智能電網信息安全及其對電力系統生存性的影響

文/劉建輝，湖南電力工程咨詢有限公司

1 引言

智能電網的優勢受到了全球的關注，智能電網已經成為全球電網的發展趨勢。隨著信息技術在電網中的滲透，電網存在的信息安全問題也隨之而來。對此，從智能電網的特點分析入手，講述了智能電網信息網絡安全的重要性，了解智能電網面臨的信息安全及其對電力系統生存性的影響。

2 智能電網網絡特征

2.1 信息網絡存在安全問題：從現階段網絡發展水平來看，現在的信息網絡存在很多的安全問題。例如：盡管當下信息技術發展迅速，但信息網絡中仍然存在很多的已知的安全漏洞尚未得到有效的解決，并可能還會引起出現更多的漏洞。

2.2 電網的正常運行依賴于信息網：從電網正常運行過程中相互依賴關系來看，電網的正常運行嚴重的一來信息網。由于電力網中電源節點出力的調整及負荷節點的投切操作都必須依賴信息網絡才可以完成。如果信息網絡一旦出現停滯、崩潰或錯誤，電力網絡將無法正常運行。其次，雖然網絡的正常運行依賴于信息網絡電源支持，但因為重要的信息網絡往往會配備不間斷供電系統，信息網絡的短暫停電不會造成太大的影響。

2.3 信息網絡發生故障會造成大面積停電：以網絡故障的傳播特性角度來看，一旦信息網絡發生故障，就很容易造成大面積的停電現象出現。由于能量流動的成本遠遠大于信息流動的成本，這就造成電力網絡與信息網絡相比，沒有互連互通性，信息流可以在較大的范圍或是區域內頻繁進行交互，因此，信息網絡發生故障時所影響的范圍更加廣泛。

3 智能電網的重要性

智能電網指的是電網的智能化，也被稱作為“電網2.0”。智能電網是以集成、高速雙向通訊網絡為基礎，通過更加先進的方法和技術來實現電網智能化，這使得電網更加安全、可靠、高效。智能電網能夠節省傳統的電力建設用地，還可以減少由于停電而帶來的損失等等。因此，智能電網的到來可以滿足21世紀人們的日常用電需求，電網的智能化是時代發展的必然產物。

由于能源結構的不斷變化，使得我國的電網也變得越來越復雜。現階段，我國電網大力運用太陽能、風力來進行發電，由于太陽能和風能具有不穩定性，因為也給電網穩定性帶來了很大的挑戰。除此之外，由于有越來越多的電動車投入使用，也導致電網變得極其不穩定。為了保證電網的穩定性，就有必要對電網的通訊系統進行管理。

通信技術在給人們的生產和生活帶來方便的同時，也帶來了一定的安全隱患。例如：2011年的震網病毒，人們就意識到了網絡安全的重要性。在現階段的智能電網環境下，由于網絡黑客或者病毒的攻擊，很有可能導致停電，這對于人們的生活是非常不利的。因此，重視智能電網的安全問題在當下是十分重要的話題。

4 信息安全和電力系統生存性

通常來說，生存性指的是系統在出現故障、遭受攻擊或發生意外事故的時候，仍然可以及時完成任務的能力。未來的智能電網從宏觀的角度來看，將會演變為一個由電力網和信息網絡復雜交互網絡。在系統內部發生故障、惡意攻擊和自然災害等情況下，可能造成電網崩潰，進而導致大范圍停電事故。因此，為了保證電力系統的安全運行，不但要消除或控制電力系統信息新元素帶來的安全隱患，還從系統完整性的角度研究系統局部失效或攻擊后整個系統的生存性。信息安全對電力系統生存性的影響主要體現在以下兩點：

4.1 網絡間的功能耦合

信息網絡分布廣泛，需要有高度匹配的電網協同合作。在電力系統中，其功能的發揮幾乎完全依賴于信息網絡的服務。兩者之間的強耦合性，造成大范圍停電故障的可能性越來越大。如果有人故意破壞信息網絡中的重要節點，電力系統中重要的電廠就會出現停機的情況，線路過載將嚴重威脅電網的穩定性。總之，在智能電網中，電力系統和信息網絡間的故障具有互相轉化性。

4.2 網絡故障的傳播性

現階段已經研究的部分成果是有關于電力系統連鎖問題的，不過研究對象相對局限于電力系統內部傳播故障。在信息網和電網相互依賴的智能電網中，故障的散播方式各種各樣。對于相互依賴的兩個網絡來說，如果其中有一個網絡中的節點作廢，隨著這個過程在兩個網絡中交互出現，故障節點數將會迅速擴展，網絡中出現大面積的故障，最終整個網絡崩潰。

5 建議和對策

5.1 加強信息安全技術的研究

智能電網的信息安全可以通過信息采集、傳播處理和交互等環節保障實現。根據智能電表數據采集過程和存儲結果來研究數據加密、存儲、傳輸，進一步開展深化研究有限的網絡中防火墻技術、安全認證技術以及無線網絡中的安全傳輸協議，有效的完善網絡和信息安全預警、監測和應急處理平臺等的防護。

5.2 建立信息安全標準體系

目前，國外關于智能電網信息安全標準體系的研究已經步入了正軌，而且相比于我國更加先進。在加強研究、參考外國相關安全標準的同時，要充分了解我國的實際電網電網情況，由相關的信息安全專家來對我國信息安全標準體系實施科學、有效的規劃，由此指導擬定信息安全模范體制。

5.3 完善相關法律法規

建設智能電網會涉及到很多的領域，如：IT企業、電力企業和政府等。政府需要根據各方在智能電網中的作用來制定科學、合理的政策，通過出臺這些制定的政策，用來規定各方應該要承擔的責任和義務。除此之外，需要制定與之相應的法律，法律中明文規定各個當事人的行為，對于電力企業關鍵信息和用戶隱私的安全施以切實的保護，使智能電網可以實現更科學的建設和運營。

5.4 建立信息安全培訓體系

對大多數用戶來說，信息安全仍然是一個極其復雜的概念，在智能電網中，用戶作為一個參與數量最多的主體，其安全意識的強弱在很大程度上將直接影響著智能電網整體運行安全水平。因此，智能電網的信息安全依賴于信息安全系統的完善。

5.5 加強研究相互依存網絡相關理論

如上文所述，對相互依賴的網絡行為特征的全面把握是為了防止未來智能電網出現大面積停電故障的前提條件，因此需要研究和解決的關鍵科學問題有很多。如：相互依存網絡的動態和靜態特性的數學描述模型；相互依賴網絡故障傳播的理論和分析方法；相互依賴網絡的可靠性、脆弱性等指標評價體系。除此之外，不同國家和地區的電網和信息網絡的發展水平以及其網絡特點也是各不相同，需要結合實際的情況建模和分析。

6 結束語

今后的智能電網從整體上可以被看作是由信息網絡和電力網組成的一個相互依賴的符合網絡，智能電網的到來在帶來各種好處的同時也帶來了很多信息安全問題，其信息網絡的安全性和其對電力系統的安全運行所帶來的風險絕對不可忽略。本文通過對未來智能電網網絡結構特點的分析，闡述了信息網絡安全對于智能電網安全的重要性；分析了智能電網信息收集、傳輸和交互等每一環節的信息安全問題，并進一步根據相互依賴網絡的特點，分析了信息網絡安全對智能電網安全產生的影響；從研究關鍵技術、制定改進技術標準和完善政策法規等幾個方面提出了改進智能電網安全的建議。