電力通信網脆弱性分析

國網青海省電力公司信息通信公司 王世梁

1 電力通信網絡的特點

一是可靠性要求高。由于電力系統對數據傳輸的實時性和準確性有很高的要求，因此在電力通信網中，保證數據能夠及時、準確地傳遞是至關重要的。一旦出現故障或異常情況，將會給電網帶來不可估量的損失。所以，電力通信網必須具備較強的容錯能力和糾錯性能，以確保其穩定運行[1]。

二是帶寬需求大。隨著智能化水平不斷提高，電力系統對信息傳輸速度的要求也越來越高。特別是在配用電側，大量的監測控制信號需要通過電力通信網進行遠距離傳輸，這就要求電力通信網具有較大的帶寬容量。

三是安全保密要求嚴。電力系統涉及國家能源戰略安全等方面，因此電力通信網必須嚴格遵守相關法律法規及行業標準，保障數據的機密性和完整性。同時，還需采取有效措施防范惡意攻擊和病毒入侵，保護電力通信網不受侵害。

2 電力通信網絡的安全問題

在電力系統中，由于其自身特點和復雜性，存在著各種各樣的安全隱患。例如，人為操作失誤、設備老化故障等都會給電網帶來不同程度的影響。同時，電力通信網也是一個開放的系統，與外界進行信息交換和數據共享，這就使得電力通信網更容易受到攻擊和破壞。因此，對電力通信網的安全問題進行研究具有重要意義[2]。

針對電力通信網所面臨的安全威脅，目前主要采用了以下幾種防護措施：物理隔離技術、防火墻技術、入侵檢測技術以及加密技術等。其中，物理隔離技術可以有效地將電力通信網與其他網絡隔開，避免病毒或黑客的侵入；防火墻技術則能夠通過設置訪問控制策略來限制未經授權的訪問行為；入侵檢測技術則可以實時監測網絡流量及日志記錄，及時發現并處理惡意攻擊行為；而加密技術則可以保障電力通信網傳輸過程中信息的機密性和完整性。

總之，電力通信網作為電力系統的重要組成部分，必須具備高度的安全性才能保證整個電力系統的正常運行。未來隨著物聯網、云計算等新技術的不斷涌現，如何加強電力通信網的安全防范能力已經成為亟待解決的問題之一。

3 電力通信網絡的脆弱性

電力通信網絡的脆弱性是指其受到外部攻擊、內部故障等因素而發生崩潰、癱瘓或者業務中斷的概率。從本質上來講，電力通信網絡脆弱性可以分為物理層面和功能層面兩個方面進行考慮。

一是物理層面的脆弱性主要包括自然災害、設備損壞以及鏈路中斷等問題。其中，自然災害如洪水、地震等屬于不可抗力因素；設備損壞則需要通過加強維護保養來減少損失；鏈路中斷通常是由于人為破壞所致。二是功能層面的脆弱性主要表現為路由器配置錯誤、協議缺陷以及帶寬不足等問題。例如，路由器配置錯誤可能會導致數據傳輸路徑被篡改，進而引發一系列安全風險；協議缺陷則可能會引起數據丟失、延遲增加等后果；帶寬不足則可能會限制網絡性能并降低服務質量。

4 電力通信網脆弱性影響因素

在對電力通信網進行脆弱性評估時，需要考慮各種不同的影響因素。這些影響因素可以分為物理層面和邏輯層面兩類。其中，物理層面包括了自然災害、設備故障等不可抗力因素；而邏輯層面則包括了人為攻擊、誤操作等可控制因素。下面對這兩種類型的影響因素分別進行詳細介紹。

4.1 物理層面影響因素

自然災害是導致電力通信網絡出現中斷或癱瘓的主要原因之一。例如，地震會造成傳輸線路損壞，洪水會沖毀機房設施等。因此，針對這一問題，提出了一種基于風險評估的電力通信網抗震加固方案。該方案通過建立完善的風險評估體系，能夠準確地預測出可能發生的各類自然災害，并提前采取相應措施予以防范。此外，設備故障也是電力通信網脆弱性的重要來源之一。例如，發電機組故障、光纖鏈路故障等都有可能導致數據傳輸中斷或者業務質量下降。為了有效解決這類問題，建議采用備用設備冗余配置、定期巡檢維護等手段來提高系統可靠性[3]。

4.2 邏輯層面影響因素

除了自然災害和設備故障之外，人為攻擊和誤操作同樣會給電力通信網帶來極大威脅。例如，黑客入侵、病毒木馬植入、內部人員篡改信息等都可能導致電力通信網陷入混亂甚至崩潰。為此，提出了一種基于安全策略的電力通信網安全防護方案。該方案通過部署專業的安全設備和制定嚴謹的安全策略，能夠有效抵御來自外部和內部的各種惡意攻擊行為。同時，加強員工培訓和管理，嚴格執行規章制度，也有助于減少因人為因素導致的事故隱患。

5 電力通信網脆弱性分析模型

5.1 電力通信網脆弱性分析方法

在進行電力通信網的脆弱性評估時，需要選擇合適的脆弱性分析方法。目前常用的有模糊綜合評價法、層次分析法和主成分分析法等。下面將分別介紹這三種方法及其優缺點。

一是模糊綜合評價法。該方法是一種基于模糊數學理論的多指標決策方法，能夠有效地處理不確定信息，具有較強的適應能力和實用性。其基本步驟包括建立因素集、確定權重向量、構建模糊關系矩陣以及計算綜合評價結果等。該方法適用于對各種類型的網絡系統進行脆弱性評估，但由于其主觀性較大，容易受到專家知識水平和經驗的影響，因此需要慎重考慮。

對兩組患者血糖控制效果、臨床指標及并發癥情況進行比較分析。臨床指標含括：手術創口愈合時間、住院時間；并發癥含括：泌尿系統感染、切口感染、呼吸道感染等。血糖指標：空腹7.3～9.0 mmol/L；餐后血糖8.0 mmol/L[4]。

二是層次分析法。該方法通過分層次構造判斷矩陣并求解特征值與特征向量來實現多層次的數據分析和決策過程。該方法可以充分挖掘數據中隱含的規律，從而提高了評估的準確度。然而，當問題本身存在相互矛盾或不易量化時，可能導致最終結論不夠可靠。

三是主成分分析法。該方法利用降維技術將高維復雜數據轉化為低維簡單數據，以便更好地理解和解釋數據。同時，還可通過提取主要因子來簡化問題結構，使得問題易于解決。該方法雖然較為煩瑣，但能夠保證評估結果的穩定性和可靠性。

綜上所述，針對不同的研究對象和需求，應選取適當的脆弱性分析方法。此外，在實際應用中也需注意方法的局限性和改進空間，不斷完善和優化脆弱性分析模型。

5.2 電力通信網脆弱性分析流程

在進行電力通信網脆弱性評估之前，需要先建立一個合理的脆弱性評價指標體系。該指標體系應包含影響電力通信網安全穩定運行的各種因素，并且能夠全面、客觀地反映出電力通信網所面臨的風險和威脅程度。同時，為了保證評價結果更加準確可靠，還需確定相應的權重系數。本文采用層次分析法（AHP）來確定各層指標的權重系數，具體步驟如下。

第一步，構建遞階結構模型。將目標問題分解成若干個子問題或準則，形成一個多層次的結構模型。第二步，構造判斷矩陣。對同一層次中的各個元素兩兩比較，以相對重要度為準則，得出對應的權重值。第三步，計算特征向量。通過歸一化處理后得到每個元素的權重向量。第四步，一致性檢驗。當判斷矩陣具有完全一致性時，可以結束運算；否則重新調整判斷矩陣直至滿足要求。第五步，計算綜合權值。利用式Wi=λmaxw/∑j=lnwij 計算出各元素的組合拳值。第六步，計算脆弱性得分。將所有元素的組合拳值相乘即可得到整個系統的脆弱性得分。

5.3 電力通信網脆弱性分析指標

在對電力通信網進行脆弱性評估時，需要選取合適的指標來度量其脆弱程度。本文采用了以下幾個方面的指標來衡量電力通信網的脆弱性。

一是節點度中心性：節點度中心性是指與該節點相連接的邊數占總網絡中實際存在的連邊數目的比例。節點調度中心性越高，說明該節點在整個網絡中扮演著越重要的角色，一旦出現故障或擾動，將會影響到整個系統的運行。因此，節點調度中心性可以作為一個有效的指標用于衡量電力通信網的脆弱性。

二是介數中心性：介數中心性是指某一節點在網絡中所處位置的重要程度，即該節點連接其他節點的數量和的比重。介數中心性高的節點通常具有較強的控制能力和信息傳遞功能，能夠更好地協調網絡資源，保證網絡正常運轉。因此，介數中心性也可被用來衡量電力通信網的脆弱性。

三是緊密中心性：緊密中心性是指數據集中最短路徑經過某個節點的頻率。緊密中心性越高，說明該節點在網絡中的作用越大，如果發生故障或擾動，將會導致更大范圍內的網絡通信中斷。因此，緊密中心性也可用來衡量電力通信網的脆弱性。

四是平均路徑長度：平均路徑長度是指從源點到目標點所需的最短傳輸路徑長度。較長的平均路徑會增加數據包傳輸時間，降低網絡效率，進而加劇網絡的脆弱性。因此，平均路徑長度也可被用作衡量電力通信網脆弱性的指標之一。

綜上所述，以上四個指標均從不同角度反映了電力通信網的脆弱性特征，并且都是客觀可靠、易于獲取的定量化指標。通過這些指標的綜合應用，可以全面準確地評價電力通信網的脆弱性水平，為進一步提高其穩定性和魯棒性提供科學依據。

6 電力通信網脆弱性分析實例

本文采用特征指標評價法，對某些電力業務的重要性進行了評估，并以此為基礎，對評估結果進行了驗證，以證明該方法的可靠性。具體而言，本文采用的電力業務、特征指標、指標要和業務重要值見表1。

表1 部分電力業務及其對不同特征指標的要求

將表中的業務重要值序列代入到矩陣中，得到相應的重要值矩陣值A，最后得到結果：

Asum=[a1sum，a2sum，…a13sum]T=[62，61，38，59]T

計算Asum結果見表2。

表2 電力業務重要度評價結果

根據表2的數據，繼電保護的重要性顯著超過其他業務，并且隨著電壓等級的提升，其重要性也有所增加，這與實際情況一致。安穩系統、廣域測量和調度自動化的發展為電力系統的安全運行提供了有效的支持，其重要性僅次于繼電保護，并在評估結果中得到充分的反饋。通過實踐發現，電力業務的特征指標的要求是客觀的，不受個人的主觀意愿的影響，因此，特征指標評估方法的準確性得到了有效的保障。經過嚴格的測試，發現使用特征指標來評估方法是準確的。

7 結語

隨著技術的不斷發展，智能電網的普及和應用已經成為當今社會的一個重要趨勢。因此，研究和評估電力通信網的脆弱性變得越來越重要，以便更好地保障其安全和可靠地運營。四種常見的評估方法被提出，有助于更好地識別和評估電力通信網的脆弱性，從而有效地提升其安全性和可靠性，從而為智能電網的持續發展作出貢獻。