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

文/劉建輝，湖南電力工程咨詢有限公司

1 引言

智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)受到了全球的關(guān)注，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為全球電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著信息技術(shù)在電網(wǎng)中的滲透，電網(wǎng)存在的信息安全問題也隨之而來。對(duì)此，從智能電網(wǎng)的特點(diǎn)分析入手，講述了智能電網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，了解智能電網(wǎng)面臨的信息安全及其對(duì)電力系統(tǒng)生存性的影響。

2 智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)特征

2.1 信息網(wǎng)絡(luò)存在安全問題：從現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平來看，現(xiàn)在的信息網(wǎng)絡(luò)存在很多的安全問題。例如：盡管當(dāng)下信息技術(shù)發(fā)展迅速，但信息網(wǎng)絡(luò)中仍然存在很多的已知的安全漏洞尚未得到有效的解決，并可能還會(huì)引起出現(xiàn)更多的漏洞。

2.2 電網(wǎng)的正常運(yùn)行依賴于信息網(wǎng)：從電網(wǎng)正常運(yùn)行過程中相互依賴關(guān)系來看，電網(wǎng)的正常運(yùn)行嚴(yán)重的一來信息網(wǎng)。由于電力網(wǎng)中電源節(jié)點(diǎn)出力的調(diào)整及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的投切操作都必須依賴信息網(wǎng)絡(luò)才可以完成。如果信息網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)停滯、崩潰或錯(cuò)誤，電力網(wǎng)絡(luò)將無法正常運(yùn)行。其次，雖然網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行依賴于信息網(wǎng)絡(luò)電源支持，但因?yàn)橹匾男畔⒕W(wǎng)絡(luò)往往會(huì)配備不間斷供電系統(tǒng)，信息網(wǎng)絡(luò)的短暫停電不會(huì)造成太大的影響。

2.3 信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障會(huì)造成大面積停電：以網(wǎng)絡(luò)故障的傳播特性角度來看，一旦信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，就很容易造成大面積的停電現(xiàn)象出現(xiàn)。由于能量流動(dòng)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息流動(dòng)的成本，這就造成電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)相比，沒有互連互通性，信息流可以在較大的范圍或是區(qū)域內(nèi)頻繁進(jìn)行交互，因此，信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)所影響的范圍更加廣泛。

3 智能電網(wǎng)的重要性

智能電網(wǎng)指的是電網(wǎng)的智能化，也被稱作為“電網(wǎng)2.0”。智能電網(wǎng)是以集成、高速雙向通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過更加先進(jìn)的方法和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化，這使得電網(wǎng)更加安全、可靠、高效。智能電網(wǎng)能夠節(jié)省傳統(tǒng)的電力建設(shè)用地，還可以減少由于停電而帶來的損失等等。因此，智能電網(wǎng)的到來可以滿足21世紀(jì)人們的日常用電需求，電網(wǎng)的智能化是時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物。

由于能源結(jié)構(gòu)的不斷變化，使得我國的電網(wǎng)也變得越來越復(fù)雜。現(xiàn)階段，我國電網(wǎng)大力運(yùn)用太陽能、風(fēng)力來進(jìn)行發(fā)電，由于太陽能和風(fēng)能具有不穩(wěn)定性，因?yàn)橐步o電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來了很大的挑戰(zhàn)。除此之外，由于有越來越多的電動(dòng)車投入使用，也導(dǎo)致電網(wǎng)變得極其不穩(wěn)定。為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，就有必要對(duì)電網(wǎng)的通訊系統(tǒng)進(jìn)行管理。

通信技術(shù)在給人們的生產(chǎn)和生活帶來方便的同時(shí)，也帶來了一定的安全隱患。例如：2011年的震網(wǎng)病毒，人們就意識(shí)到了網(wǎng)絡(luò)安全的重要性。在現(xiàn)階段的智能電網(wǎng)環(huán)境下，由于網(wǎng)絡(luò)黑客或者病毒的攻擊，很有可能導(dǎo)致停電，這對(duì)于人們的生活是非常不利的。因此，重視智能電網(wǎng)的安全問題在當(dāng)下是十分重要的話題。

4 信息安全和電力系統(tǒng)生存性

通常來說，生存性指的是系統(tǒng)在出現(xiàn)故障、遭受攻擊或發(fā)生意外事故的時(shí)候，仍然可以及時(shí)完成任務(wù)的能力。未來的智能電網(wǎng)從宏觀的角度來看，將會(huì)演變?yōu)橐粋€(gè)由電力網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)。在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障、惡意攻擊和自然災(zāi)害等情況下，可能造成電網(wǎng)崩潰，進(jìn)而導(dǎo)致大范圍停電事故。因此，為了保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，不但要消除或控制電力系統(tǒng)信息新元素帶來的安全隱患，還從系統(tǒng)完整性的角度研究系統(tǒng)局部失效或攻擊后整個(gè)系統(tǒng)的生存性。信息安全對(duì)電力系統(tǒng)生存性的影響主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：

4.1 網(wǎng)絡(luò)間的功能耦合

信息網(wǎng)絡(luò)分布廣泛，需要有高度匹配的電網(wǎng)協(xié)同合作。在電力系統(tǒng)中，其功能的發(fā)揮幾乎完全依賴于信息網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。兩者之間的強(qiáng)耦合性，造成大范圍停電故障的可能性越來越大。如果有人故意破壞信息網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)，電力系統(tǒng)中重要的電廠就會(huì)出現(xiàn)停機(jī)的情況，線路過載將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定性。總之，在智能電網(wǎng)中，電力系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)間的故障具有互相轉(zhuǎn)化性。

4.2 網(wǎng)絡(luò)故障的傳播性

現(xiàn)階段已經(jīng)研究的部分成果是有關(guān)于電力系統(tǒng)連鎖問題的，不過研究對(duì)象相對(duì)局限于電力系統(tǒng)內(nèi)部傳播故障。在信息網(wǎng)和電網(wǎng)相互依賴的智能電網(wǎng)中，故障的散播方式各種各樣。對(duì)于相互依賴的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)來說，如果其中有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)作廢，隨著這個(gè)過程在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中交互出現(xiàn)，故障節(jié)點(diǎn)數(shù)將會(huì)迅速擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大面積的故障，最終整個(gè)網(wǎng)絡(luò)崩潰。

5 建議和對(duì)策

5.1 加強(qiáng)信息安全技術(shù)的研究

智能電網(wǎng)的信息安全可以通過信息采集、傳播處理和交互等環(huán)節(jié)保障實(shí)現(xiàn)。根據(jù)智能電表數(shù)據(jù)采集過程和存儲(chǔ)結(jié)果來研究數(shù)據(jù)加密、存儲(chǔ)、傳輸，進(jìn)一步開展深化研究有限的網(wǎng)絡(luò)中防火墻技術(shù)、安全認(rèn)證技術(shù)以及無線網(wǎng)絡(luò)中的安全傳輸協(xié)議，有效的完善網(wǎng)絡(luò)和信息安全預(yù)警、監(jiān)測(cè)和應(yīng)急處理平臺(tái)等的防護(hù)。

5.2 建立信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系

目前，國外關(guān)于智能電網(wǎng)信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系的研究已經(jīng)步入了正軌，而且相比于我國更加先進(jìn)。在加強(qiáng)研究、參考外國相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，要充分了解我國的實(shí)際電網(wǎng)電網(wǎng)情況，由相關(guān)的信息安全專家來對(duì)我國信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系實(shí)施科學(xué)、有效的規(guī)劃，由此指導(dǎo)擬定信息安全模范體制。

5.3 完善相關(guān)法律法規(guī)

建設(shè)智能電網(wǎng)會(huì)涉及到很多的領(lǐng)域，如：IT企業(yè)、電力企業(yè)和政府等。政府需要根據(jù)各方在智能電網(wǎng)中的作用來制定科學(xué)、合理的政策，通過出臺(tái)這些制定的政策，用來規(guī)定各方應(yīng)該要承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù)。除此之外，需要制定與之相應(yīng)的法律，法律中明文規(guī)定各個(gè)當(dāng)事人的行為，對(duì)于電力企業(yè)關(guān)鍵信息和用戶隱私的安全施以切實(shí)的保護(hù)，使智能電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的建設(shè)和運(yùn)營。

5.4 建立信息安全培訓(xùn)體系

對(duì)大多數(shù)用戶來說，信息安全仍然是一個(gè)極其復(fù)雜的概念，在智能電網(wǎng)中，用戶作為一個(gè)參與數(shù)量最多的主體，其安全意識(shí)的強(qiáng)弱在很大程度上將直接影響著智能電網(wǎng)整體運(yùn)行安全水平。因此，智能電網(wǎng)的信息安全依賴于信息安全系統(tǒng)的完善。

5.5 加強(qiáng)研究相互依存網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論

如上文所述，對(duì)相互依賴的網(wǎng)絡(luò)行為特征的全面把握是為了防止未來智能電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電故障的前提條件，因此需要研究和解決的關(guān)鍵科學(xué)問題有很多。如：相互依存網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述模型；相互依賴網(wǎng)絡(luò)故障傳播的理論和分析方法；相互依賴網(wǎng)絡(luò)的可靠性、脆弱性等指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。除此之外，不同國家和地區(qū)的電網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展水平以及其網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)也是各不相同，需要結(jié)合實(shí)際的情況建模和分析。

6 結(jié)束語

今后的智能電網(wǎng)從整體上可以被看作是由信息網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)組成的一個(gè)相互依賴的符合網(wǎng)絡(luò)，智能電網(wǎng)的到來在帶來各種好處的同時(shí)也帶來了很多信息安全問題，其信息網(wǎng)絡(luò)的安全性和其對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行所帶來的風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)不可忽略。本文通過對(duì)未來智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，闡述了信息網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)于智能電網(wǎng)安全的重要性；分析了智能電網(wǎng)信息收集、傳輸和交互等每一環(huán)節(jié)的信息安全問題，并進(jìn)一步根據(jù)相互依賴網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，分析了信息網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)智能電網(wǎng)安全產(chǎn)生的影響；從研究關(guān)鍵技術(shù)、制定改進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和完善政策法規(guī)等幾個(gè)方面提出了改進(jìn)智能電網(wǎng)安全的建議。