智能电网信息安全及其对电力系统生存性的影响

文/刘建辉，湖南电力工程咨询有限公司

1 引言

智能电网的优势受到了全球的关注，智能电网已经成为全球电网的发展趋势。随着信息技术在电网中的渗透，电网存在的信息安全问题也随之而来。对此，从智能电网的特点分析入手，讲述了智能电网信息网络安全的重要性，了解智能电网面临的信息安全及其对电力系统生存性的影响。

2 智能电网网络特征

2.1 信息网络存在安全问题：从现阶段网络发展水平来看，现在的信息网络存在很多的安全问题。例如：尽管当下信息技术发展迅速，但信息网络中仍然存在很多的已知的安全漏洞尚未得到有效的解决，并可能还会引起出现更多的漏洞。

2.2 电网的正常运行依赖于信息网：从电网正常运行过程中相互依赖关系来看，电网的正常运行严重的一来信息网。由于电力网中电源节点出力的调整及负荷节点的投切操作都必须依赖信息网络才可以完成。如果信息网络一旦出现停滞、崩溃或错误，电力网络将无法正常运行。其次，虽然网络的正常运行依赖于信息网络电源支持，但因为重要的信息网络往往会配备不间断供电系统，信息网络的短暂停电不会造成太大的影响。

2.3 信息网络发生故障会造成大面积停电：以网络故障的传播特性角度来看，一旦信息网络发生故障，就很容易造成大面积的停电现象出现。由于能量流动的成本远远大于信息流动的成本，这就造成电力网络与信息网络相比，没有互连互通性，信息流可以在较大的范围或是区域内频繁进行交互，因此，信息网络发生故障时所影响的范围更加广泛。

3 智能电网的重要性

智能电网指的是电网的智能化，也被称作为“电网2.0”。智能电网是以集成、高速双向通讯网络为基础，通过更加先进的方法和技术来实现电网智能化，这使得电网更加安全、可靠、高效。智能电网能够节省传统的电力建设用地，还可以减少由于停电而带来的损失等等。因此，智能电网的到来可以满足21世纪人们的日常用电需求，电网的智能化是时代发展的必然产物。

由于能源结构的不断变化，使得我国的电网也变得越来越复杂。现阶段，我国电网大力运用太阳能、风力来进行发电，由于太阳能和风能具有不稳定性，因为也给电网稳定性带来了很大的挑战。除此之外，由于有越来越多的电动车投入使用，也导致电网变得极其不稳定。为了保证电网的稳定性，就有必要对电网的通讯系统进行管理。

通信技术在给人们的生产和生活带来方便的同时，也带来了一定的安全隐患。例如：2011年的震网病毒，人们就意识到了网络安全的重要性。在现阶段的智能电网环境下，由于网络黑客或者病毒的攻击，很有可能导致停电，这对于人们的生活是非常不利的。因此，重视智能电网的安全问题在当下是十分重要的话题。

4 信息安全和电力系统生存性

通常来说，生存性指的是系统在出现故障、遭受攻击或发生意外事故的时候，仍然可以及时完成任务的能力。未来的智能电网从宏观的角度来看，将会演变为一个由电力网和信息网络复杂交互网络。在系统内部发生故障、恶意攻击和自然灾害等情况下，可能造成电网崩溃，进而导致大范围停电事故。因此，为了保证电力系统的安全运行，不但要消除或控制电力系统信息新元素带来的安全隐患，还从系统完整性的角度研究系统局部失效或攻击后整个系统的生存性。信息安全对电力系统生存性的影响主要体现在以下两点：

4.1 网络间的功能耦合

信息网络分布广泛，需要有高度匹配的电网协同合作。在电力系统中，其功能的发挥几乎完全依赖于信息网络的服务。两者之间的强耦合性，造成大范围停电故障的可能性越来越大。如果有人故意破坏信息网络中的重要节点，电力系统中重要的电厂就会出现停机的情况，线路过载将严重威胁电网的稳定性。总之，在智能电网中，电力系统和信息网络间的故障具有互相转化性。

4.2 网络故障的传播性

现阶段已经研究的部分成果是有关于电力系统连锁问题的，不过研究对象相对局限于电力系统内部传播故障。在信息网和电网相互依赖的智能电网中，故障的散播方式各种各样。对于相互依赖的两个网络来说，如果其中有一个网络中的节点作废，随着这个过程在两个网络中交互出现，故障节点数将会迅速扩展，网络中出现大面积的故障，最终整个网络崩溃。

5 建议和对策

5.1 加强信息安全技术的研究

智能电网的信息安全可以通过信息采集、传播处理和交互等环节保障实现。根据智能电表数据采集过程和存储结果来研究数据加密、存储、传输，进一步开展深化研究有限的网络中防火墙技术、安全认证技术以及无线网络中的安全传输协议，有效的完善网络和信息安全预警、监测和应急处理平台等的防护。

5.2 建立信息安全标准体系

目前，国外关于智能电网信息安全标准体系的研究已经步入了正轨，而且相比于我国更加先进。在加强研究、参考外国相关安全标准的同时，要充分了解我国的实际电网电网情况，由相关的信息安全专家来对我国信息安全标准体系实施科学、有效的规划，由此指导拟定信息安全模范体制。

5.3 完善相关法律法规

建设智能电网会涉及到很多的领域，如：IT企业、电力企业和政府等。政府需要根据各方在智能电网中的作用来制定科学、合理的政策，通过出台这些制定的政策，用来规定各方应该要承担的责任和义务。除此之外，需要制定与之相应的法律，法律中明文规定各个当事人的行为，对于电力企业关键信息和用户隐私的安全施以切实的保护，使智能电网可以实现更科学的建设和运营。

5.4 建立信息安全培训体系

对大多数用户来说，信息安全仍然是一个极其复杂的概念，在智能电网中，用户作为一个参与数量最多的主体，其安全意识的强弱在很大程度上将直接影响着智能电网整体运行安全水平。因此，智能电网的信息安全依赖于信息安全系统的完善。

5.5 加强研究相互依存网络相关理论

如上文所述，对相互依赖的网络行为特征的全面把握是为了防止未来智能电网出现大面积停电故障的前提条件，因此需要研究和解决的关键科学问题有很多。如：相互依存网络的动态和静态特性的数学描述模型；相互依赖网络故障传播的理论和分析方法；相互依赖网络的可靠性、脆弱性等指标评价体系。除此之外，不同国家和地区的电网和信息网络的发展水平以及其网络特点也是各不相同，需要结合实际的情况建模和分析。

6 结束语

今后的智能电网从整体上可以被看作是由信息网络和电力网组成的一个相互依赖的符合网络，智能电网的到来在带来各种好处的同时也带来了很多信息安全问题，其信息网络的安全性和其对电力系统的安全运行所带来的风险绝对不可忽略。本文通过对未来智能电网网络结构特点的分析，阐述了信息网络安全对于智能电网安全的重要性；分析了智能电网信息收集、传输和交互等每一环节的信息安全问题，并进一步根据相互依赖网络的特点，分析了信息网络安全对智能电网安全产生的影响；从研究关键技术、制定改进技术标准和完善政策法规等几个方面提出了改进智能电网安全的建议。