1.2.2　智能电网

美国电科院在2000年前后提出了智能电网（Smart Grid）的概念，旨在为未来的电网建立一个全面、开放的技术体系，以支持电网及其设备间的信息交换。作为电力系统与信息网络深度融合的产物，智能电网是一种典型的信息−物理−社会融合系统。如图1-3所示，它将先进的信息、通信和控制技术深度应用于电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，从而实现了信息流与电力流在电网内的一体化双向流动[58]。然而，随着智能电网不断提升的开放性，需求侧用户的用电数据信息不可避免地面临日益严峻的安全和隐私保护问题。对此，国内外涌现了大量的研究成果，试图从不同角度提出各种手段，致力于提高智能电网的安全性，保障电网中用户的隐私不被泄露。

图1-3　传统电网与智能电网

与传统电网相比，智能电网的特点是提供有关用户行为的实时信息，使消费者可以随时了解系统状态，进而使他们能够优化能源消耗并积极参与需求响应（Demand Response，DR）、实时定价（Real-Time Pricing，RTP）和分时定价（Time-of-Use Pricing，TUP）[59]。可以通过分析数据来引导用户行为，以提高资源利用率[60]、减少峰值需求[61]和促进可再生能源交换[62]。随着智能电网中数据的快速增长，过载的数据为数据分析和决策带来了挑战。Luo等[63]通过将服务计算技术引入智能电网，提出了一种面向居民用户的个性化电力零售计划推荐系统，以达到合理利用资源的目的。用户的实时用电信息在通信过程中可能会被攻击者窃取，导致用户的生活习惯等隐私信息发生泄露。目前，解决该问题的方案大致分为两类：匿名认证[64-66]和数据聚合[67-69]。其中，匿名认证，即控制中心针对用户的真实身份生成并分配一个假名，以在用户播报实时用电信息时通过假名的形式与控制中心进行交互，从而保证用户在通信过程中的隐私安全。数据聚合，即全部用户分别将实时用电信息发送到网关聚合成一个数据后，由网关将数据上传给控制中心，控制中心对收到的数据进行解密以获得用户用电信息。

现今社会对电力的可靠性要求越来越高，例如医院等一些重要场所，需要不间断地进行供电，并要在事故发生后可以迅速响应。目前，电网中主要通过智能电表设备进行相关数据的测量、收集、存储，并采用云计算技术对数据进行处理，云中心实时处理能力较弱，导致分析和存储变得更难，这也使得电网不能灵活快速地处理实时数据[65]。集成边缘计算[66-72]的智能电网可以解决电网因地域分布广泛所带来的实时通信难的问题，以及大量智能电表设备同时接入的较大负载问题。通过在智能电表和云之间引入边缘设备，将云服务扩展到网络边缘，与云计算相比，它可以提供临近的计算服务，从而提高了智能电网的智能化程度和故障响应的灵敏度。近年来，我国对边缘计算越来越重视。例如，国家电网有限公司于2019年提出的《泛在电力物联网建设大纲》中就明确表示未来边缘计算技术可以充分将信息通信计数和操作技术进行有效连接。2020年1月12日，国务院正式印发《“十四五”数字经济发展规划》，明确提出加快云网协同发展，加强边缘计算能力在特定场景中的应用。