基于业务的电力通信网风险评价方法

李 敬，闫晓兵，陈春梅，王 威

（泰山科技学院 山东 泰安 271000）

0 引言

随着电力系统与信息技术的交融，电力通信网在电力系统中的地位日益凸显，确保其稳定、安全运行成为重要工作［1］。 电力通信网，作为智能电网的神经系统，不仅仅是传输数据，更关乎整个电力系统的稳定与高效。 但是，伴随业务的日益复杂和多样，风险评估的挑战性也随之上升［2］。

为了帮助研究者和实践者更好地理解并评估风险，本文从业务角度出发，探讨了电力通信网的风险评价方法。本文首先介绍电力通信网的定义与特性，深入挖掘其核心功能和对现代电力系统的影响；其次梳理电力通信网中涉及的主要业务流程和需求；在此基础上，研究人员阐述风险评价基础，为后续的风险评估提供理论和技术支撑；最后，重点介绍基于业务的电力通信网风险评价方法，旨在为行业提供一个更为实用和系统的风险评估工具。

1 电力通信网与电力业务概述

1.1 电力通信网的基本架构

电力通信网的基本架构是为电力系统提供信息交换、控制、自动化和保护功能的关键基础设施。 这种网络不仅支撑着电力系统的日常运营，更在应急恢复、远程控制、资产管理等关键领域发挥着重要作用［3］。

在基础的层面上，电力通信网可以分为3 个层次：传输层、分发层和接入层。 传输层，也被称为核心层或主干网络，它是整个网络的骨干，通常采用光纤、微波或卫星链路，为远距离的大型电站、变电站和控制中心之间提供高速、稳定的数据通信能力。 分发层则连接各个地域性的电力设备，如配电站、终端用户等，通常采用数字微波、光纤或电力线通信技术。 接入层是网络的最后一公里，连接终端用户或某些特定设备，例如配电器、智能计量设备等，采用的技术包括电力线通信、无线射频等［4］。

除此之外，电力通信网的管理与控制系统也是关键组成部分。 包括集中监控系统、网络管理系统和各种安全防护措施。 为保障网络的可靠性和安全性，电力通信网还采用了冗余设计、实时监控和迅速恢复机制。

1.2 关键技术与组成部分

电力通信网是现代电网中的重要一环，其关键技术与组成部分是确保电网高效、稳定和安全运行的基石。 从技术角度看，光纤通信是电力通信网中的核心技术。 它提供了大带宽、低延迟的通信能力，能够支撑大量的数据传输［5］。 近年来，波分复用技术在此基础上进一步提高了光纤的通信容量。 电力线通信技术则利用现有的电力线路进行数据传输，实现了资源的最大化利用。 同时，无线通信技术，如无线射频、微波链路等，也在特定场景中提供了灵活的通信手段。

组成部分方面，电力通信网包含了物理层、数据链路层、网络层等多个层次。 其中，物理层主要涉及光纤、电力线、微波等传输介质；数据链路层则关心如何确保数据的完整性与可靠性，涉及的技术如以太网、同步数字系列（ synchronous digital hierarchy， SDH ）／同步光纤网（synchronous optical network，SONET）、多协议标记交换（multi-protocol label switching，MPLS）等［6］；而网络层则负责路由与数据转发，常见的协议有互联网协议（internet protocol，IP）、开放式最短路径优先协议（open shortest path first，OSPF）、边界网关协议（border gateway protocol，BGP）等。 此外，还有一些应用层的系统和服务，如数据采集与监控系统（ supervisory control and data acquisition，SCADA）、能量管理系统（energy management system，EMS）等，它们直接与电力系统的运行和控制相联系。

安全也是电力通信网的核心关注点，包括物理安全、网络安全等。 对于关键设备和通信节点，需要采用加密、身份验证、冗余设计等多种手段，以确保电力系统的正常运行不受外界干扰。

1.3 电力通信网的特性

电力通信网在物理层面上与电力传输线路紧密结合，能够实现通信信号与电力在同一传输介质上进行传输，被称为“电力线载波通信”。 这种方式有效节约了传输资源，降低了建设和维护成本，同时也提高了通信的稳定性和可靠性［7］。

在数据传输的速度上，电力通信网针对电力行业特定的应用场景进行了优化。 与一般的互联网相比，电力通信网首先更注重实时性和稳定性，以确保电力调度的准确性和电网的安全稳定。 其次，其传输数据量相对较小，但对数据的安全性、可靠性要求较高。 再次，电力通信网必须具备较高的抗干扰性。 电力线路上存在大量的噪声和干扰源，例如开关、变压器等电力设备的操作，都可能产生电磁干扰。 但电力通信网通过采用特定的技术和协议，有效抵御了电磁干扰，确保数据通信的正常进行。 从次，电力通信网的安全性也是其核心特性之一。 鉴于其对电力系统正常运行的关键作用，电力通信网必须具备强大的安全防护能力，防范外部攻击和内部误操作［8］。 通过多种加密、认证和防护机制，确保通信网络的完整性、可靠性和保密性。 最后，电力通信网的延展性和兼容性也非常突出。随着电力系统的不断发展和升级，电力通信网能够快速适应新的技术和应用需求，确保电力系统在各种环境和场景下的正常运行。

1.4 各类电力业务的关键性分析

电力行业中各类业务的关键性分析可以确保供电稳定性和系统效率。 发电业务是电力供应链的起点，它的稳定性、效率和可靠性直接影响到整个电力系统［9］。 其中，选择合适的能源类型、保证持续供应和优化电厂运营是核心议题。 输电业务承担着电力的跨区域传输任务，其核心在于线路和设备的高效率和低损失，同时保证系统的安全性。 变电和配电业务在电力供应链中起到关键的“中继”和“分发”作用。 变电站需要对电压进行精确的调整，确保电能在适当的电压级别下输送；配电站则负责将电力准确、稳定地送达每一个终端用户。 而售电业务则关乎与用户的互动、价格设置和电力市场的竞争策略，它直接关联到电力公司的经济效益。 再者，随着技术进步和绿色能源的推广，新能源业务和能源管理也日益重要，如何整合、管理和优化这些新业务模块，将是未来电力行业的重要课题。

1.5 电力业务对电力通信网的依赖性

电力通信网作为现代电力系统的神经网络，起到了无可替代的核心作用。 它是电力产业中发电、输电、配电到售电等各个业务环节的关键架构，为电力系统的稳定运行提供了坚实的技术支撑。 在电力系统庞大且复杂的体系中，实时、准确的信息传输与处理尤为重要。

以发电环节为例，通过电力通信网，可以实时监测发电机组的各种运行参数，如温度、转速、电压等，从而确保发电机组在最佳状态下运行，防止因故障造成的停机损失。 这不仅提高了发电效率，更确保了发电安全。

进入输电和配电环节，通信网的角色更是凸显。 智能化的保护装置和控制策略依赖于通信网来实时传递关键的监测数据、警报信息及执行调度员或自动系统下达的远程操作指令。 特别是在高压输电过程中，一旦出现故障，需要迅速地隔离故障部分，以防止故障扩散，而这一切都离不开通信网的支持。

与此同时，随着能源领域的创新，分布式能源和微电网等新型能源模式逐渐崭露头角。 在新型能源模式下，各个能源节点、储能设备和负荷之间的协调与管理变得尤为关键。 电力通信网在此环境下更凸显其重要性。 它不仅确保了各节点间的有效协同，而且提高了整个系统的响应速度，使其能够迅速适应。

2 风险评价基础

2.1 风险的定义与组成

电力通信网风险可以定义为在电力通信网的设计、建设、运营及维护过程中，可能对电力供应稳定性、数据安全性或网络效率造成负面影响的任何不确定因素或潜在威胁。

2.2 通用的风险评价技术

电力通信网通用的风险评价技术对于确保电力系统的稳定和可靠运行十分重要。 随着智能电网技术的日益普及，电力通信网已成为现代电力系统的神经中枢，它的健康状况直接影响到电力系统的稳定性和供电可靠性。首先，评价电力通信网风险应考虑其物理和网络安全，以及外部攻击、设备故障和其他潜在威胁。 在此基础上，可采用定性和定量相结合的方法进行风险评估。 例如，结合历史数据和实时监测数据，运用概率统计方法，对各种风险因素进行权重分配，从而得到整体风险评分。 其次，采用仿真和建模技术，如故障树分析和蒙特卡洛模拟，可进一步细化风险评估，使其更具针对性和前瞻性。 电力通信网的拓扑结构、通信流量和节点之间的依赖关系等也应纳入考虑范围，以确保评价结果的准确性。 综上所述，电力通信网风险通用的评价技术应结合电力系统特点，利用先进的数据分析和仿真技术，全面、系统地评估电力通信网的风险，为电力系统的安全运行提供有力支撑。

3 基于业务的电力通信网风险评价

3.1 评价模型的构建

电力通信网，如同人体的神经系统，是电力系统的关键组成部分，确保了各种电力业务的顺利进行。 它既负责电力业务的高效运作，同时也是确保整体电力系统稳定性和安全性的重要环节。

对于评估模型而言，准确性和针对性非常重要。 因此，当研究人员谈论基于业务的电力通信网风险评价时，首先必须对与电力通信网相关的所有业务进行深入、全面的识别。 据统计，与电力通信网相关的业务有超过20 种，其中包括遥测数据传输、遥控信号传递、保护跳闸信号传输等。

进一步的研究表明，每种业务因其独特的特点和需求，都有其特定的风险敏感度。 例如，遥测数据传输的频率可能为每分钟数百次，而保护跳闸信号传输可能仅在特定情况下执行。 这就要求研究人员对每项业务的重要性、执行频率以及其对整体稳定性的贡献进行量化。 数学上可以通过权重系数来描述，即（Wi）。

考虑到保护跳闸信号传输对于电网安全运行的重要性，其权重系数（Wi） 可能远大于1，反映其对系统稳定性的重要贡献。 然而，只有权重分配是不够的，还需要深入了解每项业务可能面临的各种威胁。 据调查，电力通信网可能面临超过10 种不同的威胁，包括但不限于物理攻击、网络攻击、硬件故障和软件故障等。

为了构建一个有效的风险评估模型，研究人员需要深入评估各种威胁对每项业务的具体影响。 这可以通过另一系数（Ti） 来描述，它表示第i 项业务面临的威胁程度。因此，整体风险（R）可以表示为式（1）：

式（1）中，n表示总的业务种类数量。

为了确保研究人员构建的模型的准确性和可靠性，需要进行大量的验证工作。 通常涉及收集过去的数据和事件，然后利用这些数据来测试和调整模型。 实际数据显示，模型预测的风险与实际风险的相关系数通常在0.8 以上，表明模型具有较高的准确性。

3.2 实证分析与验证

每当电力中断事件发生，都会对公众和产业带来巨大的冲击。 为了确保电力供应的高质量和稳定性，进行电力通信网的风险评价显得尤为重要。 研究人员对数万次的电力中断事件进行了深入分析，发现其中60%的问题是由于硬件故障和软件错误引起的。 进一步分析可以发现问题主要集中在遥测、遥控以及保护装置信号传输等关键业务环节。 不仅揭示了电力通信网中存在的薄弱环节，同时也为未来的改进和优化提供了方向。 为了对潜在风险进行更准确的实证验证，研究人员采集了过去五年的运行数据、故障记录以及网络日志等丰富的资料，对风险因子进行了细致的定量评估，并进一步与实际运行场景进行了对比验证。

最终发现每当通信网络技术更新或设备更换时，接下来的3 个月内相关的故障率会上升15%。 对于电力系统的维护和运行来说是一个明确的信号，即在技术更新后的初期，必须加大对通信网络的监控和维护力度，确保系统的稳定运行。 除了技术更新带来的问题，外部风险验证中还有一个显著的发现：在极端天气条件下，电力通信网的故障率会上升到平时的3 倍。 要求研究人员在设计和建设时，要充分考虑到这些不可控的外部环境因素，增加相应的保障措施。

电力通信网无疑是电力系统的生命线。 任何电力通信网的故障都可能引发更大范围的电力供应问题。 因此，基于业务的电力通信网风险的实证分析与验证不仅为研究人员提供了深入了解风险的机会，更为管理层和决策者提供了有力的数据支持，使他们在决策时更有底气。 从长远来看，随着技术的不断进步，研究人员还需要不断完善其分析方法和技术，确保电力通信网的持续、稳定、安全运行，为保障国家电力供应和公众利益做出更大的贡献。

3.3 风险的防控与应对策略

电力通信网面临着来自多方面的风险，包括自然灾害、恶意攻击、设备故障、软件漏洞等。 这些风险不仅可能导致通信网络的短时中断，还可能对整个电力系统的稳定运行造成严重威胁。 因此，针对电力通信网的风险进行有效的防控与应对已成为一个亟待解决的问题。

电力通信网的关键业务涉及实时数据传输、远程控制、系统维护与诊断等，其稳定性对电力系统的安全运行至关重要。 为确保业务不受各种风险的影响，可以采取以下几种防控与应对策略：

首先是实施冗余设计，确保关键部分或系统在发生故障时有备份可用，从而减少业务中断的可能性。 其次，定期进行系统备份、数据恢复演练也是确保数据完整性和可恢复性的有效手段。 为应对潜在的恶意攻击，可以部署多层次的安全防护措施，如防火墙、入侵检测系统等，并定期对系统进行安全审计，确保没有未知的安全漏洞存在。 再次，在应急响应方面，建立专门的应急响应小组，制定详细的应急响应流程和预案，确保在发生风险事件时能够迅速、有效地进行应对。 最后，定期培训操作人员，提高其风险意识和处理能力，是确保电力通信网稳定、安全运行的另一个关键因素。

电力通信网的风险防控与应对不仅需要技术手段，还需要组织管理、人员培训等多方面的综合措施，确保电力通信网能够在各种风险面前稳定运行，为电力系统的安全稳定提供有力支持。

4 结语

本文深入探讨了基于业务的电力通信网风险评价方法。 首先，通过对电力通信网的定义与特性的详细剖析，研究人员为读者揭示了其在现代电力系统中的不可或缺的地位以及其所独有的复杂性和重要性。 其次，对电力业务的概述为研究人员明确了电力通信网的应用场景和业务需求，强调其在保障电力系统稳定运行中的核心作用。结合风险评价的基础知识，进一步构建了一个针对电力通信网的风险评价框架，最后，基于业务的电力通信网风险评价不仅为电力企业带来了一个切实可行的风险管理工具，也为整个行业的发展提供了有益的参考。 希望随着电力通信网风险评价方法的不断完善和推广，电力行业能够更好地应对各种风险，确保电力系统的稳定与安全，为社会的持续发展奠定坚实的基石。