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以美国为首的发达国家提出了“电网现代化”的号召,从而在全世界范围内掀起了一股研究“智能电网”的热潮。
2.2课题研究的目的
智能电网是21世纪电力系统的一场深刻革命,是信息和通信技术、控制技术、电力电子技术、智能化技术在电力系统中的应用。
它的提出和发展是时代的产物,它将彻底改变电网的运行模式和人们的用电方式,并以电网为媒介实现全社会资源的优化配置和有效利用,提升国家的能源安全水平,社会效益和经济效益巨大。
3.信息资源检索
3.1通过试检索确定检索词、拟定检索式。
(20分)
中文:
篇名:
智能电网;
主题:
网络安全
外文:
smartgridandnetworksecurity
3.2中文信息资源检索
期刊论文
电子图书
学位论文
中国知网
27
4
篇名=智能电网(精确)并且主题=网络安全(精确)
万方数据库资源系统
30
3
题名或关键词:
("
智能电网"
)*主题:
网络安全"
)*Date:
-2013
维普中文
20
题名或关键词=智能电网与关键词=网络安全与范围=全部期刊
3.3外文信息资源检索。
ENPS(万方数据)
44
smartgrid"
(networksecurity)*Date:
SpringLink[西文电子期刊]
1088
2
Smartgridandnetworksecurity
4.文献综述
见下文:
智能电网网络安全综述
顾礼峰
(南京工程学院江苏南京)
摘要
智能电网已经成为研究关注的热点。
通信和信息技术是实现智能电网的核心基础技术,所以探讨智能电网信息安全变得至关重要,电力信息的安全支撑电力系统的安全可靠运行。
随着局域网和广域网应用于电力通信网中,信息安全有恶化的趋势,许多电力企业应用如身份认证,密码技术,防病毒技术和入侵检测技术等进行安全防护。
本文对智能电网信息安全性进行了分析了,并提出了信息安全纵深防护策略,选用信息风险评估的方法,从影响电力信息安全的各风险因素入手,应用量化模型和风险计算方法,得出有参考价值的风险值。
结果表明此方法有很高的可行性,对电力通信系统的风险管理有很好的指导意义。
关键字:
网络安全;
智能变电站;
电力通信网;
文献综述
Abstract
Smartgridhasbeingbecomingthefocusofresearch,especiallyfortheintelligentpowergridandthedifficultyofdevelopmentprospectarediscussed.Comparetheaspectofthedevelopmentofdomesticandforeignintelligencegrid,andanalysisthetrendofintelligentpowergridinourcountry.Communicationandinformationtechnologyisthecoreandbasedtechnologyofintelligentpowergrid.Thediscussionofintelligentnetworkinformationsecurityisveryimportant,andthesafetyofelectricpowerinformationisthebasistothesafeandreliableoperationofthepowersystem.
AsLANsandWANsusedinelectricpowercommunicationnetwork,theinformationsafetyisbecomingdeteriorate.Manyelectricpowerenterpriseapplicatessuchasidentityauthentication,thepasswordtechniques,anti-virustechnologyandintrusiondetectiontechnologytomakeprotection.Thisarticlechoosethemethodofinformationriskassessment,putforwardthedepthoftheinformationsecurityprotectionstrategyandstartwiththedifferentkindsofelementthatinfluenttheimformationsecurity,byusingquantitativemodelandriskcalculationmethod,andtheresultsshowthatthemethodisveryhigh,thefeasibilityofelectricpowercommunicationsystemoftheriskmanagementofthegoodguidancesignificance.
Keywords:
smartgrid;
networksecurity;
smartsubstation;
electricpowercommunicationnetworks;
reviewoftheliterature
一、引言
近20年来,由于经济的迅猛发展,能满足用户类别的多样化、用电时段性、安全性、互动性等特征的电力系统就成为人们一直追求的理想目标。
随着科技的曰益更新,很大程度上推动了电力系统就的发展,由于传统的电网系统不仅不能适应新时代的需求,而且也不利于电力系统的发展,因此在这种背景下,智能电网就相应的出现了。
在当今社会中,一旦出现大面积停电事件就会立刻受到人们广泛的关注,但是,多年以来如何有效的解决这个问题上一直困扰着人们。
基于以太网的无缝通信,未来的变电站主要有以下几个部分来实现:
间隔层、变电站层、过程层,其中的电子设备也将告别传统的设备,达到数字化、信息化、自动化及智能化功能,与此同时,也为电力系统在安全、可靠及稳定性能上提出了更高的要求,主要可以分为以下几个方面:
1.由于变电站通信系统的更新,逐步向着智能数字和网络化迈进,尤其是在IEC61850标准的颁布之后,基于网络环境对电力设备操作过程中,将会以全新的安全模式来防止失误的发生,这种模式主要是通过对操作用户的访问行为进行规范,确保信息在传输过程中能够保持实时性、安全性,加上对关在线逻辑进行闭锁来达到安全保障。
2.由于传统的变电站内的防误闭锁范围有限,局限性较大,对于得到电力界广泛认可的广域安全防御框架来说,设计和发展智能电网是未来发展趋势,因此在电力系统自动化中,基于以太网系统的安全系统成为了研究最新的热点方向。
变电站通信系统和基于TCP/IP协议的信息系统两者之间结合越来越紧密,由于网络的使用,使变电站通信系统比传统更加开放,而且对于远程接入更加便捷,但是方便的同时也会相应带来隐患,变电站通信系统也因此面临更多网络上的信息安全威胁,例如一些计算机病毒、网络病毒、数据操纵等,甚至有可能会破坏整个控制系统的正常运行。
因此我们需要对变电站通信系统的信息安全问题进行研究分析,为基于控制网络的系统控制性能和功能的破坏而制定相应对策,同时还需要对信息系统进行科学的风险评估,通过得到的结果来总结出系统的弱点和容易受到的威胁及其可能产生的风险大小。
因此对电力通信网进行风险评估,不仅可以防止一些破坏事件的产生,对电网的运行安全起到保障作用,而且还可以提高电力通信部门的网络管理水平。
二、智能电网简介
18世纪以来,人类社会经历了从蒸汽时代到信息时代经历了三次科技革命,推动社会依次进入蒸汽化时代、电气化时代和信息化时代。
当下,社会发展的显现出智能化的特征,一个新的智能时代正向我们走来。
纵览世界电网一百多年发展历史,各国电网经历了一个从无到有、从弱到强、从独立电网到互联电网的演变进程,电网营运控制的智能化、信息化程度日益提升。
即使各个国家在电网发展的技术革新方向、标准规范等方面存在差异,但总体目标和基本要求是相似的,那就是要保证电力供应的安全性、可靠性、优质性、高效性。
21世纪以来,当今社会与经济高速发展对电力系统提出的更新更高要求和计算机、电力电子等新兴技术的广泛应用,使我们重新审视过去电网建设的模式及探讨未来电网的发展新方向变得迫切,那么智能电网正是对这一问题思考、研究的成果。
发展智能电网技术将给电力系统带来一场前所未有深刻的变革.在2009年5月特高压输电国际会议上,中国国家电网公司首次提出了电网战略目标和发展思路,即建设坚强智能电网我们有两点基本认识在坚强智能电网上:
首先“坚强”与“智能”是未来电网必不可少的显著特征。
我们把结构合理、运行可靠而且具有强大的资源配置能力和抵御风险能力的电网称其为“坚强”。
把运行控制高效灵活而且具备高自动化水平和高自适应能力的电网称之为“智能”。
坚强乃智能电网的基础,智能是保证了坚强电网各项功效充分发挥的关键,相互依存,相互协调。
其次,座强智能电网是一个高智能化程度的完备电力系统。
协调好各环节的发展,才能充分发挥智能电网的整体功能和突出优势。
我国能源资源与消费地理分布极不平衡,能源主要分布在西部和北部地区,七成以上的能源需求来自东中部地区,能源存储基地与负荷中心相距甚远。
然而中国能源需求快速增长,清洁能源发展趋势加速,各地建设各类能源基地的步子也正在加快。
预计十年后,全国用电量将超过8.3万亿千瓦时,装机容量也将超过18亿千瓦,风电装机规模将达到1.6亿千瓦,太阳能装机将突破2400W千瓦,全国跨区电力流规模超过4亿千瓦。
我国为贯彻经济社会可持续发展战略保障对能源的需求,推进构建以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网共同发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,实施大规模远距离输电,优化配置能源资源,实现大规模煤电水电核电和大型可再生能源基地的一体化高效开发,有着无比重要的现实意义并上升为国家战略。
三、智能电网的特征
(1)自愈性
在线评估电网的运行状态,采取预防为主的控制手段,快速诊断并解决故障消除隐患;
当故障发生,在无或极少人工干预下,能够快速的故障隔离、恢复供电,防止大面积停电这种严重事故发生。
(2)互动性
系统运行与电力市场各个环节实现可靠对接,保证电力交易的高效进行,实现优化配置能源资源,市场化交易更好地调控电力市场安全管理,最终提升电力系统运行的安全性。
(3)优化性
优化资产的统筹规划、建设、运行维护等环节,科学安排设备的运行维护与检修,增强资产的利用率,使运行维护成本和投资成本更加经济。
(4)兼容性
电网可以完全应对两种发电模式,即集中与分散,实现电力供应和用电需求之间的交互,各种可再生能源的接入扩大调节系统运行的资源选择范围,实现电力网络与大自然和谐发展的目标。
(5)集成性
优化流程,整合信息,集成企业经营、生产管理、电力自动化调度与电力市场管理业务,不断提高电力企业的科学管理水平。
四、国内外发展现状
4.1美国
美国总统奥巴马在2012年3月27円宣布,美国政府将出资34亿美元建立“智能电网”投资基金,以此促进美国“智能电网”建设,加上民间配套投资,整个投资基金将达80亿美元。
根据奥巴马当天公布的案,34亿美元来自今年年初国会通过的7870亿美元刺激经济计划,其余47亿美元来自民间投资。
共有100个“智能电网”项目分享这一奖励基金,其中最大一笔可达2亿美元,而最小一笔仅有40万美元。
针对智能电网互操作性和安全性等方面美国出台75项相关的标准,国家标准技术研究院NIST成为研究了智能电网的互操作性与网络安全等各项技术标准的主力军,NIST隶属于美国商务部。
智能电网用户侧涉及的相应需求响应(DR)程序获得快速完善,2008年美国联邦能源管理委员会FERC公布的关于DR和自动计量设施(AMI)的调查结果表明:
高级计量设备的使用率在2006年还占不到总电表数1%,2008年占到4.7%,未来这一数字还会增长,现在美国全国有8%用户加入进来DR程序中。
依托一些州际立法的鼓励刺激方案和发电企业的政策规定,DR程序就会逐渐覆盖到更多区域。
对于需求响应的无限潜力,在2009年6月FERC公布的《关于需求响应潜力的全国评估——员工报告》及2010年6月FERC公布的《关于需求响应的全国行动计划书》中获得很好的论证和展望。
4.2德国
2008年底,德国投资了实施“E-Energy”计划,并在全国的六个试点地区发智能电网的核心技术并进行测试。
2011年,日本地震引发的核危机在全球扩散,各国纷纷重新考虑如何对待核技术。
德国艰定地投入“弃核”阵营,将研究重心转向可再生的新能源和电动汽车领域。
对于电动汽车领域,德国政府显得极为重视。
2012年5月16日德国政府就拟拨10亿欧元专项政府补助用来支持电动汽车,特别是高性能的电池技术研发。
针对“E-Energy”计划,德国着手开启多项示范工程,用以针对智能电网当中的多个方面进行专项研究:
在曼海姆,将数百户用户作为测试组,针对电力能源的供配情况进行了实验,2010年底针对这些用户发了用来进行电量消费调控的“能源管家”系统,以达到经济和环保的目的。
通过“能源管家系统”中的智能电表,电力用户能够清楚地了解正在使用的电力的来源和价格,选择经济性更好的电力供应。
4.3国内发展现状
四年前,国家电网总经理刘振亚第一次在公众面前提出了“建设坚强智能电网”,就此中国前期研究翻开了薪新的一页.两大电网确定“十二五”发展目标:
去年1月份的国网公司2011年工作会议决定,“十二五”建设期间,国家电网公司着力建设主要能源产地与重要的负荷区域之间电力高效可靠传输的“三纵三横”特高压骨干网架以及十多个直流输电工程,构建超大规模“西电东送”、“北电南送”等优化能源工程。
同样是去年1月份,南方电网公司2011年工作会议声明,南网公司“十二五”期间的重中之重是安全可靠供电放在极其重要的位置,增强对大电网的协调控制能力。
所以在最近的这段时间里,南方电网公司将持续对电网发展增加投入,届时投资在固定资产方面将达到5000亿元以上。
南网公司还表示,大力扶持清洁能源和新能源的发展,致力于解决新能源和可再生能源的高效生产、分布式供能体系可靠并网难题。
亚洲首条柔性直流输电工程运行:
2011年7月,国内第一条柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程开始成功投运输电。
该柔性直流输电线路的技术是当今世界一流水平,中国拥有其完全的知识产权,创新成果填补了我国在大功率电力电子领域的一项空白,意味着国网公司成为全球第三个掌握该技术的公司。
柔性直流输电示范工程成就意味着国网公司已经在大功率电力电子领域的技术研究上取得巨大的成功,为中国风电的发展铺平了道路,有利于推动发展低碳绿色能源更好的保护我们的生存环境。
国家电网公司把上海柔性直流输电项目成功投运作为契机,将来在国际化电力竞争中占得机遇和主动权。
国网首批农网智能化试点工程验收:
国家电网公司经过两年多的努力换来农村电网智能化发展的喜人成果。
去年10月份,浙江鄞州农网智能化试点工程通过专家组的验收,那么农村电网优化的首批3个试点项目全部验收过关。
去年将山东高密和蓬莱、安徽肥西、河南荥阳和孟津、辽宁沈北新区作为第二批试点工程,2011年3月始建设。
按当前进展,第二批试点工程计划于2012年末完成验收。
县域电力通信网是推进农网智能化建设,保障电网生产、运行、管理和供电服务的重要基础。
县域电力通信网改造工作应将目光放长远,将资金用到实处。
应重视信息化建设,提高农网管理水平;
可以适当尝试一些新的农网形式。
世界最高电压等级智能变电站投运:
去年3月1日,陕西省延安市洛川县的国家电网陕西750千伏延安智能变电站正式投入运行。
该智能变电站是当今全球电压等级最高的智能变电站。
延安变电站的投运启了国网公司智能变电站新的征程,取得了变电站综合技术历史性突破。
该智能变电站应用了最先进更可靠、高集成的智能设备。
综合分析近几年的智能变电站在中国的发展以及智能变电站试点工程取得新成就,中国给了世界发展变电站技术领域注入强大的推动力。
而且国网公司致力于15项智能变电站相关标准的制定,智能变电站相关专利巳经达到126项。
五、智能电网信息安全性
物联网时代一项最重要的应用就是智能电网,物联网给我们的时代带来翻天覆地的变革,智能电网具有放性、包容性,也意味着信息存在安全隐患。
比起传统电力系统,智能电网的严重故障不仅会造成信息破坏和经济损失,而且会危害到生命和社会安全。
对比智能电网的运行特征,重点包括物理、网络、数据安全及备份恢复等部分的安全保护。
智能电网的物理安全是指智能电网体系运行所涉及的各种硬件设备装置的安全。
主要有以下硬件设备:
智能计、测量仪器等各类型传感器,通信系统中的网络设备、计算机和存储数据的存储介质。
保证硬件设备本身的安全和智能电网系统中其他相关硬件的安全称之为物理安全,物理安全是智能电网信息安全控制中的重要内容。
物理安全防护是将防止某些人通过搞坏业务系统的外部物理特性最终实现使系统中断服务的企图或防止某些人通过物理接触方式入侵系统为目标。
要保证信息安全事件发生前后能够进行审核和追查设备物理的接触行为。
智能化的通信网络架构在传统电力系统基础上改进后,要求智能电网具有较高的可靠性。
智能化通信网络必须具备二次系统安全防护策略,安全分区、网络专用、横向隔离和纵向认证就是其防护原则的四项。
在这个原则下,智能电网的通信网络可划分:
实时控制区称为安全I区、非控制生产区称为安全II区、生产管理区称为安全III区和管理信息区称为安全IV区4个分区。
在安全I区、安全II区和安全III区之间采用的电力专用安全隔离装置必须是通过相关部门认定核准,物理隔离的强度必须达到标准。
纵向互联的网络要求互联双方必须是安全等级相同。
防止安全区纵向交叉的同时在网络边界要采用逻辑隔离。
信息系统网络运行过程中利用防火墙技术、虚拟专用网技术,釆用加密技术、安全隔离技术、入侵检测技术和网络防杀病毒技术等来充分确保网络的安全性。
数据安全在智能电网中有两点含义:
首先是传输数据本身的安全,对传输数据进行保护时采用密码技术,例如包括数据加密、数据完整性保护、双向强身份认证等。
另外,数据防护的安全,数据进行主动防护时釆用先进的信息存储手段来保证传输数据的安全,比如利用磁盘阵列、数据备份、异地容灾和云存储等途径智能电网整体的信息安全通过将多种通信机制的安全简单叠加来实现是远远不够的。
传统电力系统面临信息安全问题,智能电网同样面临新的安全问题,这些新的问题由多网融合引发的。
然而由于智能电网中节点数目很多,而且分布方式为集群模式,由于大量设备的数据需要发送,所以在数据传播时会导致网络拥塞,例如会产生类似拒绝服务攻击等一系列安全威胁。
当前通信网络设计的安全架构都是从人人之间通信的角度,却不适应于机器与机器之间通信。
如今物理的安全是已经相当成熟而且相关技术容易掌握的,然而数字通信的安全问题却变得F1益严重。
监控和数据采集系统以及变电站可以通过电力系统通信系统和其他系统相连。
这些系统的连接交流可以发生在专用线和互联网上。
在早期运行的项目中,信息和IT安全问题在一定程度上不受重视,甚至根本不予考虑。
5.1电力通信系统网络的安全问题
基于描述电力通信系统和20世纪90年代的有限的网络安全的基础的关注,这就是描述的新的问题。
(1)親合操作性的SCADA/EMS和管理IT到安全操作
当现有的SCADA/EMS系统现在正在更新或更换,信息和IT安全问题必须予以考虑。
如果是更新的SCADA/EMS系统,操作性的SCADA/EMS系统的一部分必须管理的一部分屏蔽,这样的业务的一部分可能是通过互联网连接的数字威胁保护。
这样操作的一部分免受来自互联网的数字威胁。
如果SCADA/EMS系统将被替换,这是一个很好的场合去重新考虑整个系统的结构,然后将所有的SCADA/EMS系统融入IT安全级别实现一种更安全的状态的方式是,如果可能的话,稱合操作性的SCADA/EMS系统和管理IT系统。
此外,另一种可能就是确保操作和管理层之间的防火墙配置。
(2)威胁和可能性
事实上就是SCADA/EMS系统进行互连,并与外部系统的集成创造了新的可能性和威胁。
这些新问题已经在CIGRE联合工作组中的信息系统和电力系统系统的联结以及电力系统信息安全处理的问题上得到强调。
5.2智能变电站系统信息安全威胁
智能变电站控制系统网络化和信息化的特点,使得工控系统除了面对传统的针对商用计算机领域的信息安全威胁外例如病毒,网络安全等,还面对那些会威胁到系统控制性能甚至破坏控制功能的信息安全威胁。
(1)对控制性能的威胁
控制系统的通信实时性就是一个很好的例子。
以在监控层占据主流地位的工业以太网为例:
整个系统的实时性能是用网络响应时间表征的,与网络响应时间有关的因素来自三个主要部分:
本地系统,即源节点的处理;
工业以太网网络,即传输部分;
目的节点系统,即目的节点的处理。
局域网病毒或者网络攻击即使不造成以太网瘫痪,也可以通过堵塞造成网络传输的时间延迟具有不确定性,这些不确定性将造成那些具有优先权的系统运行实时数据的实时性得不到满足从而破坏了控制性能。
(2)对控制功能的破坏
典型的就是破坏和操纵工业控制软件。
例如对OPC软件或者实时数据库的破坏,但破坏力更强的是对工控软件进行的操纵。
国家计算机病毒应急处理中心2010年10月3日发布信息:
互联网络监测发现,利用微软公司漏洞的一种称之为“震网”(也称超级病毒Stuxnet)的新型病毒已经出现,提醒微软用户尤其是大型工业部门客户谨慎预防。
“震网”病毒传播途径是通过移动存储介质和局域网,并且利用西门子公司控制系统(SIMATICWinCC/Step7)存在的漏洞感染数据釆集与监视控制系统(SCADA)进行传播。
由于此类SCADA系统自身功能的特殊性和重要性,该系统通常和互联网隔开,造成不能迅速的安全更新,给病毒传播造成可乘之机。
看上去当前该病毒只是攻击西门子公司的SCADA系统,但我们不忽视可能会出现针对其他专用计算机系统的变异病毒。
(3)工控系统的信息安全性要求分析
随着IT技术快速而紧密的应用于工业自动化系统中,工业控制系统遭受网络侵袭
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