保障負(fù)荷控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3 基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集和分析功能
隨著5G 通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷信息，通過高速傳輸，將這些數(shù)據(jù)傳送至分析平臺(tái)。在分析平臺(tái)的支持下，系統(tǒng)可以利用先進(jìn)的算法和模型全面準(zhǔn)確地分析和預(yù)測電網(wǎng)負(fù)荷狀況。通過數(shù)據(jù)采集和分析功能，系統(tǒng)能夠全面了解電網(wǎng)的負(fù)荷情況。無論是各時(shí)間段的負(fù)荷量、負(fù)荷變化趨勢還是負(fù)荷在不同節(jié)點(diǎn)之間的分布情況，都能一目了然為電網(wǎng)運(yùn)營管理者提供了重要的參考依據(jù)，使他們能夠更好地掌握電力供需的動(dòng)態(tài)變化。通過對負(fù)荷數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，系統(tǒng)有能力提前發(fā)現(xiàn)潛在的電網(wǎng)負(fù)荷問題，并做出相應(yīng)的預(yù)警和應(yīng)對措施。例如，在負(fù)荷波動(dòng)較大的高峰期，系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)荷數(shù)據(jù)，及時(shí)識別出可能導(dǎo)致電網(wǎng)超負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)，并通過智能算法進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度，以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在自然災(zāi)害等突發(fā)情況下，系統(tǒng)能夠及時(shí)捕捉負(fù)荷的異常變化，并采取有效措施，預(yù)防潛在的電力事故發(fā)生[3]。
3.2 設(shè)計(jì)相應(yīng)的負(fù)荷控制策略和算法
在制定負(fù)荷控制方案時(shí)，需要根據(jù)負(fù)荷分析和預(yù)測的結(jié)果合理地調(diào)整與優(yōu)化方案。這樣可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求來調(diào)整負(fù)荷分配，充分利用能源資源，以達(dá)到最佳的負(fù)荷控制效果。通過制定負(fù)荷響應(yīng)策略，可以在電力供需不平衡時(shí)，通過減少或增加負(fù)荷來調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以維持電網(wǎng)的穩(wěn)定。負(fù)荷響應(yīng)策略通常包括2 個(gè)方面的措施：一是通過價(jià)格信號激勵(lì)用戶自愿減少負(fù)荷，在電力供應(yīng)緊張時(shí)降低負(fù)荷峰值需求；二是通過協(xié)商和協(xié)調(diào)，將部分負(fù)荷從高壓側(cè)轉(zhuǎn)移到低壓側(cè)，以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡，減輕電力系統(tǒng)的壓力。為了確保負(fù)荷控制的效果和安全性，還需結(jié)合實(shí)際情況制定相應(yīng)的策略和算法。策略的制定需要考慮電力系統(tǒng)的特點(diǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素以及用戶需求等多方面因素。在算法的設(shè)計(jì)上，可以運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等，對負(fù)荷控制過程進(jìn)行優(yōu)化和精確預(yù)測。通過對歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，不僅可以預(yù)測負(fù)荷變化趨勢，制定相應(yīng)的負(fù)荷控制策略，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)荷分配情況，以便及時(shí)調(diào)整和修改控制策略，從而保證負(fù)荷控制的有效性和安全性。
3.3 基于邊緣計(jì)算和云平臺(tái)的跨區(qū)域調(diào)度與協(xié)同控制設(shè)計(jì)要素
在跨區(qū)域調(diào)度與協(xié)同控制中，涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸與交換，需要建立有效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信連接，確�？鐓^(qū)域間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，從而更快地響應(yīng)和處理實(shí)時(shí)負(fù)荷信息，而云平臺(tái)則提供了高效的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，支持跨區(qū)域的負(fù)荷調(diào)度和協(xié)同控制。這一設(shè)計(jì)方案的核心目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的高效、智能跨區(qū)域協(xié)同，提升整體電網(wǎng)的調(diào)度水平。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度主要集中在中央控制中心，這造成了長距離傳輸延遲和信息處理效率低下的問題。通過部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可以將計(jì)算和處理功能放置在接近終端用戶的位置，實(shí)現(xiàn)更快速、實(shí)時(shí)的負(fù)荷信息處理能力。這不僅能夠降低延遲，提高響應(yīng)速度，還能減輕云平臺(tái)的壓力，優(yōu)化整體系統(tǒng)性能[4]。
云平臺(tái)作為提供強(qiáng)大計(jì)算和存儲(chǔ)能力的關(guān)鍵組成部分，可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的負(fù)荷調(diào)度和協(xié)同控制。通過將各地的負(fù)荷信息集中到云平臺(tái)中進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)的全局調(diào)度和控制。云平臺(tái)的高效性和靈活性使得電力供應(yīng)商可以根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整資源分配和調(diào)度策略。這種跨區(qū)域的協(xié)同控制能力，能夠更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化和需求，提高整體調(diào)度水平，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。此外，跨區(qū)域調(diào)度和協(xié)同控制設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)通信安全與數(shù)據(jù)隱私保護(hù)。
邊緣計(jì)算和云平臺(tái)涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)，在保證與云平臺(tái)之間安全通信的同時(shí)，需要采取措施確保用戶數(shù)據(jù)的隱私不被泄露和濫用。在設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮數(shù)據(jù)加密、權(quán)限管理以及訪問控制等安全機(jī)制，以保障系統(tǒng)的可靠性和用戶的隱私權(quán)�；谶吘売�(jì)算和云平臺(tái)的跨區(qū)域調(diào)度與協(xié)同控制還需要具備高度可擴(kuò)展性及自適應(yīng)性。電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化和需求變化是常態(tài)，因此設(shè)計(jì)方案必須具備快速響應(yīng)和適應(yīng)變化的能力。通過采用靈活可擴(kuò)展的架構(gòu)和算法，可以快速處理和實(shí)時(shí)調(diào)整負(fù)荷信息，保證系統(tǒng)在不斷變化的環(huán)境中依然能保持高效、智能的運(yùn)行[5]。
3.4 安全性與穩(wěn)定性保障
確保系統(tǒng)不會(huì)受到惡意攻擊和非法訪問的威脅�？梢酝ㄟ^設(shè)置強(qiáng)大的防火墻、入侵檢測系統(tǒng)以及身份驗(yàn)證等機(jī)制來有效地保護(hù)系統(tǒng)免受黑客和非授權(quán)用戶的入侵。備份和容錯(cuò)處理可以通過采用冗余系統(tǒng)與數(shù)據(jù)備份等措施來實(shí)現(xiàn)；將重要數(shù)據(jù)進(jìn)行定期備份，可以防止數(shù)據(jù)損失和丟失。此外，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。通過使用高效的監(jiān)測工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常情況并作出相應(yīng)的響應(yīng)。定期對系統(tǒng)進(jìn)行漏洞掃描和安全評估，及時(shí)修補(bǔ)系統(tǒng)中存在的安全漏洞，確保系統(tǒng)的安全性。在建設(shè)負(fù)荷控制系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)充分考慮到數(shù)據(jù)的保密性和完整性。
4 內(nèi)外網(wǎng)隔離技術(shù)
內(nèi)外網(wǎng)隔離技術(shù)的主要作用如下。一是限制攻擊范圍，內(nèi)外網(wǎng)隔離可以減少黑客或惡意軟件進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)，從而降低攻擊的范圍和影響。二是阻斷內(nèi)部威脅傳播，內(nèi)外網(wǎng)隔離可以限制內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中惡意軟件的傳播，防止內(nèi)部用戶的行為對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成威脅。三是增強(qiáng)安全性能，內(nèi)外網(wǎng)隔離可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性能，包括檢測和阻斷網(wǎng)絡(luò)攻擊、實(shí)施訪問控制和身份驗(yàn)證、監(jiān)控和記錄網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)等[6]。四是網(wǎng)絡(luò)分段，將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)邏輯區(qū)域，并通過防火墻和訪問控制列表等技術(shù)限制不同區(qū)域之間的通信。五是安全網(wǎng)關(guān)，使用安全網(wǎng)關(guān)設(shè)備對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信進(jìn)行過濾與檢查，以識別并阻止可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊。六是訪問控制，通過訪問控制策略、身份認(rèn)證以及授權(quán)機(jī)制等技術(shù)手段，限制和管理內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)之間的訪問權(quán)限。七是入侵檢測和防御系統(tǒng)，通過部署入侵檢測和防御系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊。實(shí)施內(nèi)外網(wǎng)隔離時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇和部署適合的技術(shù)和策略，并進(jìn)行定期的安全評估和漏洞掃描，以保證內(nèi)外網(wǎng)隔離的有效性和持續(xù)性。
5 5G 網(wǎng)絡(luò)安全要求
5.1 數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證
數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證是確保個(gè)人隱私和信息安全的重要手段。通過加密敏感數(shù)據(jù)，可以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和泄露。身份驗(yàn)證則能夠確認(rèn)用戶的身份和權(quán)限，確保只有合法的用戶才能訪問敏感數(shù)據(jù)或系統(tǒng)資源。
5.2 安全漏洞的預(yù)防和修復(fù)
安全漏洞的存在可能導(dǎo)致惡意攻擊者入侵系統(tǒng)、竊取敏感數(shù)據(jù)或破壞系統(tǒng)。預(yù)防和修復(fù)安全漏洞是確保網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全的重要措施。這包括定期安全評估系統(tǒng)，及時(shí)更新補(bǔ)丁和升級軟件以修復(fù)已知漏洞，加強(qiáng)系統(tǒng)的訪問控制和權(quán)限管理，并建立安全審計(jì)和監(jiān)測機(jī)制等[7]。
6 結(jié) 論
5G 通信網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)在提升網(wǎng)絡(luò)效率和質(zhì)量、保障網(wǎng)絡(luò)安全和穩(wěn)定性方面具有重要的意義。它將為5G 技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新。加強(qiáng)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，是確保5G 通信網(wǎng)絡(luò)順利運(yùn)行和持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
