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为什么安全和的准确时间是21世纪能源的关键

来源: | 发布日期:2022-02-28
1. 为什么稳健和准确的时间和频率对能源部门如此重要?

如果我们以电网为例,这里的系统具有高精度的时间和频率是非常非常重要的。这些系统不断测量电网上多个点的电流流量和频率,以便电网运营商可以减轻可能的压力或中断。但是,即使是来自时间源的小错误,或者时间源和时间戳点之间的传播延迟,也会导致误差错误。这些错误可能在整个系统中产生连锁效应,并可能导致严重问题。

为什么安全和的精准时间是21世纪能源的关键

2. 如果时间和频率不准确和不可靠,能源部门会面临哪些风险?

今天,我们更多地利用风能和太阳能等可再生能源。这些具有低惯性和更多不可预测性。我们依靠SCADA系统来有效地使用这些资源。但这需要能够结合跨大地理区域的不同能源和各种实时测量以优化效率。为此,我们需要非常准确、稳健和可追溯的时间和频率。

当我们转向更加分散的能源生产系统(如智能电网)时,这一点尤其重要,消费者自己可以为电网提供能源。就比如我国现在实行的光伏政策,农村现在可以讲家家户户太阳能电池多余的点卖给国家电网。但要让这样一个SMART网格工作,我们需要一个非常高精度的时间源。具有潜在的消费者以直流电 (DC) 的形式拥有这种。DC没有频率。要将这种输入电网,必须将直流电转换为正确的交流电 (AC)。这需要能够生成正确的频率,并且只有在您拥有准确可靠的时间源时才能做到这一点。

因此,为了让我们从更加分散的能源生产模式中受益,我们需要确保更容易获得、高精度的时间源,这些时间源可以同步和协调不仅来自能源供应商而且来自消费者本身的能源。数以万计的消费者能够为电网做出贡献,特别是在某些时候减少峰值负载,这是智能电网的巨大优势。但它只有在需要的每个人都可以访问稳健、准确和可追溯的时间时才有效。 

如果没有正确的时间精度,我们就有可能失去智能电网的许多潜在好处。我们还冒着对电力系统造成重大干扰的风险。整个能源系统已经变得更加电气化(例如汽车、供暖和渡轮),大多数企业没有自己的备用电源。对电力系统的干扰会产生巨大的财务与社会影响。

3. 哪些时间和频率来源适合能源部门?

整个行业使用两个主要来源:准确时间协议 (PTP) 服务和基于全球导航卫星系统 (GNSS) 的服务。 
GNSS 自 1970 年代后期就已经出现,是当时的辉煌技术:便宜、易于集成并且能够覆盖广泛的地理范围。它使用具有高精度原子钟的卫星星座,使地球上的 GNSS 接收器能够以高精度确定位置和时间。然而,近年来,GNSS 变得越来越脆弱,因为干扰或欺骗 GNSS 用于传输时间数据的无线电信号变得更容易、更便宜。该技术现已广泛使用,可让恶意行为者阻止 GNSS 数据通过(干扰)或欺骗 GNSS 接收器相信虚假数据(欺骗)。 
今天,我们需要比 GNSS 更强大的东西。PTP 在这里提供了一个很好的解决方案。PTP 服务使用原子钟和光纤连接以高度准确、稳健和安全的方式传输时间。当我们着眼于升级能源领域的旧旧设备时,有理由更新技术以减轻当前的许多漏洞,并确保连接到现代、强大和准确的时间源,如 PTP。 
英国的一份报告指出,英国的平均变电站有8个 GNSS 接收器,目前还不清楚每个接收器预计能持续多久以及何时应该更换它们。同一份报告指出,可追溯且稳健的时间中断不仅会威胁人们的生命和健康,还会使英国经济每天损失多达10亿英镑。因此,对稳健性的激励是巨大的,英国政府已决定投资3600万英镑建立一个陆基系统,用于通过光纤网络生产和分配安全时间。

4. 能源领域存在哪些网络安全风险?

大的风险之一是能源部门仍在使用的设备。要了解原因,我们需要快速了解能源行业在过去 40 年中的转变。早在 1970 年代,您就不得不去变电站进行人工读数。这种情况在 1980 年代发生了变化,当时您可以通过专用电话线读取数据,而在 1990 年代,随着越来越多的数字化系统连接到本地网络,这种情况又发生了变化。从 1990 年代后期开始,这些系统连接到互联网,随后在 2000 年代初期改进了工业信息和控制系统。然而,这些系统中的许多仍然运行在未考虑网络安全设计的旧技术上。这意味着他们没有内置硬件来防止非法命令或使用。  
我还要补充上面讨论的 GNSS 的安全漏洞,以及 GNSS 备份系统本身(例如内部时钟)通常基于越来越容易受到攻击的过时技术。

5. 能源部门部署更强大、更准确的时间和频率来源有哪些障碍?

主要障碍之一是知识门槛。能源部门的许多部门根本不知道他们对准确时间和频率的依赖程度。例如:由于服务器和卡车之间的时间戳通信不同步,加油卡车无法在加油站卸货;或者以变电站中的 8 个不同 GNSS 接收器为例,其中不清楚每个 接收器的用途以及每个接收器的预期工作时间。  
为了让能源行业向前发展,我们需要修复旧漏洞并重新获得对所有系统的完全控制权。这里的一个关键组成部分,也是支持采用智能电网和向更多可再生能源过渡的一个组成部分,是使用准确、稳健和可追溯的时间。

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