智能電網(wǎng)信息安全及其對(duì)電力系統(tǒng)生存性的影響探索

陳浩 杜榮良 余修成

摘要：目前智能電網(wǎng)在不同的國(guó)家和地區(qū)都有應(yīng)用，促進(jìn)了智能電網(wǎng)的發(fā)展和進(jìn)步，本文主要分析智能電網(wǎng)信息安全問題，認(rèn)為電力系統(tǒng)生存性受智能電網(wǎng)信息安全的影響。深入分析智能電網(wǎng)信息安全與電力系統(tǒng)二者之間的關(guān)系，這能為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論支持，促進(jìn)智能電網(wǎng)更好造福民生。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);依賴性;連鎖故障

引言：

在智能電網(wǎng)中，可以通過信息化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)傳播電能的生產(chǎn)、運(yùn)輸、計(jì)劃分配、實(shí)際使用情況的信息，實(shí)際上這些具體信息相互之間有著密切的聯(lián)系。在新型電力系統(tǒng)中，電力傳輸更為高效，能夠在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)良好互動(dòng)。信息技術(shù)能高度滲透電力系統(tǒng)，但這也意味著信息的安全問題會(huì)影響到電網(wǎng)的安全。

一、 智能電網(wǎng)信息安全問題

（一）信息傳輸過程存在安全隱患

在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，信息化一直在其中發(fā)揮著不可忽視的作用。從目前的情況來看，對(duì)信息化的研究更重視開發(fā)新功能，在一定程度上忽視了智能電網(wǎng)信息的安全性問題。智能電網(wǎng)的信息涉及到受電和售電這兩方面，能實(shí)現(xiàn)有效互動(dòng)。另外信息化還在輸電、配電和用電的各個(gè)環(huán)節(jié)都有體現(xiàn)。智能電網(wǎng)的信息化安全問題體現(xiàn)在信息傳輸?shù)倪^程中。通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，是一個(gè)雙向傳播信息的過程，能實(shí)時(shí)、高速傳播，有較強(qiáng)的集成化性能。數(shù)據(jù)經(jīng)過高速通信網(wǎng)絡(luò)這一通道被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，這些信息主要來源于智能表計(jì)。電力企業(yè)會(huì)通過智能電網(wǎng)，把近期有關(guān)電力的信息對(duì)外發(fā)布。相比于傳統(tǒng)的電網(wǎng)，智能電網(wǎng)需要用到更多數(shù)量的設(shè)備，從而更好實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備的管理和把控，而且智能電網(wǎng)的分布也比較廣泛。所展開的監(jiān)控操作要覆蓋廣泛，其中會(huì)受到廣大用戶歡迎的是共享的因特網(wǎng)和無線通信網(wǎng)。假如在智能網(wǎng)絡(luò)中大量接入了公共網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)給智能電網(wǎng)帶來安全隱患，使不法分子有機(jī)可乘，出現(xiàn)違法犯罪的不良情況。就無線電網(wǎng)而言，其中也存在著一定安全隱患，這極有可能威脅到電力用戶和電力企業(yè)本身的利益。

（二）監(jiān)測(cè)活動(dòng)中存在的安全隱患

在采集信息的環(huán)節(jié)中，應(yīng)對(duì)其中可能發(fā)生的安全問題引起重視。在監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，會(huì)用到各種較為高級(jí)的傳感器、測(cè)量表，監(jiān)測(cè)的對(duì)象是電力系統(tǒng)和電力用戶。實(shí)現(xiàn)高度的信息化才能更好保證電力系統(tǒng)的安全，也為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。比如在采集數(shù)據(jù)的工作中，使用大量的智能電表，能較為科學(xué)的評(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康情況，也能評(píng)估系統(tǒng)的完整性。在此條件下才能察覺其中存在的安全隱患，并有效規(guī)避。電力企業(yè)在經(jīng)營(yíng)的過程中，需要在社會(huì)內(nèi)發(fā)布實(shí)時(shí)的電價(jià)和用電的優(yōu)惠政策。除此之外，還需要實(shí)現(xiàn)與用戶的積極溝通，幫助用戶制定更為經(jīng)濟(jì)的用電策略。在未來的發(fā)展中，智能電網(wǎng)會(huì)逐漸取消電磁表計(jì)和相應(yīng)的跟讀設(shè)置。能夠取而代之的是智能固態(tài)表計(jì)，能為用戶和企業(yè)提供雙向的通信。由于受到成本的限制作用，所使用的智能表記一般不會(huì)使用技術(shù)水平高的加密手段，此時(shí)智能表計(jì)被破解被控制的可能性就更大。假如這些設(shè)備被控制，攻擊者就能向電網(wǎng)提供虛假信息，進(jìn)而干擾電網(wǎng)供給。相應(yīng)的也能夠向用戶提供與真實(shí)水平有出入的電價(jià)信息，對(duì)用戶側(cè)的用電方式形成干擾。極為惡劣的情況是大量的智能表計(jì)失去與電網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)系，進(jìn)而出現(xiàn)更大的事故。

二、電力系統(tǒng)生存性受智能電網(wǎng)信息安全的影響

（一）電力網(wǎng)對(duì)信息網(wǎng)有較強(qiáng)的依賴性

電力網(wǎng)和信息網(wǎng)之間有著比較強(qiáng)的依賴關(guān)系，在信息網(wǎng)絡(luò)的支持作用下，電力網(wǎng)絡(luò)才能調(diào)整電源節(jié)點(diǎn)的出力，才能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的投切。當(dāng)信息網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，就意味著電力電源的運(yùn)行也會(huì)受到影響。信息網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行需要有電力系統(tǒng)的支持，值得慶幸的是信息系統(tǒng)會(huì)配備不間斷的電源系統(tǒng)，因此電力系統(tǒng)短時(shí)停電對(duì)信息系統(tǒng)所帶來的影響并不明顯。對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的傳播特性加以分析，在信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的情況下，出現(xiàn)大范圍停電的情況可能性更大[1]。相比于電量波動(dòng)所產(chǎn)生的成本，信息波動(dòng)的成本就比較低。在此條件下，信息網(wǎng)絡(luò)就具備比電力網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)的互聯(lián)互通性。信息流可以實(shí)現(xiàn)在較大范圍內(nèi)進(jìn)行交互，而且交互的頻率也很高。因此當(dāng)信息網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，所影響的范圍也更大。智能電網(wǎng)的安全性受到其本身結(jié)構(gòu)的影響，其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)來源于電力系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中應(yīng)該特別引起重視的是信息網(wǎng)的安全問題。需制定有針對(duì)性的信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系，積極借鑒國(guó)外先進(jìn)的研究成果，加強(qiáng)技術(shù)研究，包括面向無線網(wǎng)絡(luò)中的安全傳輸協(xié)議和有限網(wǎng)絡(luò)中的防火墻技術(shù)。

（二）信息系統(tǒng)的安全漏洞直接威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行

信息網(wǎng)絡(luò)的分布比較廣泛，相互配套的電力網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)提供電源。在電力網(wǎng)絡(luò)中，基本上實(shí)現(xiàn)所有的功能都需要依賴于信息網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)。由此可見，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)相互之間有著比較強(qiáng)的耦合性，這也加大了發(fā)生大停電事故的可能性。不法分子有可能會(huì)攻擊信息網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的電廠停機(jī)，也有可能出現(xiàn)輸電線過載的不良情況。此時(shí)就有可能出現(xiàn)信息節(jié)點(diǎn)不能有效對(duì)應(yīng)電力節(jié)點(diǎn)的不良情況。也就是說在智能電網(wǎng)的空間中，信息網(wǎng)絡(luò)中的故障問題有可能會(huì)轉(zhuǎn)化為電力網(wǎng)絡(luò)中的故障問題。目前信息網(wǎng)絡(luò)中已知的安全漏洞有很多，這就意味著可以從很多入口發(fā)起攻擊，而且攻擊活動(dòng)又不會(huì)受到時(shí)間、地域和天氣的影響，使用的攻擊手段又有較強(qiáng)的隱蔽性，也就會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成更大的危害性。在此背景下，未來對(duì)電力系統(tǒng)的攻擊很有可能從物理攻擊轉(zhuǎn)化為響應(yīng)信息系統(tǒng)的攻擊。對(duì)此需積極完善相應(yīng)的法律法規(guī)，政府在完成這項(xiàng)工作時(shí)，需要考慮到參與各方在智能電網(wǎng)中所扮演的角色，從而制定出可行有效的管理政策，并具體劃分各方所應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任和擁有的權(quán)利。

（三）系統(tǒng)中的故障具有傳播性

信息網(wǎng)絡(luò)中存在的故障具有一定傳播性，這在店里系統(tǒng)連鎖故障的研究中相應(yīng)的體現(xiàn)。實(shí)際所展開的研究主要集中在電力系統(tǒng)的內(nèi)部傳播中。電力網(wǎng)和信息網(wǎng)相互依存，也就出現(xiàn)了更多故障傳播的形式。這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是相互依存的關(guān)系，當(dāng)其中有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)也很有可能失效。失效的過程會(huì)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中交替出現(xiàn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中有更多的節(jié)點(diǎn)失效。網(wǎng)絡(luò)便會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)大面積出現(xiàn)故障問題，情況嚴(yán)重會(huì)使全網(wǎng)崩潰。需要引起重視的是未來的智能電網(wǎng)恰恰為故障的傳播提供了一個(gè)好的平臺(tái)[2]。與單一的網(wǎng)絡(luò)相比，相互依存的網(wǎng)絡(luò)特征更為復(fù)雜。在單一的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)度分布均勻，對(duì)故障的抵抗能力也就越強(qiáng)，而在相互依存的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)度分布越均勻，抵抗隨機(jī)故障的能力也就越脆弱。比如在某系統(tǒng)中復(fù)合網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)采用的是隨機(jī)圖模型，對(duì)于智能電網(wǎng)這一具體的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)而言，無標(biāo)度網(wǎng)在其中占有更大的比例，電力網(wǎng)則具有小世界網(wǎng)的特征，在信息網(wǎng)出現(xiàn)連鎖故障的情況下，則更有可能導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。對(duì)此應(yīng)加強(qiáng)研究信息安全技術(shù)，從具體的環(huán)節(jié)入手，加強(qiáng)保障措施，包括信息的采集、傳輸、處理和交互。

總結(jié)：

綜上所述，智能電網(wǎng)信息安全問題有兩方面表現(xiàn)：信息傳輸過程存在安全隱患;監(jiān)測(cè)活動(dòng)中存在的安全隱患。電力系統(tǒng)生存性受智能電網(wǎng)信息安全的影響是因?yàn)殡娏W(wǎng)對(duì)信息網(wǎng)有較強(qiáng)的依賴性，信息系統(tǒng)的安全漏洞直接威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，另外在智能電網(wǎng)中，信息系統(tǒng)和電力系統(tǒng)中的故障具有傳播性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳金宇，陳海倩，張麗娟.基于可信計(jì)算的主動(dòng)配電網(wǎng)信息安全防護(hù)研究[J].廣東電力，2020，33（03）：79-87.

[2]張佳發(fā).信息安全技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2020，37（02）：153-154.