基于物聯網的智能電網的通信與安全問題研究

甘　雷,董翠英,周劍利（唐山學院,河北　唐山　063000）

基于物聯網的智能電網的通信與安全問題研究

甘雷,董翠英,周劍利
（唐山學院,河北唐山063000）

針對電網現代化的發展要求，研究物聯網技術在智能電網中的應用架構。探討智能電網中不同通信方式以及網絡通信的安全問題，并對智能用電方式及其信息數據處理的方法進行了研究。

物聯網，智能電網，通信，網絡安全

1　引言

物聯網（InternetofThings，IOT）是互聯網的升級，物聯網中任何具有計算并有通信能力的物體[1]，都可以在不同層次無縫地集成到互聯網。預計到2020年，物聯網（IOT）連接設備將增長到500億，為消費者、制造商和公用事業提供商等提供了有價值的信息。

智能電網中能源生產、全新分配和使用、可持續模型將成為可能：

（1）遍布的通信和監控功能；

（2）多分布式、自治控制和管理功能。事實上現有電網的一個問題是大規模、單向和集中式系統，電力是根據預先建立的負荷分布從遙遠的發電廠通過樹狀的分配系統傳遞到本地用戶。然而，在過去十年中，一些技術革新以及環境和經濟問題已經出現，這使得傳統電力系統已經過時，不能很好地滿足可靠性、效率和可持續發展的要求。雖然人們對智能電網的通用模型有不同看法，但是智能電網的成功實施必不可少的主要功能如以下：

1）分布式能源大規模部署和高效利用，包括可再生能源和能源儲存系統；

2）通過整合實時分布式智能、自動保護、優化和控制功能增強電網的效率、靈活性和可持續性；

3）允許消費者與能源管理系統交互，提供需求響應和負荷整形功能；

4）通過先進的儀表和監測系統，啟用電網狀態和操作的實時、可擴展的態勢感知能力。

2　智能電網中的通信

智能電網通信系統將依靠兩個主要的子系統：通信基礎設施和一個中間件平臺。該通信基礎設施包括通信技術，網絡和協議的：

（1）支持連接裝置之間或網格子系統的通信；

（2）使能信息與電力系統命令的分發。對于這樣的通訊基礎設施的基本要求是可擴展性、可靠性、及時性和安全性。中間件平臺由一個軟件層，其位于所述應用程序和底層通信基礎設施之間，提供了構建高效的分布式功能和系統所需要的服務。

通信基礎設施。該通信基礎設施（或網絡）負責提供的連接服務仍是單獨電設備或整個網格子系統。在智能電網中，通信網絡的關鍵重點是：

（1）確保從廣泛分散的巨大數量數據源的可靠和實時；

（2）在電力系統中，支持由功率控制應用到分發命令和配置的各種通信服務（例如多播和群組通信）。該通信基礎設施的作為相互連接的網絡的一個集合，將有至少三個主層或結構域的層次結構構成：

1）局域網的訪問網格段和終端客戶；

2）用于分配段場區網絡；

3）公用事業骨干廣域網。

3　智能電網的安全問題

在智能電網中，分布式自主控制功能的設置以及適應開放的網絡體系結構，將給智能電網帶來新的安全漏洞并且它們將造成各種意外的安全攻擊[2]。研究表明，智能電網通信系統中最重要的漏洞大致可分類如下三種。

3.1設備漏洞

IED將被廣泛部署在智能電網，用于監測和遠程控制電力生產和分配過程。但是，惡意用戶或攻擊者可以危及這些設備，例如，操作敏感數據或破壞正常的電網運行。此外，許多智能電子設備將支持無線通信，以促進部署和簡化獲取信息。無線通信技術的一個直觀的缺點是，它們依靠固有未受保護的物理介質。這使得獲取私人信息（竊聽）更容易，干擾與噪聲信號（查謨攻擊）通信，或生成假消息（注入攻擊）。這些攻擊的解決方案包括消息數據的完整性和保密性，網絡接入認證，以及各種隨機傳輸方法等。

3.2網絡漏洞

采用開放的網絡架構、已有的網絡設備和公開可用的通信標準，是需要滿足靈活性，可擴展性和互操作性要求。然而，這將在其他電信網絡自適應開放式架構（例如，因特網）中導致各種安全問題，如路由信息惡意修改和各種類型的拒絕服務（DoS）攻擊。防止這些網絡攻擊，訪問控制和入侵檢測是必不可少的安全機制。同樣，認證和授權方案也是必要的支持安全遠程配置和地理上分散設備的控制。

3.3數據漏洞

數據處理是一個重要的安全問題，因為攻擊者可以修改數據或控制命令威脅電力電網的可靠性。然而，智能電網越來越容易受到攻擊，數據攻擊威脅客戶的隱私。例如，在中間人攻擊是常用方法，惡意獲取用戶信息，沒有實際影響目標。如果攻擊者能夠窺探從消費者家中傳送的計量數據，就可能推斷出消費者的習慣和活動。

4　結論

綜上所述，物聯網技術作為目前世界新興的技術，在智能電網方面的應用必然越來越成熟，本分考慮了將安全通信技術以及安全的物聯網技術進行了探討。隨著物聯網技術的不斷更新，將會形成完整的智能電力物聯網體系。

[1]王雷.智能電網調度技術支持系統的研究與應用[D].保定:華北電力大學,2012:5-7

[2]趙婷,高昆侖,鄭曉崑.智能電網物聯網技術架構及信息安全防護體系研究[J].中國電力,2012,45(05):87-90．