考虑信息物理融合的电网信息风险模糊综合评估

栗安琪 李存斌

摘 要：随着电网中物理信息融合不断深入，信息层面的风险对物理层面安全的影响越来越大。考虑信息物理融合对电网的影响，从信息层面对电网风险进行分析，建立考虑信息物理融的电网信息风险评估指标体系。模型采用层次分析法确定指标权重，并引入三角模糊数减少评价专家主观上的不确定性和认识的模糊性，再结合模糊综合评判模型进行风险评估。最后通过算例说明了这种基于三角模糊数的模糊综合评判模型的可行性和有效性。

关键词：物理信息融合；模糊综合评判；三角模糊数；风险评估

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.32.097

0 引言

美国国家基金委员会2006 年首先提出信息物理融合系统（cyber physical system ，CPS）的概念。随着通讯技术、自动化技术、控制技术、传感测量技术的不断发展和引入，电网逐渐从原有单一的物理系统发展成为信息物理融合系统。将CPS引入电力系统，为实现电网智能化的发展提供了新的思路和途径。实现信息在电力系统内的双向流动和有效利用，可以提高对电力系统的感知和控制能力，提升电网信息感知、集成、共享和协同能力。但随着智能电网和能源互联网的发展，这种物理系统对信息系统耦合的依赖性逐渐加深，信息节点在电网调度运行中逐渐发挥重要作用，信息系统失效或受到攻击对电网所产生的影响也愈发显著，增加了电力系统的不确定性和复杂性，给信息物理融合电力系统带来了新的安全挑战。例如，2003 年美国加拿大大停电的一个重要原因是因信息系统失效而未能及时察觉并遏制连锁故障，2015年乌克兰电力系统遭到黑客恶意攻击变电站，导致持续数小时的大型停电事故。再比如，2019年3月委内瑞拉水电站遭受网络攻击导致大停电。

与物理层面相比，信息层面的攻击更为容易和隐蔽，造成连锁故障的可能性也更大。因此，电力物理信息融合系统中物理和信息空间之间的风险交互将是研究的重点。文献[2]考虑信息系统失效与遭受的攻击可能造成物理系统的能量损失，从能量损失角度对信息设备重要度的量化评估。文献[7]从信息空间风险传递，以及物理层与信息层交互两个方面分析了能源互联网风险传递研究现状。文献[8]考虑信息通信技术的深度融合给电力系统运行带来了不安全风险，提出了一种考虑信息系统可靠性的电网风险评估方法。文献[9]阐述了信息安全风险在电力CPS中跨空间传播的基本形式，并结合元胞自动机的理论建立了传播模型。文献[10]梳理了电力CPS研究现状，并从影响电力CPS连锁故障建模分析的四个方面阐述了复杂网络理论在电力CPS连锁故障研究中的应用。文献[11]从发、输、配、用四个环节梳理了网络攻击在电力信息物理系统中的典型场景，并做出总结与展望。

本文从信息层面出发，从自身和传递过程综合考虑风险因素，建立考虑信息物理融合的电网信息层面风险评估指标体系，基于层次分析和模糊综合评价对一个电力CPS进行风险评估。

1 风险评估指标体系

对信息安全风险造成重大电力事故的案例进行分析，并结合原有传统信息系统安全风险的研究，从客观和主观两大类进行分析，得出以下考虑信息物理融合的电网信息层面风险评估指标体系如表1所示。

2 评估模型

2.1 三角模糊数

在很多情况下，用以度量评价对象的各种评价指标都具有一定的模糊性，如“好”、“较好”、“较差”、“差”等，将这种模糊不确定的语言变量转化为确定的数值时，采用一个确定数的方法的准确度会降低，更常用的方法是不确定数，常见的不确定数有区间数、三角模糊数、梯形模糊数。目前最常用的是三角模糊数，其特征函数符合人的思维模式和指标的变化规律。

设a和c分别为模糊数的下限和上限，b为可能性最大的值，那么模糊数用（a，b，c）表示，其隶属函数为：

μx=xb-a-ab-a，x∈（a，b）xb-c-cb-c，x∈（a，b）0，其他

为表示方便，本文中采用“-”、“*”、“+”作为上标分别表示下限、最可能值和上限，即模糊数w=w-，w*，w+。

2.2 基于模糊综合评价法的风险评价模型

集成层次分析法与模糊综合评判法，将评价指标体系分成地接递阶层次结构，运用层次分析法确定各指标权重，然后分层次进行模糊综合评判，最后综合得出总的评价结果。并且，引入三角模糊数代替原有唯一的评价值，削弱了专家拟定参数的主观影响。

在应用改进模型进行信息风险评估前，需依据项目的风险评估指标体系，由相关专家对各个风险因素进行评价并确定因素权重，从而得到相应各级的模糊关系矩阵和权重向量。模型的具体步骤如下：

3 算例分析

选取某电网信息物理融合系统作为评价对象，确定其信息层面的风险指标体系和因素集U如表1所示，可知，n=4。确定所采用的评语集为V={极低风险，较低风险，中等风险，较高风险，极高风险}。请5位专家根据1～9标度法给出各因素集相对重要程度，下面以二级指标信息系统自身安全脆弱性的三个子指标为例说明计算过程。

在此，只列出一位专家的权重评价结果

4 结束语

本文在一般电网信息风险分析的基础上，综合考虑物理信息融合产生的传递过程的风险，并据此构建了考虑信息物理融合的电网信息层面风险评估指标体系。在此基础上，运行层次分析法对所建立的指标体系计算权重，并引入三角模糊数代替原有数值，避免了一致性检验的繁琐步骤，也减弱了专家主观意见的影响；再结合模糊综合评价模型建立了信息风险评价模型。最后由具体算例给出求解过程，也表明该模型具有一定的应用价值。

参考文献

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