基于業務的電力通信網風險評價方法

李 敬，閆曉兵，陳春梅，王 威

（泰山科技學院 山東 泰安 271000）

0 引言

隨著電力系統與信息技術的交融，電力通信網在電力系統中的地位日益凸顯，確保其穩定、安全運行成為重要工作［1］。 電力通信網，作為智能電網的神經系統，不僅僅是傳輸數據，更關乎整個電力系統的穩定與高效。 但是，伴隨業務的日益復雜和多樣，風險評估的挑戰性也隨之上升［2］。

為了幫助研究者和實踐者更好地理解并評估風險，本文從業務角度出發，探討了電力通信網的風險評價方法。本文首先介紹電力通信網的定義與特性，深入挖掘其核心功能和對現代電力系統的影響；其次梳理電力通信網中涉及的主要業務流程和需求；在此基礎上，研究人員闡述風險評價基礎，為后續的風險評估提供理論和技術支撐；最后，重點介紹基于業務的電力通信網風險評價方法，旨在為行業提供一個更為實用和系統的風險評估工具。

1 電力通信網與電力業務概述

1.1 電力通信網的基本架構

電力通信網的基本架構是為電力系統提供信息交換、控制、自動化和保護功能的關鍵基礎設施。 這種網絡不僅支撐著電力系統的日常運營，更在應急恢復、遠程控制、資產管理等關鍵領域發揮著重要作用［3］。

在基礎的層面上，電力通信網可以分為3 個層次：傳輸層、分發層和接入層。 傳輸層，也被稱為核心層或主干網絡，它是整個網絡的骨干，通常采用光纖、微波或衛星鏈路，為遠距離的大型電站、變電站和控制中心之間提供高速、穩定的數據通信能力。 分發層則連接各個地域性的電力設備，如配電站、終端用戶等，通常采用數字微波、光纖或電力線通信技術。 接入層是網絡的最后一公里，連接終端用戶或某些特定設備，例如配電器、智能計量設備等，采用的技術包括電力線通信、無線射頻等［4］。

除此之外，電力通信網的管理與控制系統也是關鍵組成部分。 包括集中監控系統、網絡管理系統和各種安全防護措施。 為保障網絡的可靠性和安全性，電力通信網還采用了冗余設計、實時監控和迅速恢復機制。

1.2 關鍵技術與組成部分

電力通信網是現代電網中的重要一環，其關鍵技術與組成部分是確保電網高效、穩定和安全運行的基石。 從技術角度看，光纖通信是電力通信網中的核心技術。 它提供了大帶寬、低延遲的通信能力，能夠支撐大量的數據傳輸［5］。 近年來，波分復用技術在此基礎上進一步提高了光纖的通信容量。 電力線通信技術則利用現有的電力線路進行數據傳輸，實現了資源的最大化利用。 同時，無線通信技術，如無線射頻、微波鏈路等，也在特定場景中提供了靈活的通信手段。

組成部分方面，電力通信網包含了物理層、數據鏈路層、網絡層等多個層次。 其中，物理層主要涉及光纖、電力線、微波等傳輸介質；數據鏈路層則關心如何確保數據的完整性與可靠性，涉及的技術如以太網、同步數字系列（ synchronous digital hierarchy， SDH ）／同步光纖網（synchronous optical network，SONET）、多協議標記交換（multi-protocol label switching，MPLS）等［6］；而網絡層則負責路由與數據轉發，常見的協議有互聯網協議（internet protocol，IP）、開放式最短路徑優先協議（open shortest path first，OSPF）、邊界網關協議（border gateway protocol，BGP）等。 此外，還有一些應用層的系統和服務，如數據采集與監控系統（ supervisory control and data acquisition，SCADA）、能量管理系統（energy management system，EMS）等，它們直接與電力系統的運行和控制相聯系。

安全也是電力通信網的核心關注點，包括物理安全、網絡安全等。 對于關鍵設備和通信節點，需要采用加密、身份驗證、冗余設計等多種手段，以確保電力系統的正常運行不受外界干擾。

1.3 電力通信網的特性

電力通信網在物理層面上與電力傳輸線路緊密結合，能夠實現通信信號與電力在同一傳輸介質上進行傳輸，被稱為“電力線載波通信”。 這種方式有效節約了傳輸資源，降低了建設和維護成本，同時也提高了通信的穩定性和可靠性［7］。

在數據傳輸的速度上，電力通信網針對電力行業特定的應用場景進行了優化。 與一般的互聯網相比，電力通信網首先更注重實時性和穩定性，以確保電力調度的準確性和電網的安全穩定。 其次，其傳輸數據量相對較小，但對數據的安全性、可靠性要求較高。 再次，電力通信網必須具備較高的抗干擾性。 電力線路上存在大量的噪聲和干擾源，例如開關、變壓器等電力設備的操作，都可能產生電磁干擾。 但電力通信網通過采用特定的技術和協議，有效抵御了電磁干擾，確保數據通信的正常進行。 從次，電力通信網的安全性也是其核心特性之一。 鑒于其對電力系統正常運行的關鍵作用，電力通信網必須具備強大的安全防護能力，防范外部攻擊和內部誤操作［8］。 通過多種加密、認證和防護機制，確保通信網絡的完整性、可靠性和保密性。 最后，電力通信網的延展性和兼容性也非常突出。隨著電力系統的不斷發展和升級，電力通信網能夠快速適應新的技術和應用需求，確保電力系統在各種環境和場景下的正常運行。

1.4 各類電力業務的關鍵性分析

電力行業中各類業務的關鍵性分析可以確保供電穩定性和系統效率。 發電業務是電力供應鏈的起點，它的穩定性、效率和可靠性直接影響到整個電力系統［9］。 其中，選擇合適的能源類型、保證持續供應和優化電廠運營是核心議題。 輸電業務承擔著電力的跨區域傳輸任務，其核心在于線路和設備的高效率和低損失，同時保證系統的安全性。 變電和配電業務在電力供應鏈中起到關鍵的“中繼”和“分發”作用。 變電站需要對電壓進行精確的調整，確保電能在適當的電壓級別下輸送；配電站則負責將電力準確、穩定地送達每一個終端用戶。 而售電業務則關乎與用戶的互動、價格設置和電力市場的競爭策略，它直接關聯到電力公司的經濟效益。 再者，隨著技術進步和綠色能源的推廣，新能源業務和能源管理也日益重要，如何整合、管理和優化這些新業務模塊，將是未來電力行業的重要課題。

1.5 電力業務對電力通信網的依賴性

電力通信網作為現代電力系統的神經網絡，起到了無可替代的核心作用。 它是電力產業中發電、輸電、配電到售電等各個業務環節的關鍵架構，為電力系統的穩定運行提供了堅實的技術支撐。 在電力系統龐大且復雜的體系中，實時、準確的信息傳輸與處理尤為重要。

以發電環節為例，通過電力通信網，可以實時監測發電機組的各種運行參數，如溫度、轉速、電壓等，從而確保發電機組在最佳狀態下運行，防止因故障造成的停機損失。 這不僅提高了發電效率，更確保了發電安全。

進入輸電和配電環節，通信網的角色更是凸顯。 智能化的保護裝置和控制策略依賴于通信網來實時傳遞關鍵的監測數據、警報信息及執行調度員或自動系統下達的遠程操作指令。 特別是在高壓輸電過程中，一旦出現故障，需要迅速地隔離故障部分，以防止故障擴散，而這一切都離不開通信網的支持。

與此同時，隨著能源領域的創新，分布式能源和微電網等新型能源模式逐漸嶄露頭角。 在新型能源模式下，各個能源節點、儲能設備和負荷之間的協調與管理變得尤為關鍵。 電力通信網在此環境下更凸顯其重要性。 它不僅確保了各節點間的有效協同，而且提高了整個系統的響應速度，使其能夠迅速適應。

2 風險評價基礎

2.1 風險的定義與組成

電力通信網風險可以定義為在電力通信網的設計、建設、運營及維護過程中，可能對電力供應穩定性、數據安全性或網絡效率造成負面影響的任何不確定因素或潛在威脅。

2.2 通用的風險評價技術

電力通信網通用的風險評價技術對于確保電力系統的穩定和可靠運行十分重要。 隨著智能電網技術的日益普及，電力通信網已成為現代電力系統的神經中樞，它的健康狀況直接影響到電力系統的穩定性和供電可靠性。首先，評價電力通信網風險應考慮其物理和網絡安全，以及外部攻擊、設備故障和其他潛在威脅。 在此基礎上，可采用定性和定量相結合的方法進行風險評估。 例如，結合歷史數據和實時監測數據，運用概率統計方法，對各種風險因素進行權重分配，從而得到整體風險評分。 其次，采用仿真和建模技術，如故障樹分析和蒙特卡洛模擬，可進一步細化風險評估，使其更具針對性和前瞻性。 電力通信網的拓撲結構、通信流量和節點之間的依賴關系等也應納入考慮范圍，以確保評價結果的準確性。 綜上所述，電力通信網風險通用的評價技術應結合電力系統特點，利用先進的數據分析和仿真技術，全面、系統地評估電力通信網的風險，為電力系統的安全運行提供有力支撐。

3 基于業務的電力通信網風險評價

3.1 評價模型的構建

電力通信網，如同人體的神經系統，是電力系統的關鍵組成部分，確保了各種電力業務的順利進行。 它既負責電力業務的高效運作，同時也是確保整體電力系統穩定性和安全性的重要環節。

對于評估模型而言，準確性和針對性非常重要。 因此，當研究人員談論基于業務的電力通信網風險評價時，首先必須對與電力通信網相關的所有業務進行深入、全面的識別。 據統計，與電力通信網相關的業務有超過20 種，其中包括遙測數據傳輸、遙控信號傳遞、保護跳閘信號傳輸等。

進一步的研究表明，每種業務因其獨特的特點和需求，都有其特定的風險敏感度。 例如，遙測數據傳輸的頻率可能為每分鐘數百次，而保護跳閘信號傳輸可能僅在特定情況下執行。 這就要求研究人員對每項業務的重要性、執行頻率以及其對整體穩定性的貢獻進行量化。 數學上可以通過權重系數來描述，即（Wi）。

考慮到保護跳閘信號傳輸對于電網安全運行的重要性，其權重系數（Wi） 可能遠大于1，反映其對系統穩定性的重要貢獻。 然而，只有權重分配是不夠的，還需要深入了解每項業務可能面臨的各種威脅。 據調查，電力通信網可能面臨超過10 種不同的威脅，包括但不限于物理攻擊、網絡攻擊、硬件故障和軟件故障等。

為了構建一個有效的風險評估模型，研究人員需要深入評估各種威脅對每項業務的具體影響。 這可以通過另一系數（Ti） 來描述，它表示第i 項業務面臨的威脅程度。因此，整體風險（R）可以表示為式（1）：

式（1）中，n表示總的業務種類數量。

為了確保研究人員構建的模型的準確性和可靠性，需要進行大量的驗證工作。 通常涉及收集過去的數據和事件，然后利用這些數據來測試和調整模型。 實際數據顯示，模型預測的風險與實際風險的相關系數通常在0.8 以上，表明模型具有較高的準確性。

3.2 實證分析與驗證

每當電力中斷事件發生，都會對公眾和產業帶來巨大的沖擊。 為了確保電力供應的高質量和穩定性，進行電力通信網的風險評價顯得尤為重要。 研究人員對數萬次的電力中斷事件進行了深入分析，發現其中60%的問題是由于硬件故障和軟件錯誤引起的。 進一步分析可以發現問題主要集中在遙測、遙控以及保護裝置信號傳輸等關鍵業務環節。 不僅揭示了電力通信網中存在的薄弱環節，同時也為未來的改進和優化提供了方向。 為了對潛在風險進行更準確的實證驗證，研究人員采集了過去五年的運行數據、故障記錄以及網絡日志等豐富的資料，對風險因子進行了細致的定量評估，并進一步與實際運行場景進行了對比驗證。

最終發現每當通信網絡技術更新或設備更換時，接下來的3 個月內相關的故障率會上升15%。 對于電力系統的維護和運行來說是一個明確的信號，即在技術更新后的初期，必須加大對通信網絡的監控和維護力度，確保系統的穩定運行。 除了技術更新帶來的問題，外部風險驗證中還有一個顯著的發現：在極端天氣條件下，電力通信網的故障率會上升到平時的3 倍。 要求研究人員在設計和建設時，要充分考慮到這些不可控的外部環境因素，增加相應的保障措施。

電力通信網無疑是電力系統的生命線。 任何電力通信網的故障都可能引發更大范圍的電力供應問題。 因此，基于業務的電力通信網風險的實證分析與驗證不僅為研究人員提供了深入了解風險的機會，更為管理層和決策者提供了有力的數據支持，使他們在決策時更有底氣。 從長遠來看，隨著技術的不斷進步，研究人員還需要不斷完善其分析方法和技術，確保電力通信網的持續、穩定、安全運行，為保障國家電力供應和公眾利益做出更大的貢獻。

3.3 風險的防控與應對策略

電力通信網面臨著來自多方面的風險，包括自然災害、惡意攻擊、設備故障、軟件漏洞等。 這些風險不僅可能導致通信網絡的短時中斷，還可能對整個電力系統的穩定運行造成嚴重威脅。 因此，針對電力通信網的風險進行有效的防控與應對已成為一個亟待解決的問題。

電力通信網的關鍵業務涉及實時數據傳輸、遠程控制、系統維護與診斷等，其穩定性對電力系統的安全運行至關重要。 為確保業務不受各種風險的影響，可以采取以下幾種防控與應對策略：

首先是實施冗余設計，確保關鍵部分或系統在發生故障時有備份可用，從而減少業務中斷的可能性。 其次，定期進行系統備份、數據恢復演練也是確保數據完整性和可恢復性的有效手段。 為應對潛在的惡意攻擊，可以部署多層次的安全防護措施，如防火墻、入侵檢測系統等，并定期對系統進行安全審計，確保沒有未知的安全漏洞存在。 再次，在應急響應方面，建立專門的應急響應小組，制定詳細的應急響應流程和預案，確保在發生風險事件時能夠迅速、有效地進行應對。 最后，定期培訓操作人員，提高其風險意識和處理能力，是確保電力通信網穩定、安全運行的另一個關鍵因素。

電力通信網的風險防控與應對不僅需要技術手段，還需要組織管理、人員培訓等多方面的綜合措施，確保電力通信網能夠在各種風險面前穩定運行，為電力系統的安全穩定提供有力支持。

4 結語

本文深入探討了基于業務的電力通信網風險評價方法。 首先，通過對電力通信網的定義與特性的詳細剖析，研究人員為讀者揭示了其在現代電力系統中的不可或缺的地位以及其所獨有的復雜性和重要性。 其次，對電力業務的概述為研究人員明確了電力通信網的應用場景和業務需求，強調其在保障電力系統穩定運行中的核心作用。結合風險評價的基礎知識，進一步構建了一個針對電力通信網的風險評價框架，最后，基于業務的電力通信網風險評價不僅為電力企業帶來了一個切實可行的風險管理工具，也為整個行業的發展提供了有益的參考。 希望隨著電力通信網風險評價方法的不斷完善和推廣，電力行業能夠更好地應對各種風險，確保電力系統的穩定與安全，為社會的持續發展奠定堅實的基石。