摘要
美国的公用事业基础设施虽然日渐老化，但对关键任务至关重要，因此全面更换设备并不现实。取而代之的是，公用事业公司正通过使用串行转IP网关、私有LTE/5G网络以及集中管理平台，将已有数十年历史的基于串行的现场设备（如远程终端单元（RTU）、SCADA系统和保护继电器）接入现代IP和蜂窝网络，从而实现现代化升级。 这种方法既能延长资产生命周期、加强网络安全（包括符合NERC CIP标准），又能为可再生能源的整合奠定基础，且无需拆除现有的、仍在正常运行的设备。40多年来，Digi一直致力于为公用事业环境提供此类长生命周期、安全的连接解决方案。
在美国，公用事业基础设施构成了国家能源系统的骨干。电力从7,300多座发电厂出发，经由变电站、输电线路以及数百万英里的配电基础设施输送到各地。该系统的大部分设施已日渐老化，但对于日常生活和经济稳定而言，它仍然至关重要。与此同时，公用事业公司面临着日益严峻的挑战，包括需求增长、网络安全威胁、极端天气以及可再生能源的并网等。
这一现代化进程的关键是什么？该行业又是如何运用最新技术的？让我们一起来探讨吧！
快速回答
公用事业基础设施现代化意味着提升电网资产的互联性、可视性和安全性——通常是通过将使用寿命长、基于串行的现场设备安全地连接到现代IP和蜂窝网络，而非直接更换设备。鉴于社会对电力的依赖，公用事业以及医疗保健、交通运输和金融服务等其他关键基础设施领域必须对电网基础设施进行现代化改造，以降低风险、提高韧性并防止大规模停电。
在本文中，我们将探讨公用事业公司如何利用串行连接对传统基础设施进行现代化改造，为何串行到IP技术仍是现代化战略的基础，以及公用事业公司如何在不更换使用数十年之久的现场设备的情况下提高可靠性和安全性。
主要收获
- 公用事业现代化侧重于提升互联互通、监测和安全水平，而无需更换所有现场设备
- 许多电网设备仍然依赖串行通信，因此串行到IP的连接至关重要
- 安全的现代化改造需要网络分段、标准对齐（例如 NERC CIP）以及集中管理
- 常见的方法包括专用蜂窝网络、IoT 网关以及远程设备管理
- Digi 为公用事业环境提供可靠的串行连接和长生命周期管理
什么是公用事业基础设施现代化？
公用事业基础设施现代化是指在保留对长寿命设备现有投资的同时，对电网资产的通信、监测和安全防护方式进行升级的过程。实现现代化的公用事业企业能够更好地整合可再生能源、降低停电风险、应对中断事件，并提高运营效率。
为了实现这一目标，现代电网依赖于：
- 先进的通信设备
- IoT 以及前沿技术
- 用于监控和管理的软件平台
- 支持分布式操作的安全网络架构
公用事业如何实现现代化？
公用事业公司面临着延长基础设施使用寿命的压力，这些基础设施可能需要可靠运行30至40年甚至更长时间。鉴于更换现场设备所涉及的成本和运营风险，现代化改造工作往往侧重于基础设施的管理方式，而不仅仅是部署何种设备。
现代化通常包括：
- 在不影响运营的情况下升级通信系统
- 扩大对远程和无人值守现场的监控范围
- 提升网络安全态势
- 支持分布式发电等新型运营模式
什么是能源现代化？
现代能源公用事业系统包含多项举措。首先，它采用IoT 、智能电表和现代通信基础设施。现代能源公用事业还采用新的发电方式，如可再生能源。最后，现代能源公用事业设计了通过更新基础设施分配能源的新方法。
公用事业网络安全风险：公用事业为何成为攻击目标以及如何降低风险
公用事业基础设施现代化进程中，必须包括防范网络攻击。网络攻击会否导致电网瘫痪？电力和供水公用事业面临着最高的网络攻击风险，因为其中许多企业尚未建立完善的网络风险缓解措施。鉴于网络风险日益加剧，大型投资者所有制公用事业公司已加大了安全投入。这些投入金额从1亿美元到4亿美元不等，为保护公用事业基础设施做出了巨大的财务投入。
为什么现代化对网络安全至关重要
公用事业公司因运营关键基础设施，常成为网络攻击的目标。其中，电力和供水企业由于系统老化，且运营环境中的网络安全管控措施历来有限，面临的风险尤为突出。
大型公用事业公司如今在网络安全项目上投入了数亿美元。现代化在其中发挥着关键作用，它能够实现：
- 网络分段与受控数据流
- 采用安全的远程访问，而非临时现场连接
- 符合 NERC 关键基础设施保护（CIP）等标准
哪些现代化工作可保护基础设施免受网络攻击？
安全协议和IoT 为公用事业提供了多种现代安全选项。其中一些策略包括
- 专用蜂窝网络：许多公用事业公司投资建设专用蜂窝网络，以获得更快的数据传输速度、更大的灵活性、信号优先级控制，当然还有额外的安全保障
- 利用现有的IT网络技术：公用事业公司将已用于业务运营的IT技术和运营网络整合到其中
- 针对特定应用的数据流控制：Digi设备可通过编程方式创建“数据二极管”，以在无需数据流向设备时阻止数据流向该设备，或仅允许数据单向流动
- NERC关键基础设施保护标准：NERC CIP为整个北美大电网系统中的技术和程序性安全措施提供了统一的尽职调查标准
- 集中式监控与访问管理： 对远程站点进行集中监控和访问是业务关键环节
了解有关专用蜂窝网络的更多信息
如何在不更换旧设备的情况下实现电网现代化
从经济和运营角度来看，更换所有现场设备并不现实。因此，公用事业公司通过将旧设备与现代连接和管理技术相结合来实现现代化。
一个实用的6步现代化框架
- 盘点现有资产及通信需求
识别串行连接的设备、协议及现场限制条件。
- 从一开始就将安全性和分段作为优先事项
设计能够限制访问并控制数据流的架构。
- 利用现代连接设备连接旧式设备
无需更换设备，即可将串行设备连接到 IP、蜂窝网络或私有网络。
- 整合蜂窝网络以提升可视性和覆盖范围
加强变电站、重合闸、电容器组和电表的监控。
- 在控制至关重要的情况下，请使用私有蜂窝网络
支持优先级设置、性能优化和增强的安全性。
- 大规模集中化监控与管理
在不影响运营的情况下管理数千个终端。
归根结底：公用事业公司无需将所有设备全部更换才能实现现代化。将现有设备连接起来，往往是前进的最有效途径。
公用事业领域的串行连接：为何它依然重要
尽管电网通信技术取得了进步，但在公用事业环境中，串行连接依然是基础。许多关键任务设备设计于数十年前，至今仍能可靠运行。
公用事业运营中串行通信的常见应用场景
- 变电站和配电自动化中的远程终端单元（RTU）
- SCADA 终端和控制器
- 保护继电器和可编程逻辑控制器
- 旧式电表和监测设备
为什么串行设备依然存在
- 资产生命周期长
- 在恶劣环境下可靠性经得起考验
- 高重置成本和运营风险
串行转IP如何推动现代化进程
串行到IP连接使公用事业公司能够：
- 将旧设备连接到现代网络
- 启用安全的远程访问
- 集中监控与管理
- 在不影响业务的情况下加强网络安全
现代化方法：比较各种方案及其权衡
公用事业公司通常分阶段进行现代化改造，并在不同资产类型中综合采用多种方法：
- 更换现场设备——成本最高，耗时最长
- 通过串行转IP网关连接传统设备——快速、经济高效、对业务影响最小
- 公共蜂窝网络连接——覆盖范围广，部署迅速
- 私有LTE/5G网络——更强的控制力和优先级管理
- 集中式监控平台——提升可视性并优化生命周期管理
- 混合现代化（最常见）——具有灵活性的分阶段投资
将可再生能源和IoT 与现有基础设施进行整合
可再生能源并网需要更清晰的可视化、自动化和控制能力。公用事业公司必须将太阳能、风能、电动汽车充电及分布式能源接入现有电网基础设施，同时确保电网稳定性和合规性。
现代互联技术使以下成为可能：
- 功率流的实时监测
- 改进的SCADA和负荷管理
- 新能源的安全并网
5G对公用事业现代化有多重要？
5G 能够提供更高的带宽、更低的延迟以及流量优先级分配——这些对于未来的电网运营至关重要。尽管部署规模仍在扩大，但公用事业公司正越来越多地为蜂窝网络的长期演进制定规划。
借助即插即用式蜂窝调制解调器等技术，公用事业公司可以随着时间的推移逐步采用更新标准，而无需更换整个通信平台。
数字化在公用事业基础设施现代化中的作用
Digi 通过将传统串行设备安全地连接到现代 IP 和蜂窝网络，帮助公用事业公司实现基础设施现代化——在确保不影响运营的同时，支持集中管理、长生命周期的部署以及更强大的网络安全。
公用事业领域的数字化能力
- 面向传统现场设备的串行到IP连接
- 安全蜂窝网络与私有网络的集成
- 大规模集中监控与远程管理
- 专为数十年的部署而设计的坚固耐用的硬件
公用事业公司借助Digi实现现代化：
- 变电站和配电自动化设备
- 传统 SCADA 和 RTU 环境
- 偏远和无人值守的站点
- 混合型公共和私有蜂窝网络
公用事业公司为何选择Digi
公用事业公司在对关键基础设施进行现代化改造时，往往需要能够持续运行数十年而非仅数年之久的解决方案。Digi的设计旨在支持：
- 生命周期长的部署和高度可靠的运行
- 专为恶劣环境设计的坚固耐用的硬件
- 面向分布式和远程端点的可扩展连接
- 集中式管理，以支持长期安全运行
这就是Digi能为您提供的帮助。40多年来，Digi一直致力于为全球多家领先品牌设计和实施关键任务级连接解决方案。凭借我们在可扩展的基础设施管理连接解决方案方面的专业知识，以及通过多种蜂窝和有线网络集成关键任务级远程通信的能力，我们帮助公用事业公司成功实现发电、输电、配电以及智能计量基础设施的现代化。
公用事业公司的现代化并非通过一次性更换所有设备来实现——而是通过将使用寿命长、基于串行接口的基础设施安全地连接到现代网络、管理平台和安全框架上来实现的。
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公用事业基础设施现代化常见问题解答
什么是公用事业基础设施现代化？
公用事业基础设施现代化是指对电网通信、监控和安全系统进行升级的过程，通常是通过将旧有的现场设备连接到现代IP和蜂窝网络，而不是直接更换设备来实现的。
公用事业公司如何在不更换旧设备的情况下实现现代化？
公用事业企业通过部署串行转IP连接、蜂窝通信以及集中管理平台来实现现代化，这些技术既能延长现有资产的使用寿命，又能支持现代化运营。
为什么在公用事业环境中串行连接仍然很常见？
许多实用设备在设计时就考虑了较长的使用寿命，至今仍运行可靠。RS-232和RS-485等串行接口在SCADA系统和工业设备中得到广泛应用。
什么是串行转IP，它为何重要？
“串口转IP”技术使传统串口设备能够通过IP网络进行通信，从而实现远程访问、集中监控，并安全地集成到现代架构中。
公用事业公司是否面临网络攻击的风险？
是的。由于电网运营具有关键性，公用事业公司常常成为攻击目标。现代化改造通过实现网络分段、访问控制和集中监管，从而提升了安全性。
NERC CIP 对现代化进程有何影响？
NERC CIP 规范影响着公用事业公司如何设计安全控制措施、管理访问权限以及监控联网系统。现代化改造工作通常需要从一开始就符合这些要求。
私有蜂窝网络发挥着什么作用？
专用LTE和5G网络为公用事业公司提供了对关键基础设施连接的更强控制力、优先级管理及安全性。
现代化如何促进可再生能源并网？
现代互联技术能够实现更有效的监测、自动化和负荷管理，从而帮助公用事业公司安全地整合分布式和可再生能源资源。
下一步
编者注：这篇博客文章最初发表于2023年11月，并于2026年8月进行了更新。