智能電網信息安全及其對電力系統生存性的影響探索

陳浩 杜榮良 余修成

摘要：目前智能電網在不同的國家和地區都有應用，促進了智能電網的發展和進步，本文主要分析智能電網信息安全問題，認為電力系統生存性受智能電網信息安全的影響。深入分析智能電網信息安全與電力系統二者之間的關系，這能為智能電網的發展提供基礎理論支持，促進智能電網更好造福民生。

關鍵詞：智能電網;依賴性;連鎖故障

引言：

在智能電網中，可以通過信息化技術和數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系。在新型電力系統中，電力傳輸更為高效，能夠在系統中實現良好互動。信息技術能高度滲透電力系統，但這也意味著信息的安全問題會影響到電網的安全。

一、 智能電網信息安全問題

（一）信息傳輸過程存在安全隱患

在智能電網的發展中，信息化一直在其中發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新功能，在一定程度上忽視了智能電網信息的安全性問題。智能電網的信息涉及到受電和售電這兩方面，能實現有效互動。另外信息化還在輸電、配電和用電的各個環節都有體現。智能電網的信息化安全問題體現在信息傳輸的過程中。通信系統是智能電網的基礎，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。數據經過高速通信網絡這一通道被傳輸到數據處理中心，這些信息主要來源于智能表計。電力企業會通過智能電網，把近期有關電力的信息對外發布。相比于傳統的電網，智能電網需要用到更多數量的設備，從而更好實現對相應設備的管理和把控，而且智能電網的分布也比較廣泛。所展開的監控操作要覆蓋廣泛，其中會受到廣大用戶歡迎的是共享的因特網和無線通信網。假如在智能網絡中大量接入了公共網絡，就會給智能電網帶來安全隱患，使不法分子有機可乘，出現違法犯罪的不良情況。就無線電網而言，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本身的利益。

（二）監測活動中存在的安全隱患

在采集信息的環節中，應對其中可能發生的安全問題引起重視。在監測活動中，會用到各種較為高級的傳感器、測量表，監測的對象是電力系統和電力用戶。實現高度的信息化才能更好保證電力系統的安全，也為系統的經濟運行提供堅實基礎。比如在采集數據的工作中，使用大量的智能電表，能較為科學的評估電網設備的健康情況，也能評估系統的完整性。在此條件下才能察覺其中存在的安全隱患，并有效規避。電力企業在經營的過程中，需要在社會內發布實時的電價和用電的優惠政策。除此之外，還需要實現與用戶的積極溝通，幫助用戶制定更為經濟的用電策略。在未來的發展中，智能電網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表計，能為用戶和企業提供雙向的通信。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，攻擊者就能向電網提供虛假信息，進而干擾電網供給。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系統的聯系，進而出現更大的事故。

二、電力系統生存性受智能電網信息安全的影響

（一）電力網對信息網有較強的依賴性

電力網和信息網之間有著比較強的依賴關系，在信息網絡的支持作用下，電力網絡才能調整電源節點的出力，才能實現負荷節點的投切。當信息網絡出現問題，就意味著電力電源的運行也會受到影響。信息網絡的運行需要有電力系統的支持，值得慶幸的是信息系統會配備不間斷的電源系統，因此電力系統短時停電對信息系統所帶來的影響并不明顯。對網絡故障的傳播特性加以分析，在信息網絡發生故障的情況下，出現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，信息網絡就具備比電力網絡更強的互聯互通性。信息流可以實現在較大范圍內進行交互，而且交互的頻率也很高。因此當信息網絡出現故障，所影響的范圍也更大。智能電網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和網絡系統，其中應該特別引起重視的是信息網的安全問題。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，包括面向無線網絡中的安全傳輸協議和有限網絡中的防火墻技術。

（二）信息系統的安全漏洞直接威脅電網的穩定運行

信息網絡的分布比較廣泛，相互配套的電力網絡能夠為信息網絡提供電源。在電力網絡中，基本上實現所有的功能都需要依賴于信息網絡所提供的服務。由此可見，電力網和信息網相互之間有著比較強的耦合性，這也加大了發生大停電事故的可能性。不法分子有可能會攻擊信息網絡中的關鍵節點，導致電力網絡中關鍵的電廠停機，也有可能出現輸電線過載的不良情況。此時就有可能出現信息節點不能有效對應電力節點的不良情況。也就是說在智能電網的空間中，信息網絡中的故障問題有可能會轉化為電力網絡中的故障問題。目前信息網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，也就會對電力系統造成更大的危害性。在此背景下，未來對電力系統的攻擊很有可能從物理攻擊轉化為響應信息系統的攻擊。對此需積極完善相應的法律法規，政府在完成這項工作時，需要考慮到參與各方在智能電網中所扮演的角色，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）系統中的故障具有傳播性

信息網絡中存在的故障具有一定傳播性，這在店里系統連鎖故障的研究中相應的體現。實際所展開的研究主要集中在電力系統的內部傳播中。電力網和信息網相互依存，也就出現了更多故障傳播的形式。這兩個網絡是相互依存的關系，當其中有一個網絡的某一個節點失效，另一個網絡的相應節點也很有可能失效。失效的過程會在兩個網絡節點中交替出現，導致網絡中有更多的節點失效。網絡便會在一段時間內大面積出現故障問題，情況嚴重會使全網崩潰。需要引起重視的是未來的智能電網恰恰為故障的傳播提供了一個好的平臺[2]。與單一的網絡相比，相互依存的網絡特征更為復雜。在單一的網絡中，網絡度分布均勻，對故障的抵抗能力也就越強，而在相互依存的網絡中，網絡度分布越均勻，抵抗隨機故障的能力也就越脆弱。比如在某系統中復合網絡中的兩個子網絡采用的是隨機圖模型，對于智能電網這一具體的復合網絡而言，無標度網在其中占有更大的比例，電力網則具有小世界網的特征，在信息網出現連鎖故障的情況下，則更有可能導致全網癱瘓。對此應加強研究信息安全技術，從具體的環節入手，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，智能電網信息安全問題有兩方面表現：信息傳輸過程存在安全隱患;監測活動中存在的安全隱患。電力系統生存性受智能電網信息安全的影響是因為電力網對信息網有較強的依賴性，信息系統的安全漏洞直接威脅電網的穩定運行，另外在智能電網中，信息系統和電力系統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信息安全防護研究[J].廣東電力，2020，33（03）：79-87.

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