电力通信网脆弱性分析

2023-08-21国网青海省电力公司信息通信公司王世梁

电力设备管理 2023年13期

国网青海省电力公司信息通信公司王世梁

1 电力通信网络的特点

一是可靠性要求高。由于电力系统对数据传输的实时性和准确性有很高的要求，因此在电力通信网中，保证数据能够及时、准确地传递是至关重要的。一旦出现故障或异常情况，将会给电网带来不可估量的损失。所以，电力通信网必须具备较强的容错能力和纠错性能，以确保其稳定运行[1]。

二是带宽需求大。随着智能化水平不断提高，电力系统对信息传输速度的要求也越来越高。特别是在配用电侧，大量的监测控制信号需要通过电力通信网进行远距离传输，这就要求电力通信网具有较大的带宽容量。

三是安全保密要求严。电力系统涉及国家能源战略安全等方面，因此电力通信网必须严格遵守相关法律法规及行业标准，保障数据的机密性和完整性。同时，还需采取有效措施防范恶意攻击和病毒入侵，保护电力通信网不受侵害。

2 电力通信网络的安全问题

在电力系统中，由于其自身特点和复杂性，存在着各种各样的安全隐患。例如，人为操作失误、设备老化故障等都会给电网带来不同程度的影响。同时，电力通信网也是一个开放的系统，与外界进行信息交换和数据共享，这就使得电力通信网更容易受到攻击和破坏。因此，对电力通信网的安全问题进行研究具有重要意义[2]。

针对电力通信网所面临的安全威胁，目前主要采用了以下几种防护措施：物理隔离技术、防火墙技术、入侵检测技术以及加密技术等。其中，物理隔离技术可以有效地将电力通信网与其他网络隔开，避免病毒或黑客的侵入；防火墙技术则能够通过设置访问控制策略来限制未经授权的访问行为；入侵检测技术则可以实时监测网络流量及日志记录，及时发现并处理恶意攻击行为；而加密技术则可以保障电力通信网传输过程中信息的机密性和完整性。

总之，电力通信网作为电力系统的重要组成部分，必须具备高度的安全性才能保证整个电力系统的正常运行。未来随着物联网、云计算等新技术的不断涌现，如何加强电力通信网的安全防范能力已经成为亟待解决的问题之一。

3 电力通信网络的脆弱性

电力通信网络的脆弱性是指其受到外部攻击、内部故障等因素而发生崩溃、瘫痪或者业务中断的概率。从本质上来讲，电力通信网络脆弱性可以分为物理层面和功能层面两个方面进行考虑。

一是物理层面的脆弱性主要包括自然灾害、设备损坏以及链路中断等问题。其中，自然灾害如洪水、地震等属于不可抗力因素；设备损坏则需要通过加强维护保养来减少损失；链路中断通常是由于人为破坏所致。二是功能层面的脆弱性主要表现为路由器配置错误、协议缺陷以及带宽不足等问题。例如，路由器配置错误可能会导致数据传输路径被篡改，进而引发一系列安全风险；协议缺陷则可能会引起数据丢失、延迟增加等后果；带宽不足则可能会限制网络性能并降低服务质量。

4 电力通信网脆弱性影响因素

在对电力通信网进行脆弱性评估时，需要考虑各种不同的影响因素。这些影响因素可以分为物理层面和逻辑层面两类。其中，物理层面包括了自然灾害、设备故障等不可抗力因素；而逻辑层面则包括了人为攻击、误操作等可控制因素。下面对这两种类型的影响因素分别进行详细介绍。

4.1 物理层面影响因素

自然灾害是导致电力通信网络出现中断或瘫痪的主要原因之一。例如，地震会造成传输线路损坏，洪水会冲毁机房设施等。因此，针对这一问题，提出了一种基于风险评估的电力通信网抗震加固方案。该方案通过建立完善的风险评估体系，能够准确地预测出可能发生的各类自然灾害，并提前采取相应措施予以防范。此外，设备故障也是电力通信网脆弱性的重要来源之一。例如，发电机组故障、光纤链路故障等都有可能导致数据传输中断或者业务质量下降。为了有效解决这类问题，建议采用备用设备冗余配置、定期巡检维护等手段来提高系统可靠性[3]。

4.2 逻辑层面影响因素

除了自然灾害和设备故障之外，人为攻击和误操作同样会给电力通信网带来极大威胁。例如，黑客入侵、病毒木马植入、内部人员篡改信息等都可能导致电力通信网陷入混乱甚至崩溃。为此，提出了一种基于安全策略的电力通信网安全防护方案。该方案通过部署专业的安全设备和制定严谨的安全策略，能够有效抵御来自外部和内部的各种恶意攻击行为。同时，加强员工培训和管理，严格执行规章制度，也有助于减少因人为因素导致的事故隐患。

5 电力通信网脆弱性分析模型

5.1 电力通信网脆弱性分析方法

在进行电力通信网的脆弱性评估时，需要选择合适的脆弱性分析方法。目前常用的有模糊综合评价法、层次分析法和主成分分析法等。下面将分别介绍这三种方法及其优缺点。

一是模糊综合评价法。该方法是一种基于模糊数学理论的多指标决策方法，能够有效地处理不确定信息，具有较强的适应能力和实用性。其基本步骤包括建立因素集、确定权重向量、构建模糊关系矩阵以及计算综合评价结果等。该方法适用于对各种类型的网络系统进行脆弱性评估，但由于其主观性较大，容易受到专家知识水平和经验的影响，因此需要慎重考虑。

对两组患者血糖控制效果、临床指标及并发症情况进行比较分析。临床指标含括：手术创口愈合时间、住院时间；并发症含括：泌尿系统感染、切口感染、呼吸道感染等。血糖指标：空腹7.3～9.0 mmol/L；餐后血糖8.0 mmol/L[4]。

二是层次分析法。该方法通过分层次构造判断矩阵并求解特征值与特征向量来实现多层次的数据分析和决策过程。该方法可以充分挖掘数据中隐含的规律，从而提高了评估的准确度。然而，当问题本身存在相互矛盾或不易量化时，可能导致最终结论不够可靠。

三是主成分分析法。该方法利用降维技术将高维复杂数据转化为低维简单数据，以便更好地理解和解释数据。同时，还可通过提取主要因子来简化问题结构，使得问题易于解决。该方法虽然较为烦琐，但能够保证评估结果的稳定性和可靠性。

综上所述，针对不同的研究对象和需求，应选取适当的脆弱性分析方法。此外，在实际应用中也需注意方法的局限性和改进空间，不断完善和优化脆弱性分析模型。

5.2 电力通信网脆弱性分析流程

在进行电力通信网脆弱性评估之前，需要先建立一个合理的脆弱性评价指标体系。该指标体系应包含影响电力通信网安全稳定运行的各种因素，并且能够全面、客观地反映出电力通信网所面临的风险和威胁程度。同时，为了保证评价结果更加准确可靠，还需确定相应的权重系数。本文采用层次分析法（AHP）来确定各层指标的权重系数，具体步骤如下。

第一步，构建递阶结构模型。将目标问题分解成若干个子问题或准则，形成一个多层次的结构模型。第二步，构造判断矩阵。对同一层次中的各个元素两两比较，以相对重要度为准则，得出对应的权重值。第三步，计算特征向量。通过归一化处理后得到每个元素的权重向量。第四步，一致性检验。当判断矩阵具有完全一致性时，可以结束运算；否则重新调整判断矩阵直至满足要求。第五步，计算综合权值。利用式Wi=λmaxw/∑j=lnwij 计算出各元素的组合拳值。第六步，计算脆弱性得分。将所有元素的组合拳值相乘即可得到整个系统的脆弱性得分。

5.3 电力通信网脆弱性分析指标

在对电力通信网进行脆弱性评估时，需要选取合适的指标来度量其脆弱程度。本文采用了以下几个方面的指标来衡量电力通信网的脆弱性。

一是节点度中心性：节点度中心性是指与该节点相连接的边数占总网络中实际存在的连边数目的比例。节点调度中心性越高，说明该节点在整个网络中扮演着越重要的角色，一旦出现故障或扰动，将会影响到整个系统的运行。因此，节点调度中心性可以作为一个有效的指标用于衡量电力通信网的脆弱性。

二是介数中心性：介数中心性是指某一节点在网络中所处位置的重要程度，即该节点连接其他节点的数量和的比重。介数中心性高的节点通常具有较强的控制能力和信息传递功能，能够更好地协调网络资源，保证网络正常运转。因此，介数中心性也可被用来衡量电力通信网的脆弱性。

三是紧密中心性：紧密中心性是指数据集中最短路径经过某个节点的频率。紧密中心性越高，说明该节点在网络中的作用越大，如果发生故障或扰动，将会导致更大范围内的网络通信中断。因此，紧密中心性也可用来衡量电力通信网的脆弱性。

四是平均路径长度：平均路径长度是指从源点到目标点所需的最短传输路径长度。较长的平均路径会增加数据包传输时间，降低网络效率，进而加剧网络的脆弱性。因此，平均路径长度也可被用作衡量电力通信网脆弱性的指标之一。

综上所述，以上四个指标均从不同角度反映了电力通信网的脆弱性特征，并且都是客观可靠、易于获取的定量化指标。通过这些指标的综合应用，可以全面准确地评价电力通信网的脆弱性水平，为进一步提高其稳定性和鲁棒性提供科学依据。

6 电力通信网脆弱性分析实例

本文采用特征指标评价法，对某些电力业务的重要性进行了评估，并以此为基础，对评估结果进行了验证，以证明该方法的可靠性。具体而言，本文采用的电力业务、特征指标、指标要和业务重要值见表1。

表1 部分电力业务及其对不同特征指标的要求

将表中的业务重要值序列代入到矩阵中，得到相应的重要值矩阵值A，最后得到结果：

Asum=[a1sum，a2sum，…a13sum]T=[62，61，38，59]T

计算Asum结果见表2。

表2 电力业务重要度评价结果

根据表2的数据，继电保护的重要性显著超过其他业务，并且随着电压等级的提升，其重要性也有所增加，这与实际情况一致。安稳系统、广域测量和调度自动化的发展为电力系统的安全运行提供了有效的支持，其重要性仅次于继电保护，并在评估结果中得到充分的反馈。通过实践发现，电力业务的特征指标的要求是客观的，不受个人的主观意愿的影响，因此，特征指标评估方法的准确性得到了有效的保障。经过严格的测试，发现使用特征指标来评估方法是准确的。