基于网络指纹识别的电力系统应急调度动态控制技术

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(1.国网安徽亳州供电公司，安徽 亳州 236800； 2.中国矿业大学,江苏 徐州 221116)

0 引言

电力系统负责电能的消费与生产，能够同时完成发电、变电、输电、配电和用电等各项工作。电源点与负荷中心所处地区多数不同，难以将电能大量存储下来，电能的生产与消费很难达到平衡[1]。由于电力资源与中心资源有很大的不同，所以必须采取新的方式保持消费平衡。在电力系统中电力调度系统是重要的组成部分。随着计算机网络技术的飞速发展，人们对网络的依赖性越来越强，网络在为社会带来便利的同时，也带来了一系列问题，病毒和黑客随时都可能入侵网络系统，泄漏用户隐私。因此电力系统在运行时，要建立多种安全措施，确保数据和操作安全[2]。

传统的电力系统应急调度动态控制技术在认证用户信息时，多采用多重操作密码控制权限的方案，用户自己设定安全密码，计算机在确保识别到正确密码后才能开启工作模式[3]。密码识别存在很多弊端，容易被遗忘和窃取。作文静态数据的密码每次登陆时都会使用相同的验证信息，很容易被网络程序和监听设备盗取。因此基于用户密码的电力系统应急调度动态控制技术十分不安全[4]。

身份认证中的指纹识别技术已经成为应急调度控制技术中重要的组成环节，该技术具有安全性高，操作过程方便的优点，因此成为设计各类系统调动控制的首选技术[5]。综上所述，本文基于网络识别研究了一种新的电力系统应急调度动态控制技术，在传统的动态控制技术基础下进行改进，利用C/S架构、指纹模块、用户认证模块保存信息，客户端只有通过指纹识别才能进行页面浏览、数据访问、画面编辑以及其它的操作。采用网络指纹识别的电力系统应急调度控制技术具备很强的安全性，准确性强，工作效率高，该技术可以使电力系统达到自动化水平，不仅能够提高劳动生产率，同时也能增加经济效益，使电力系统更加稳定的维持工作。本文研究的应急调度动态控制技术具有十分广阔的前景，推动其应用可以带来很大的社会经济效益[6]。

1 电力系统应急调度动态控制技术架构研究

本文设计的应急调度动态控制技术符合电业局用户要求，引用指纹识别技术和自动化技术代替密码认证技术，有效实现身份认证和权限管理[7]。电力系统应急调度动态控制技术的架构平台如图1所示。

图1 电力系统应急调度动态控制技术架构

观察图1，电力系统应急调度动态控制技术由认证服务器、用户管理、用户权限设置、指纹登录和调度模块组成。其中，指纹认证平台是上述电力系统应急调度动态控制技术架构的核心部分，采用C/S架构控制用户信息。一旦出现问题时，用户必须要进行指纹识别，确保无误后才能进行数据访问和数据遥控工作。

传统的用户密码应急调度动态控制技术在控制电力系统时会设置多种安全分区方案，但是由于电力系统分布极其广泛，所以电网调度结果与实际情况有很大的差距。本文研究的指纹识别应急调度动态控制技术可以将电力系统的内部资源集中整合，通过一个客户端控制调度过程。此种方式不仅能够提高数据交换频率，也能有效加快工作速度，加强工作质量[8]。

电力系统在数据交换时会建立一个网络结构，数据在内部的传递方式有横向和纵向两种，同时建立不同的VPN，只有经过指纹识别后的安全数据才能对应分配进安全区域中。横向传递方式和纵向传递方式是两种不同的方式，不同地点的电力数据通过纵向方式进行控制，相同地点不同区域的电力数据通过横向方式进行控制。VPN调度方式具有很强的隔离性，安全区域的电力数据不能进行隔离调度[9]。

电力系统应急调度过程十分复杂，对其进行控制必须要建立不同的边界网络，在同一地点内形成一个相对的安全区，如图2所示。

图2 电力系统安全区

安全区在控制电力系统调度控制工作中起着关键性的作用，确保控制过程的环境安全、设备安全、传输介质安全、视频监听安全以及磁盘安全。

1)环境安全控制。选用GBCM7.5安全器控制环境，确保调度技术实现的环境温度为15℃～30℃之间，湿度维持在10%～80%，大气压力为108 KPa。

2)设备安全控制。控制设备的电源选用功率大且延时性强的电源，通过标准机柜和双机冗余服务器控制设备。电力系统在调度控制时一旦出现故障必须要做出自动切换，保证调度工作稳定运行。UPS电源必须要及时查看，防止漏液[10]。

3)传输介质安全控制。传输介质也是应急调度动态控制技术需要重点注意的问题，网线要选用双绞线控制，插头选用RJ45插头，排列方式为双向整齐排列。需要特别指出的是，双绞线所露区域不能超过10 mm，一旦露出区域超过10 mm，近端就会出现串扰，从而形成回拨损耗，控制效果将会大大下降。

4)视频监听安全控制。在控制电力系统的视频监听安全时，必须要采用变电站，控制内容包括运行环境和操作环境[11]。

5)磁盘安全控制。本文选用量化服务器控制磁盘安全，同时连接多个子系统，一台主机上通常要安装多个网卡，同时提供多种服务。多个主机连接还能侦查到对方的工作状况。主机借助共享磁盘运行，每个磁盘的容量都很大。磁盘将多种数据库服务器的信息存储下来，不仅能够节约投资，同时也能提高工作效率，确保技术在安全的环境下工作。磁盘阵列是控制磁盘安全最可靠的方案，在调度时，每一个数据库都会有一个磁盘记录内部电力数据，同时分析处理记录的数据，分析结果上传到中心系统中，与传统数据进行对比，寻找出最佳的调度方案。

在安全控制技术的辅助下，电力系统的资源应急调度变得十分可靠。

参照组:该组患者予以四联疗法,使用的药物为兰索拉唑,使用剂量为15mg,一天2次,阿莫西林,使用剂量为1000mg,一天2次,左氧氟沙星,使用剂量为200mg,一天2次,枸橼酸铋钾,使用剂量为220mg,一天2次。

2 电力系统应急调度动态控制技术工作流程设计

传统的基于用户密码识别的应急调度动态控制技术的工作流程十分繁琐复杂，如果一个环节出现问题，整个技术都将无法正常运行，控制工作的稳定性难以保证。基于指纹识别的应急调度动态控制技术的各个工作环节具有独立性，同时设定安全配比项目，当一个环节出现问题时，其它环节可以立即替换问题设备，确保控制工作安全稳定的运行[12]。

基于指纹识别的应急调度动态控制技术工作流程如图3所示。

图3 应急调度动态控制技术工作流程

对图3的工作流程进行系统地介绍：

第一步：建立电力资源路由选择表。调度数据的路由选择表遵循OSPF协议，采用拓扑协议定义电力路由器的调度方案。电力系统的不同设备之间要标出不同的标记值。在目的端点创建LSP指示图，分析电力系统各数据的分布状况。电力资源选择表通过虚拟电路操控，采用人工分配的方式调度电力数据。

第二步：数据包处理。借助LSR处理入局数据包，分析数据包中的电力数据属于哪种业务，不同业务的电力数据应急调度动态控制方式不同，做出的决策也不同。在得到处理结果后，LSR会贴上标题，数据包转发到中心系统，做进一步记录与分析。

第三步：标记替换。数据包的标记内容存在新内容和旧内容的区别，因此要定期排查，发现标记内容过于老旧时，要采取有效手段替换标记。在核心环节的中继段上，每个标记都要不断重复替换，确保控制工作顺利进行。

第四步：解除电力资源数据包标记，将数据包传给目的地，实现应急调度动态控制。在这一步骤中，需要建立一个专门的VPN网络，以便指纹识别，即VPN aware网络。VPN标识为32位，建立起来更加方便，当标识嵌入到IP包之后，VPN会形成一个新的IP地址，用户将指纹放入到这个IP地址中，就可以进行应急地调度。

相较于传统工作流程，本文设计的工作流程拥有非常强的优势：

1)安全性高。基于指纹识别的应急调度动态控制技术中的路由选用的是MD5路由，不仅支持防火墙技术，同时支持高层应用加密技术。

3)扩展范围广。软件同时采用BGP和MPLS进行扩展控制，使电力数据可以在短时间内进入新的网格中，CPU耗费很少，连接数量较低。

软件中加入了三种路由器操控电力系统的调度工作，分别为：用户边缘路由器(CE路由器)、运营商边缘路由器(PE路由器)、运营商骨干路由器(P路由器)，不同的路由器在连接到VPN之后发挥不同的作用，使控制工作更加灵活可靠。

3 实验研究

3.1 实验目的

为了检测本文设计的基于网络指纹识别技术的电力系统应急调度动态控制技术实际效果，与传统技术进行对比，进行了实验研究。

3.2 实验参数设置

设置实验参数如表1。

表1 实验参数

3.3 实验结果与分析

根据上述参数进行实验，选用传统的基于用户密码识别的电力系统应急调度动态控制技术和本文研究的基于网络指纹识别的电力系统应急调度动态动态控制技术进行对比实验，分析实验结果。

3.3.1 安全性实验结果

观察图4，控制时间不同，传统控制技术和本文控制技术的入侵信号数量不同。当控制时间为20 min时，在基于用户密码识别控制技术控制下的电力应急调度系统依旧受到大量入侵信号的干扰，入侵信号数量可以高达92个，在基于指纹识别控制技术控制下的电力应急调度系统也会受到大量入侵信号的干扰，入侵信号数量为60个。随着一段时间的工作后，入侵信号数量开始呈现下降趋势，但是基于用户密码识别的控制技术和基于网络指纹识别的控制技术入侵信号下降数量有很大的不同。当控制时间达到40 min时，利用用户密码识别的控制技术控制的电力应急调度系统信号入侵数量依然高达80个，但是利用指纹识别的控制技术的电力应急调度系统信号入侵数量为53个。在维持40分钟的控制后，基于用户密码识别的控制技术控制的电力系统入侵信号数量高居不下，在第60 min时，入侵信号数量依然为90个，而基于网络指纹识别的控制技术控制的电力系统入侵信号数量降到50个。从第80 min开始，基于网络指纹识别的控制技术控制的电力系统入侵信号数量开始出现很大程度的下降，当控制时间为80 min时，本文控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为42个，传统控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为93个；当控制时间为100 min时，本文控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为31个，传统控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为92个；当控制时间为120 min时，本文控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为28个，传统控制技术控制的电力系统入侵信号的数量为95个。

图4 安全性实验结果

3.3.2 控制时间实验结果

图5中的外层圈表示互调干扰频率，内层圈表示的是不同互调干扰频率对应的控制时间，其中下半部分对应的各个三角形为传统控制技术，上半部分对应的各个三角形为本文研究的控制技术。控制时间电力系统受到不同互调干扰频率影响时，需要的控制时间不同。整体来看，收到的互调干扰频率越大，所需要的控制时间越少，但是基于用户密码识别的控制技术和基于指纹识别的控制技术花费的时间不同。观察图5，当受到的互调干扰频率为50 Hz时，基于用户密码识别的控制技术所需控制时间为18 min，而基于指纹识别的控制技术所需控制时间为15 min；当受到的互调干扰频率为150 Hz时，基于用户密码识别的控制技术所需控制时间为17 min，而基于指纹识别的控制技术所需控制时间为13 min；当受到的互调干扰频率为250 Hz时，基于用户密码识别的控制技术所需控制时间为17 min，而基于指纹识别的控制技术所需控制时间为11 min；当受到的互调干扰频率为350 Hz时，基于用户密码识别的控制技术所需控制时间为16 min，而基于指纹识别的控制技术所需控制时间为5 min。

图5 控制时间实验结果

3.3.3 稳定性实验结果

稳定性受互调干扰级别影响，在不同的互调干扰级下，稳定性会有一些不同，上下会有一定的波动，但是波动值会稳定在固定的范围内。观察图6，基于网络识别的控制技术在控制电力系统过程中产生的波动较小，而基于用户密码识别的控制技术在控制电力系统过程中产生的波动较大，稳定性很差。当互调干扰级别为1时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为50%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为90%；当互调干扰级别为2时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为30%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为86%；当互调干扰级别为3时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为32%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为83%；当互调干扰级别为4时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为50%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为90%；当互调干扰级别为5时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为31%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为82%；当互调干扰级别为6时，基于用户密码识别的控制技术稳定性为30%，基于网络指纹识别的控制技术稳定性为82%。

图6 控制效果实验结果

3.4 实验结论

动态控制技术在控制电力系统应急调度工作时会受到多方面因素的影响，如：互调干扰频率、互调干扰级别以及外来信号入侵等。因此实验对这些变量进行控制，根据上述实验结果与分析，得到如下实验结论：在相同的控制时间下，利用用户密码识别控制技术的电力系统在进行动态控制时会有大量入侵信号侵入电力系统，影响控制效果，而利用指纹识别控制技术的电力系统在进行动态控制时，入侵信号数量开始出现明显的下降，控制时间延长到后期时，入侵信号数量可以达到完全没有。当互调干扰频率相同时，利用用户密码识别控制技术的电力系统需要花费极长的工作时间才能进行达到控制效果，而本文研究的利用指纹识别控制技术的电力系统在短时间内就能达到控制效果。在相同的互调干扰级别下，两种控制技术的稳定性也不同。基于用户密码识别的控制技术控制效果很差，稳定性不好，控制时产生的波动很大；而基于网络指纹识别的控制技术控制效果较好，稳定性比较高。

4 总结与展望

发展电力系统应急调度动态控制技术对于控制电力资源分配和管理有重要意义。基于用户密码识别的电力系统应急调度动态控制技术虽然会有一定的控制效果，但是已经难以满足目前电力系统的要求。网络指纹识别技术具有极高的智能性，是目前的新兴技术，在各个领域都有广阔的发展。基于网络识别技术研究了一种新的动态控制技术，相较于传统技术，该技术在控制时间和控制效率上都有很大程度的提高，控制时间可以有效缩短25%～30%，控制效率能够提高到50%以上，稳定性提高40%～60%。指纹识别技术安全性很高，虽然在控制过程也会受到其它因素影响，但是影响较小。基于网络指纹识别的电力系统应急调度动态控制技术在花费成本、资源投入和工作效率上都有明显的提高，是未来电力系统必然使用的技术之一，本研究对于电力系统发展有关键性的指导意义。