智能電網(wǎng)信息安全及其對電力系統(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)在不同的國家和地區(qū)都有應用，促進了智能電網(wǎng)的發(fā)展和進步，本文主要分析智能電網(wǎng)信息安全問題，認為電力系統(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)二者之間的關系，這能為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供基礎理論支持，促進智能電網(wǎng)更好造福民生。

關鍵詞：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和數(shù)字化技術傳播電能的生產、運輸、計劃分配、實際使用情況的信息，實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)中實現(xiàn)良好互動。信息技術能高度滲透電力系統(tǒng)，但這也意味著信息的安全問題會影響到電網(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，能實現(xiàn)有效互動。另外信息化還在輸電、配電和用電的各個環(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，是一個雙向傳播信息的過程，能實時、高速傳播，有較強的集成化性能。數(shù)據(jù)經(jīng)過高速通信網(wǎng)絡這一通道被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，這些信息主要來源于智能表計。電力企業(yè)會通過智能電網(wǎng)，把近期有關電力的信息對外發(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)量的設備，從而更好實現(xiàn)對相應設備的管理和把控，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)絡中大量接入了公共網(wǎng)絡，就會給智能電網(wǎng)帶來安全隱患，使不法分子有機可乘，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)測活動中存在的安全隱患

在采集信息的環(huán)節(jié)中，應對其中可能發(fā)生的安全問題引起重視。在監(jiān)測活動中，會用到各種較為高級的傳感器、測量表，監(jiān)測的對象是電力系統(tǒng)和電力用戶。實現(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)濟運行提供堅實基礎。比如在采集數(shù)據(jù)的工作中，使用大量的智能電表，能較為科學的評估電網(wǎng)設備的健康情況，也能評估系統(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)營的過程中，需要在社會內發(fā)布實時的電價和用電的優(yōu)惠政策。除此之外，還需要實現(xiàn)與用戶的積極溝通，幫助用戶制定更為經(jīng)濟的用電策略。在未來的發(fā)展中，智能電網(wǎng)會逐漸取消電磁表計和相應的跟讀設置。能夠取而代之的是智能固態(tài)表計，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使用技術水平高的加密手段，此時智能表計被破解被控制的可能性就更大。假如這些設備被控制，攻擊者就能向電網(wǎng)提供虛假信息，進而干擾電網(wǎng)供給。相應的也能夠向用戶提供與真實水平有出入的電價信息，對用戶側的用電方式形成干擾。極為惡劣的情況是大量的智能表計失去與電網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)系，進而出現(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)對信息網(wǎng)有較強的依賴性

電力網(wǎng)和信息網(wǎng)之間有著比較強的依賴關系，在信息網(wǎng)絡的支持作用下，電力網(wǎng)絡才能調整電源節(jié)點的出力，才能實現(xiàn)負荷節(jié)點的投切。當信息網(wǎng)絡出現(xiàn)問題，就意味著電力電源的運行也會受到影響。信息網(wǎng)絡的運行需要有電力系統(tǒng)的支持，值得慶幸的是信息系統(tǒng)會配備不間斷的電源系統(tǒng)，因此電力系統(tǒng)短時停電對信息系統(tǒng)所帶來的影響并不明顯。對網(wǎng)絡故障的傳播特性加以分析，在信息網(wǎng)絡發(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]。相比于電量波動所產生的成本，信息波動的成本就比較低。在此條件下，信息網(wǎng)絡就具備比電力網(wǎng)絡更強的互聯(lián)互通性。信息流可以實現(xiàn)在較大范圍內進行交互，而且交互的頻率也很高。因此當信息網(wǎng)絡出現(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構的影響，其運行風險同時來源于電力系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)，其中應該特別引起重視的是信息網(wǎng)的安全問題。需制定有針對性的信息安全標準體系，積極借鑒國外先進的研究成果，加強技術研究，包括面向無線網(wǎng)絡中的安全傳輸協(xié)議和有限網(wǎng)絡中的防火墻技術。

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

信息網(wǎng)絡的分布比較廣泛，相互配套的電力網(wǎng)絡能夠為信息網(wǎng)絡提供電源。在電力網(wǎng)絡中，基本上實現(xiàn)所有的功能都需要依賴于信息網(wǎng)絡所提供的服務。由此可見，電力網(wǎng)和信息網(wǎng)相互之間有著比較強的耦合性，這也加大了發(fā)生大停電事故的可能性。不法分子有可能會攻擊信息網(wǎng)絡中的關鍵節(jié)點，導致電力網(wǎng)絡中關鍵的電廠停機，也有可能出現(xiàn)輸電線過載的不良情況。此時就有可能出現(xiàn)信息節(jié)點不能有效對應電力節(jié)點的不良情況。也就是說在智能電網(wǎng)的空間中，信息網(wǎng)絡中的故障問題有可能會轉化為電力網(wǎng)絡中的故障問題。目前信息網(wǎng)絡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，而且攻擊活動又不會受到時間、地域和天氣的影響，使用的攻擊手段又有較強的隱蔽性，也就會對電力系統(tǒng)造成更大的危害性。在此背景下，未來對電力系統(tǒng)的攻擊很有可能從物理攻擊轉化為響應信息系統(tǒng)的攻擊。對此需積極完善相應的法律法規(guī)，政府在完成這項工作時，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當承擔的責任和擁有的權利。

（三）系統(tǒng)中的故障具有傳播性

信息網(wǎng)絡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的體現(xiàn)。實際所展開的研究主要集中在電力系統(tǒng)的內部傳播中。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。這兩個網(wǎng)絡是相互依存的關系，當其中有一個網(wǎng)絡的某一個節(jié)點失效，另一個網(wǎng)絡的相應節(jié)點也很有可能失效。失效的過程會在兩個網(wǎng)絡節(jié)點中交替出現(xiàn)，導致網(wǎng)絡中有更多的節(jié)點失效。網(wǎng)絡便會在一段時間內大面積出現(xiàn)故障問題，情況嚴重會使全網(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好的平臺[2]。與單一的網(wǎng)絡相比，相互依存的網(wǎng)絡特征更為復雜。在單一的網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡度分布均勻，對故障的抵抗能力也就越強，而在相互依存的網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡度分布越均勻，抵抗隨機故障的能力也就越脆弱。比如在某系統(tǒng)中復合網(wǎng)絡中的兩個子網(wǎng)絡采用的是隨機圖模型，對于智能電網(wǎng)這一具體的復合網(wǎng)絡而言，無標度網(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，則更有可能導致全網(wǎng)癱瘓。對此應加強研究信息安全技術，從具體的環(huán)節(jié)入手，加強保障措施，包括信息的采集、傳輸、處理和交互。

總結：

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)測活動中存在的安全隱患。電力系統(tǒng)生存性受智能電網(wǎng)信息安全的影響是因為電力網(wǎng)對信息網(wǎng)有較強的依賴性，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：

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

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