電力信息系統(tǒng)建模的相關(guān)分析及安全評估

吳 紅 毛幼軍 楊 雪

（國網(wǎng)四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620000）

電力信息系統(tǒng)是由各級調(diào)度中心、發(fā)電廠、變電站等系統(tǒng)通過緊密的或者松散的聯(lián)系構(gòu)成的分布廣泛、極大規(guī)模以及分級階梯的互聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成的。電力信息系統(tǒng)的安全性非常重要，一點遭到破壞將導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷甚至擴(kuò)大到大規(guī)模的停電事故。對于如何加強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全性建設(shè)，成為水電開發(fā)企業(yè)迫在眉睫的重大任務(wù)。從相關(guān)的實踐經(jīng)歷中不難發(fā)現(xiàn)，電力信息系統(tǒng)的安全性工程在通常狀況下，都是通過組織權(quán)威的電力信息系統(tǒng)的專家、電力企業(yè)的相關(guān)用戶、信息安全專家等進(jìn)行深入的研討活動的方式確立如何完善電力信息系統(tǒng)的安全體系。為了進(jìn)一步提高電力信息系統(tǒng)的安全體系建設(shè)的水平，目前，相關(guān)的電力信息系統(tǒng)的專家和學(xué)者探討出一種建模語言，來對電力系統(tǒng)的抽象模型加以解釋說明，研究一種安全評估的方法，來設(shè)計電力信息系統(tǒng)的安全體系結(jié)構(gòu)。

一、關(guān)于電力信息系統(tǒng)建模事項的相關(guān)的解讀

（一）水電站運(yùn)行管理方面的工作效率以及發(fā)電能力的建設(shè)水平，都是直接影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)鍵性因素，由于水電開發(fā)有限公司都面臨著同行業(yè)的激烈競爭，越來越多的水電開發(fā)有限公司更加注重提高本企業(yè)水電站運(yùn)行管理工作的效率以及提高發(fā)電能力水平，并以此為競爭優(yōu)勢，在日趨激烈的市場經(jīng)濟(jì)中，獲得生存與發(fā)展的新空間。本文主要是關(guān)于電力信息系統(tǒng)建模的相關(guān)事項的分析以及對其安全評估方面工作的簡單分析，旨在促進(jìn)水電開發(fā)企業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

（二）電力信息系統(tǒng)安全體系的設(shè)計的需要分步驟逐次的進(jìn)行。電力信息系統(tǒng)存在著復(fù)雜的交換行為以及大量的異步操作。也因此，在其建模語言中系統(tǒng)常常被抽象為一組存在交換關(guān)系的通信實體。通常情況下，將其角色的定義為通信實體并用相關(guān)動作表示存在的交互關(guān)系，再用執(zhí)行動作引發(fā)的事件順序表示與其系統(tǒng)安全性相關(guān)的行為。根據(jù)相關(guān)研究資料對電力信息系統(tǒng)安全體系的定義分，我們大致分析最為重要的兩點：

第一點：關(guān)于建模的角色分析。一般情況下，角色具有獨(dú)特的屬性，相對而言，屬性的不同取值也就表示角色的不同狀態(tài)。在應(yīng)用角色進(jìn)行判斷時，要注意角色的不同取值所代表的的不同狀態(tài)，避免因?qū)栴}判斷失誤，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過執(zhí)行與角色相關(guān)的動作，就可以改變角色的狀態(tài)。我們將通信實體成為角色，這其中包括網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、進(jìn)程、數(shù)據(jù)等。關(guān)于角色的類型分為子類型、父類型，同時子類型會繼承父類型的基本屬性，子類型也可以由多個父類型。在實際工作中，我們可以依據(jù)角色的特性以及相關(guān)的類型，來解決不同的問題。

第二點：關(guān)于建模的動作分析。相關(guān)專業(yè)的資料表明，通信實體之間的交互關(guān)系就稱之為動作。相關(guān)動作包括：運(yùn)行、使用、存儲以及處理、連接等等。動作通常情況下，都是與若干角色相關(guān)聯(lián)的，而且動作的類型和動作的實例用帶角色的類和對象表示出來。動作雖然也有自己的屬性，但是其沒有繼承的特性。動作相關(guān)的狀態(tài)被稱為動作及其關(guān)聯(lián)角色的所有屬性記為Q,所有屬性的取值構(gòu)成動作的狀態(tài)值,將其記為q。通常狀態(tài)下，執(zhí)行動作能夠改變狀態(tài)值，改變后的狀態(tài)值記為q′。這樣,執(zhí)行動作a可以表示為:

由此可見,動作執(zhí)行只返回true或false,并通過兩個關(guān)鍵約束pre和post表示對動作對狀態(tài)改變的表現(xiàn)。從而得出一個結(jié)論：動作能夠表達(dá)系統(tǒng)所能夠提供的基本功能。為了表達(dá)更為復(fù)雜的系統(tǒng)功能,從而又用順序、選擇、并行、循環(huán)四種動作運(yùn)算來表示復(fù)合動作。

二、電力系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的統(tǒng)一建模方法

一般而言，可以將電力信息系統(tǒng)分為計算、通信、傳感三個部分，分別用于完成信息的處理、傳輸與采集等功能。這三個個部分共同決定電力信息系統(tǒng)的整

它的語義是：體性能。這里將基于有窮自動機(jī)、隨機(jī)過程、微分代數(shù)方程等理論首先為計算、通信與傳感系統(tǒng)分別建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，再將其與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型聯(lián)立起來以構(gòu)成比較完整的電力CPS數(shù)學(xué)模型。與電力系統(tǒng)類似，從整體上講電力信息系統(tǒng)模型也可以分為穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型兩類，并分別用代數(shù)方程組和微分方程組描述。信息系統(tǒng)建模與電力系統(tǒng)建模的不同之處在于信息系統(tǒng)通常存在若干種離散工作狀態(tài)，因此需要引入有窮自動機(jī)等數(shù)學(xué)工具處理離散工作狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。聯(lián)合采用微分代數(shù)方程組、有窮自動機(jī)和隨機(jī)過程理論，就可以構(gòu)成電力信息系統(tǒng)模型。由于信息系統(tǒng)模型和電力系統(tǒng)模型均以微分代數(shù)方程組為基礎(chǔ)，因此可以方便地將兩者聯(lián)立，形成電力CPS的統(tǒng)一模型。

三、電力信息系統(tǒng)風(fēng)險的特征

首先，客觀性和不確定性，由于電力信息系統(tǒng)風(fēng)險是客觀存在的事實，是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，所以發(fā)生在整個電力信息系統(tǒng)發(fā)展周期中風(fēng)險是時刻存在的，但又因其獨(dú)有的不確定性，在實際工作的處理方面存在著一定的難度；其次，多層次性和多樣性，信息系統(tǒng)風(fēng)險包括物理安全、邏輯安全和安全管理等多層次風(fēng)險。物理安全包括周界控制、區(qū)域訪問控制及區(qū)內(nèi)設(shè)施安全三大要素。邏輯安全包括信息的保密性、完整性和可用性。安全管理包括人員角色管理、系統(tǒng)管理、應(yīng)急管理等，因而所面臨的風(fēng)險多樣。然而可變性和動態(tài)性使電力信息系統(tǒng)風(fēng)險，隨信息技術(shù)發(fā)展而呈現(xiàn)動態(tài)性、可變性。在電力信息系統(tǒng)的發(fā)展和運(yùn)行過程中，由于采用了及時有效的措施而消除了某些風(fēng)險。有的風(fēng)險實際發(fā)生并得到處理，甚至發(fā)生次要風(fēng)險增大躍升為主要風(fēng)險的狀況。在每一個新階段都可能出現(xiàn)新的風(fēng)險。最后可測性、不確定性成為風(fēng)險的本質(zhì)，但這種不確定性不等于對風(fēng)險的全然不知。任何一種具體的風(fēng)險發(fā)生都是諸多風(fēng)險因素和其他因素共同作用的結(jié)果。通過對大量風(fēng)險事件資料的觀察和統(tǒng)計分析，可以發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動規(guī)律。由于信息系統(tǒng)風(fēng)險的多層次性和動態(tài)性，難以建立一個覆蓋全部安全問題的安全體系，同時考慮到安全投入費(fèi)用與被保護(hù)的資產(chǎn)價值保持應(yīng)有的一個恰當(dāng)?shù)谋壤虼酥荒芙⒁粋€適度的安全準(zhǔn)則。

四、電力信息系統(tǒng)的安全評估

電力信息系統(tǒng)中安全風(fēng)險因素的分析。首先，設(shè)S為電力信息系統(tǒng)所有安全風(fēng)險因素集合，通過劃分性質(zhì)，將性質(zhì)相近的因素分在一組，假設(shè)S中的因素為l組，即

式中的SI代表S中的第i組因素，i=1，2，......，N，。 然 后， 針 對S = 每個SI有n個風(fēng)險因素集，表示成SI這樣，將安全風(fēng)險因素集合分為多層次集合。最后，關(guān)于安全風(fēng)險指標(biāo)V，表示電力信息系統(tǒng)安全風(fēng)險發(fā)生時產(chǎn)生的后果對電力信息系統(tǒng)的影響程度。 ν ={V1,V2V3,KKVM}式中的m表示風(fēng)險指標(biāo)集的數(shù)目；vj表示安全風(fēng)險指標(biāo)，j=1,2,KK，m。確定安全風(fēng)險因素的權(quán)重系數(shù)，SI中各個因素相對安全風(fēng)險指標(biāo)集V的權(quán)重，系數(shù)可以用矩陣表示為式中: a I 1+aΙ2+....+aΙΝ=1,aΙn,我們可以依據(jù)SI中各因素對安全風(fēng)險影響的嚴(yán)重程度確定電力信息系統(tǒng)的安全風(fēng)險。

五、關(guān)于電力信息系統(tǒng)的安全防護(hù)

首先，建立電力信息安全組織體系，將責(zé)任制落實到個人，明確各管理部門的相關(guān)職責(zé)，各部門要各司其職的負(fù)責(zé)本部門的相關(guān)工作事項。規(guī)范對電力信息系統(tǒng)相關(guān)安全人員及其重要崗位人員的有效管理，實行電力信息安全責(zé)任追究制度；其次，建立健全安全技術(shù)規(guī)范，包括電力信息系統(tǒng)書安全規(guī)范、應(yīng)用軟件安全開發(fā)的規(guī)范、相關(guān)安全數(shù)據(jù)的備份規(guī)范等，為今后指導(dǎo)電力信息系統(tǒng)的安全開發(fā)工作提供制度保障；然后，建立健全相關(guān)安全管理制度，包括對人員的管理、機(jī)房的管理、設(shè)備的管理、技術(shù)資料的管理、操作的管理、開發(fā)與維護(hù)的管理等工作制度，為確保電力信息系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供技術(shù)基礎(chǔ)；最后，建立安全培訓(xùn)的相關(guān)機(jī)制。對所有相關(guān)工作人員進(jìn)行電力信息系統(tǒng)的安全基本知識、信息系統(tǒng)安全模型以及相關(guān)法律法規(guī)、安全產(chǎn)品的使用等方面進(jìn)行培訓(xùn)，強(qiáng)化相關(guān)工作人員的安全意識，提高電力信息系統(tǒng)的技術(shù)水平和管理水平，從而提高電力信息系統(tǒng)的整體安全水平。

結(jié)語

關(guān)于電力信息系統(tǒng)建模和安全評估的系統(tǒng)化方法的研究還在不斷的進(jìn)行中，將安全體系設(shè)計語言應(yīng)用于建立電力信息系統(tǒng)的抽象模型,利用科學(xué)合理的方法推測并嘗試多次建立模型，減少相關(guān)工作人員在參與安全體系設(shè)計工作時的主觀性。在實際工作中，我們可以通過對一些電力信息系統(tǒng)進(jìn)行實例分析后，不斷的總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，可以在一定程度上有效的驗證相對安全度指標(biāo)的有效性。最終達(dá)到推進(jìn)電力信息系統(tǒng)安全體系設(shè)計的理論化、定量化和計算機(jī)輔助化的進(jìn)程的目標(biāo)。電力信息系統(tǒng)中包括的信息資產(chǎn)以及物理資產(chǎn)，常常受到來自系統(tǒng)內(nèi)部、外部以及人為的安全威脅。我們在對電力信息系統(tǒng)建模的相關(guān)分析以安全評估的深入探究之后，可以制定出電力信息系統(tǒng)的安全防護(hù)戰(zhàn)略，明確電力信息系統(tǒng)的安全風(fēng)險分析與評估。為電力信息系統(tǒng)管理與使用部門采取相關(guān)的防護(hù)和管理工作提供了合理的思路。

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[3]伍曉平.電力信息應(yīng)用系統(tǒng)的安全性建設(shè).電力信息化，2004.2（07）.