电力通信网络中的量子保密通信示范应用与测评

基于量子密钥分发的量子保密通信技术是未来提升信息安全防护能力的有效解决方案之一,近年来相关技术研究、设备研制和示范应用发展迅速,但量子保密通信系统测评的标准规范尚未完全建立。在回顾量子保密通信技术及其应用进展的基础上,介绍电力量子保密通信示范网络建设和设备应用情况,从量子密钥分发、管理和应用等不同方面提出综合测评方案,通过实际网络环境验证量子保密通信技术在电力通信网络中应用的可行性和技术效果,并对未来量子保密通信应用发展进行展望。     

面向电力场景的量子保密通信纠缠退化理论模型

基于纠缠态作为信息载体的量子保密通信技术中,纠缠是其中的核心资源。如何保证通信中双光子态的纠缠度是量子保密通信的主要问题之一。研究了基于单模光纤的量子保密通信过程中的环境噪声,特别是电力架空光缆所处恶劣环境引入的噪声,可能导致量子纠缠退化的模型。分别从折射率的各向异性和吸收系数的各向异性讨论了环境噪声引起的量子纠缠横向退相干和纵向退相干效应。研究结果将对基于纠缠技术的量子保密通信在电力系统及其他恶劣电磁环境中的应用提供一定的参考。     

基于量子密钥分发的新型城镇电力业务安全交互架构

电力系统规模庞大、微电网众多、网络边界模糊且运行环境复杂多样,使得传统城镇电网的安全威胁日益尖锐。为适应新型城镇化的发展需求,弥补电力设备加密密钥在线更新及时性不足的问题,对电力量子保密通信实用化技术和核心业务特征进行研究,提出了新一代高安全等级保护的电力量子保密通信架构,用以提升电力信息加密传输的安全级别。基于实际城镇电网线路和试验环境开展所提方案的性能测试,结果表明所提方法满足电力业务的运营需求,可有效提升电网的安全防护能力。     

电力系统中量子信息学的应用现状及展望EI北大核心CSCD

量子信息学在信息获取、传输和处理等方面具有独特优势,在保障新型电力系统信息安全和纾解算力困境等方面潜力巨大。从量子通信和量子计算2个方面,总结了电力系统应用背景下的量子信息学研究现状,并对未来可能的研究方向进行了展望。首先,介绍了量子信息学的基本概念和原理。然后,针对量子通信,分析了典型量子通信技术在新型电力系统中的适用性,并从远距离信息传输、多主体通信、统一标准化和专用研发平台4个方面了梳理电力系统中量子通信的研究现状;针对量子计算,从线性代数运算、优化问题求解、机器学习和参数估计等方面阐述归纳了量子算法的基本原理及其在电力系统中的研究现状。最后,面向新型电力系统中量子信息学的应用前景进行了展望,并提出了电力系统中量子信息学的发展建议。     

智能化变电站内量子通信纠错编解码的量子逻辑线路

智能化变电站、换流站内复杂多变的电磁环境会使其中的量子通信系统产生量子比特差错问题。为了解决该问题,提出一种量子通信纠错编解码方法,并用量子逻辑给出相应的量子线路实现方式。通过引入8个量子比特的冗余,通过量子逻辑哈达玛(Hadamard)门和异或门及量子逻辑操作X、Z、?Z和ZX,实现了4种不同差错情况的量子比特纠错,从而保证全双工量子通信系统的正常工作。为了实现信息传输时兼顾高效性与安全性,提供一种新的技术体制和技术方案,对未来变电站、换流站的智能化发展提供了一种新的建设思路。     

基于量子密钥的电力业务最优数据保护模型

传统量子保密通信系统实时生成的量子密钥量有限,难以适应电力生产调度、营销和管理信息化等业务数据不同的安全等级和通信特性需求,无法对各类电力业务数据实现精准数据保护。文中深入分析了各电力业务的数据资产重要度和数据传输指标需求,提出自适应电力业务属性的量子密钥更新频率计算方法、密钥补充策略和最优分配策略,并优化量子虚拟专用网络(VPN)的量子密钥控制流程,解决了传统量子VPN对各业务采用无差别量子密钥更新频率的不足。实验结果展示了所阐述方法可实现各电力业务精准数据保护的量子密钥最优分配自动化及智能化。该方法可构建基于量子密钥的精准安全数据保护机制。     

基于后选择的连续变量量子密钥分发协议

连续变量量子密钥分发（CVQKD）是利用连续变化的物理量承载密钥的量子密钥分发协议,与电力系统普遍采用的离散变量量子密钥分发协议相比,其具有设备简单、探测效率高、兼容性好等优点,成为量子密钥分发的研究热点。然而,量子态在量子信道中的传输衰减严重限制CVQKD传输距离。提出了一种基于后选择方法的CVQKD协议,且不需要额外的单光子源。研究结果表明,该后选择方法中测量值越大的物理量被保留下的概率越高。该方法可以简化并降低连续量子密钥分发协议实现的成本,为探索出电力网络的量子保密通信方案提供研究思路。     

面向配电网的量子加密信息安全防护技术研究

为加强能源互联网新型电力系统建设中的信息安全防护水平,基于5G多接入边缘计算的配电网量子加密信息安全防护技术的研究与测试,将5G电力专网的通信技术和量子加密技术应用于配网终端环境,通过量子密钥与电力业务主站、终端与量子密钥、5G通信与量子加密设备三者之间的相互融合,使配电终端设备与配电主站之间实现安全通信且系统响应时间可控,为配电自动化业务使用“三遥”功能提供安全支撑。     

连续变量量子通信的研究与展望

基于量子力学原理的量子通信具有绝对安全特性,能够满足信息时代的要求,因此,受到了学术界、信息产业界以及各国政府的广泛关注。连续变量量子通信是针对离散变量量子通信中所面临的探测困难、密钥率低、缺乏简单可靠的单光子源等瓶颈而提出的一种新的量子保密通信方案。在介绍连续变量量子通信的基本原理基础上,分别介绍近年来基于压缩态、相干态以及纠缠态的连续变量量子密钥分配(CVQKD)的研究现状,讨论了目前的几类QKD协议中存在的问题以及面临的挑战。     

智能电网输电线路走廊通信系统

针对当前输电线路在线监测需求,提出一种高压输电走廊的通信方案,组建了光纤复合架空地线OPGW光网络、2G/3G无线蜂窝网络紧耦合的无线Mesh网络。实现了网络拓扑容错、全网时钟同步。同时,针对输电线路环境特征,提出了无线信道分配,Qo S路由,业务调度技术;该通信方式满足了输电走廊中对电力信息传输的实时性、可靠性要求。     

单相配电网多用户通信中的频谱优化

提高配电网信道利用率、改善网络服务质量是配电网多用户通信系统的重要目标。讨论了在单相电力线条件下实现下行广播信道多用户频谱优化的方案,以及电力线多用户频谱优化问题的数学模型。给出了解决信号功率谱限制条件下的多用户频谱优化快速算法。在典型电力线信道环境下,比较了单用户和多用户传输性能。仿真结果表明,利用频谱优化的多用户传输能明显提高通信传输速率,对提高配电网通信性能具有重要的实际意义。     

探讨高压架空送电线路采用“疏导”型思想的防雷保护

架空送电线路雷击是影响安全供电的严重问题,长期以来,采用“堵塞”型思想的防雷保护措施,为此,综合评价高压架空线路“堵塞”型思想的防雷保护措施。随着变电站开关性能的提高和电网结构的完善,线路采用“疏导”型思想的间隙防雷保护是可行的,为此,探讨间隙防雷保护的设想、预期目标和研制工作,最后提出将“堵塞”、“疏导”型两种思想的防雷保护措施结合起来应用,可以把送电线路的防雷保护工作做得更好。     

Improvement of distance protection of overhead transmission lines rated over 1000 V having self-supporting insulated wires under electromagnetic impact of railroad AC networks

The principle scheme and parameters of overhead transmission line distance protection capable of detecting a rupture of a self-supporting insulated wire over 1000 V hanging on railroad AC towers are presented. The protection is based upon phase-to-ground voltage measurement at a line end made in a resistor-capacitor zero-sequence compensation cubicle. A communication carried out over the overhead transmission line.     

喷射气体灭弧防雷间隙装置的研制

为解决35kV架空输电线路的雷击问题,借鉴并联间隙防雷保护原理的"疏导型"思想,研制了喷射气体灭弧防雷间隙装置。该装置能够在输电线路遭受雷击或绝缘子串工频闪络时,有效保护绝缘子串免受工频电弧的灼烧,同时在工频电弧击穿间隙后,能够迅速切断工频续流。借助高速摄像机及示波器观测电弧及间隙电压、电流的变化过程,实验结果表明在高速气体的冲击下,间隙电弧能够快速熄灭。计算显示,安装喷射气体灭弧防雷间隙装置以后,能够大幅度降低输电线路的雷击跳闸率。为进一步把该装置运用到110、220kV高压输电线路打下了基础。     

基于分布参数模型的混合线路故障测距和重合闸的研究

在混合线路特定参数特性的基础上,提出了一种基于分布参数模型的混合线路故障测距的新方法。首先利用有效的判据确定故障发生在架空线侧或电缆侧,然后利用故障区域的两端电气量和输电线路参数确定故障点。EMTP仿真结果和Mattab数据处理表明,该算法具有很好的准确性,不要求双端的数据同步,而且受过渡电阻、故障类型、故障位置的影响很小,根据精确测距结果,可确定保护跳闸后重合闸动作策略,具有较高的实用价值。