配电网用户侧异构电力物联设备安全研究综述及展望

随着配电网用户侧异构电力物联设备（简称为“配电网用户侧物联设备”）接入电力系统,电力系统的安全防护边界变得日益模糊,使得基于物理隔离装置的安全防护体系无法成为保护电力系统运行安全的壁垒。考虑到设备的网络风险特征,配电网用户侧物联设备的网络安全给电力系统运行带来了新的隐患。为了更好地揭示电力系统在大规模配电网用户侧物联设备接入场景下所面临的安全威胁,并为制定相应的安全防护措施提供参考,对配电网用户侧物联设备的安全研究进行了全面的综述与展望。结合设备各组件间的通信架构,分析了目前配电网用户侧物联设备的网络安全脆弱性以及潜在的攻击手段;考虑配电网用户侧物联设备终端的运行特性,揭示其异常动作对电力系统造成的安全影响;从设备的“端”“管”“云” 3个方面重点综述了目前配电网用户侧物联设备各组件的主要安全防护研究;对该领域未来需要深入探索的研究方向进行了展望。     

配电网用户侧异构电力物联设备运行安全管控分析

随着配电网用户侧异构电力物联设备(UPID)接入电力系统的规模进一步扩大,给电力系统带来了一种新型的安全威胁——需求侧操控攻击。在此背景下,电力系统有必要对配电网UPID进行运行安全管控。为此,将软件定义网络（SDN）融入电力信息物理系统,提出一种针对配电网UPID控制指令的动态路由策略。首先,针对海量的设备数据,在各变电站部署边缘计算服务器;其次,考虑控制指令关联运行功率、动态信用以及电力系统网架结构等因素,构建一种三阶段的动态路由策略;最后,利用SDN控制器对控制指令实现就地控制。仿真结果表明,所提基于SDN的动态路由策略通过拒绝转发低信用的控制指令可有效避免大规模配电网UPID异常动作给电力系统带来的恶意影响,为电力系统抵御需求侧操控攻击提供一种解决思路和实施方案。     

用户侧管理与电力消耗零增长

０引言电力用户侧管理（ＤＳＭ）是西方国家为维持电力工业持续增长、增加电力服务价值、提高效率的一种方法。由于其成本比传统的供电方法低,所以得到了世界范围的推广。用户侧管理又称需求管理,是统一能源规划（ＩＲＰ）的一项主要内容。所谓统一能源规划是将供应方和...     

针对网络攻击的配电网信息物理系统风险量化评估

现代物理电力系统的可靠和安全运行依赖于相关的信息系统,针对信息系统的网络攻击会导致严重的物理后果。为此,提出一种配电网信息物理系统网络攻击跨信息物理空间传递的风险量化评估方法。针对配电子站,根据IEC 61850标准建立三层信息模型,以断路器和分段开关为攻击目标,分析可能的攻击路径构造攻击图,提出基于相对熵(Kullback-Leibler(KL)距离)并结合逼近理想解排序法(TOPSIS)建立的KL-TOPSIS体系对信息系统脆弱性因子进行量化,结合马尔可夫链和深度优先算法综合计算攻击目标的攻击概率,并建立物理设备遭受网络攻击造成的物理后果指标,分别计算攻击各个断路器和分段开关的物理后果。结合物理后果和攻击概率,得到不同配电终端和配电子站的风险值。最后,以改进的配电网算例验证了所提风险评估模型的有效性。     

基于信息熵的多源电力物联终端设备信任度评价方法

电力物联网终端设备容易受到身份伪装、信息窃取、数据篡改等多种安全威胁,传统的安全方法无法抵御来自受损终端的网络内部攻击,信任评价体系是保护电力物联网终端免受内部攻击的有效机制.针对电力无线专网通信终端信任问题,提出一种基于信息熵的信任评价方法.首先通过基于指数分布的信誉度的模型估算直接信任值,然后采用滑窗与遗忘因子对直...     

电力物联网用户用电信息全过程管理风险评估

为明确电力物联网用户用电信息风险管理的重点,首先结合电力物联网主要技术,对电力物联网用户用电信息从获取到应用全过程管理的风险因素进行识别;然后,对风险因素重要程度和用户用电信息全过程管理环节的风险重要程度进行评估,确定用户用电信息全过程管理的重点风险和环节。研究表明,在全部风险因素中,应重点防控数据窃取、智能终端网络攻击、数据篡改等6大风险;在电力物联网用户用电信息采集到应用的全过程管理中,应重点对用户用电信息采集环节和应用环节进行管理。     

新基建下的电力物联管理平台实现

面对新基建带来的海量电力设备接入的挑战,研究了高性能电力物联管理平台,从技术路线、功能设计两方面进行了设计,实现了支持海量电力设备低延时接入、海量设备长连接和支持标准多协议的接入,满足了海量电力终端与数据的可管和可控.     

电力用户侧大数据分析与并行负荷预测

随着智能电网、通信网络技术和传感器技术的发展,电力用户侧数据呈指数级增长、复杂程度增大,逐步构成了用户侧大数据。传统的数据分析模式已无法满足需求,迫切需要解决电力用户侧的大数据在分析与处理方面的难题。该文分析电力用户大数据的来源,针对电力用户侧大数据的数据量大、种类繁多与速度快等特点,指出电力用户侧的大数据在数据存储、可用性、处理等方面面临的挑战。结合云计算技术提出一种电力用户侧大数据分析处理平台,将智能电表、SCADA系统和各种传感器中采集的数据整合,并利用并行化计算模型Map Reduce与内存并行化计算框架Spark对电力用户侧的大数据进行分析。提出基于随机森林算法的并行负荷预测方法,将随机森林算法进行并行化,对历史负荷、温度、风速等数据进行并行化分析,缩短负荷预测时间和提高随机森林算法对大数据的处理能力。设计并实现基于Hadoop的电力用户侧大数据并行负荷预测原型系统,包括数据集群的管理、数据管理、预测分类算法库等功能。采用不同大小的数据集对并行化随机森林算法进行负荷预测实验,实验结果表明,并行化随机森林算法的预测精度明显高于决策树的预测精度,且在不同数据集上预测精度普遍高于决策树的预测精度,能够较好的对大数据进行分析处理。     

国内电力现货市场用户侧结算机制研究

为推动我国电力现货市场建设,避免现货市场中用户侧结算机制设计不合理造成执行结果出现较大偏差的问题,研究了部分首批试点地区的用户侧结算机制,并对其他省区开展机制设计提出了建议.从首批试点地区机制设计情况来看,全电量集中出清在我国首批试点地区得到了广泛应用.通过对比广东、山东、山西3个试点地区的用户侧结算机制设计方案可知,...     

电气二次设备风险量化评估体系设计

提出了一种针对电气二次设备的风险量化评估体系和方法。该体系应用风险评估基础理论、可靠性理论和全生命周期理论,针对电气二次设备自身特点提出并建立了失效模型;将状态评价与风险评估工作有机结合,建立基于二次设备状态评价系统的风险量化评估模型;同时根据各量化模型的数据结构,设计了风险量化评估体系中各关键技术的工作机制。该评估体系目前已应用于广东电网二次设备风险评估工作中,使得电网运行风险管理由表面、定性评价向精细化、量化方向转化,为开展电气二次设备风险控制工作提供了科学依据。     

计及网络攻击影响的安全稳定控制系统风险评估方法

安全稳定控制系统(稳控系统)是保证电网可靠运行的重要防线,针对稳控系统的网络攻击会造成严重的物理后果。为了量化评估稳控系统遭受网络攻击的影响,解决现有风险评估方法未充分考虑网络攻击易发性的问题,文中提出一种计及网络攻击影响的稳控系统风险评估方法。文中首先分析了稳控系统的层次结构;然后,从攻击对象、攻击方式、攻击后果3个角度分析了稳控装置本体与稳控装置站间通信的网络攻击风险点;其次,基于模糊层次分析法对网络攻击易发性进行量化,并结合由Petri网建立的网络攻击防护单元模型建立针对稳控系统的网络攻击成功概率模型;最后,结合物理后果和攻击成功概率,对标准系统和实际系统进行风险评估,计算了正常运行和网络攻击2种情况下的风险值,验证了所提模型的有效性。     

网络攻击下电力系统信息安全研究综述

随着信息和通信技术的发展,传统电力系统已经转变成一个具有实时感知、动态控制和信息服务等功能的电力信息物理融合系统。信息系统在优化电力系统功能的同时,网络攻击带来的信息安全问题使电力系统的安稳运行敲响了警钟。文中针对电力信息物理融合系统环境下的网络攻击问题展开讨论,基于攻击目标的差异性对网络攻击进行分类。在研究图论攻击建模方式的基础上,提出网络攻击下实现系统综合安全评估的必要性。最后对电力信息物理融合系统的研究工作进行展望。     

基于风险理论和模糊推理的电力系统暂态安全风险评估

在概率论的基础上将风险理论和模糊推理应用于电力系统暂态安全风险评估,利用特定的严重度函数将故障后系统的频率最大偏移、电压最大偏移、功角稳定裕度和故障切除时间裕度进行量化,得到量化的风险指标;将量化的频率风险指标和电压风险指标相结合,通过稳态模糊控制器计算故障的稳态指标,将量化的功角裕度指标与故障切除时间裕度指标相结合,通过暂态模糊控制器计算故障的暂态指标;通过两者的加权综合得到系统的综合暂态稳定指标.在此基础上开发了暂态安全风险评估软件,并以新英格兰39节点系统为例计算三相线路永久性接地故障各风险指标并排序,说明了该方法的有效性和合理性.     

信息失效威胁下的电力信息物理系统安全评估与防御研究综述

电力CPS中信息失效可能导致严重物理后果,必须准确评估信息失效威胁下的电力CPS安全性,实现电力CPS安全防御.首先阐述电力CPS建模与信息物理交互机理研究思路.之后通过信息失效来源分析、失效跨空间传递过程分析、安全评估指标计算三个环节建立电力CPS安全评估研究框架.最后从信息网结构优化、路由优化、网络安全防御三方面分...     

配电网信息物理系统可靠性评估关键技术探讨

信息物理高度融合是未来智能配电网的发展趋势,主要针对配电网信息物理系统(CPS)可靠性评估关键技术进行综述与展望。从配电网信息空间、物理空间的风险来源挖掘入手,进一步对信息物理相依存下的影响因素进行总结和分析;在此基础上,归纳总结了配电网物理系统、信息系统各自典型的可靠性指标分类方式与具体数学表达以及两者耦合下的可靠性指标构建技术,进而总结了配电网CPS可靠性评估算法与方法的研究进展;从配电网CPS异构数据处理、信息物理关联的建模与仿真、配电网CPS可靠性评估指标与方法、配电网CPS广义攻击与防御机制4个方面进行了展望。     

计及风速相关性的电网静态安全风险评估

电网内的多个风电场由于地理位置比较接近,具有较强的风速相关性,会影响概率潮流的结果。采用Nataf变换建立多个风电场间的风速相关性样本空间,进而得到具有相关性的风电场出力。以风速相关性下的系统当前运行状态为基础,构成预想事故集,将全概率理论与排序集采样概率潮流相结合,进行风速相关性下的电网静态安全风险随机潮流计算,并对电网安全风险进行评估。在风电接入改进IEEE 30节点系统中使用RSMCS方法进行仿真,结果表明所提方法可准确、快速地评估风速相关性下系统当前运行状态的静态安全风险。     

基于SSE-CMM的电力通信安全风险评估

阐述了对电力通信系统进行风险评估的意义;介绍了系统安全工程能力成熟模型（SSE-CMM）风险评估过程;描述了电力通信系统暴露的威胁、脆弱性及对系统安全的影响,并运用故障树方法对安全风险进行分析,制定了比较完善的风险评估表,进而建立起适用于电力通信系统风险评估的模型.在风险评估过程中,评估组根据被评估通信机构执行该模型的所有过程域和基本实践情况,给出其安全能力成熟度级别.此模型对电力企业的风险评估具有实际指导价值.     

配电网设备故障停电风险实时评估

实现配电网设备故障停电风险的实时评估对供电可靠性的提高、停电损失的降低有积极意义。提出包含设备故障率和设备故障停电影响程度的配电网设备故障停电风险评估模型,设备故障率综合考虑了实时系统因素及环境因素,设备故障停电影响程度考虑了损失负荷、损失电量、停电用户小时数、停电用户级别加权户数4个指标。以某配电网为例实现对配电网设备故障停电风险的实时评估,结果达到了实时评估的要求,证明了所提方法的准确性。     

智能电网物联网技术架构及信息安全防护体系研究

物联网作为能够全面实现信息感知、可靠传输及高效信息处理的先进技术,在智能电网发电、输电、变电、配电、调度、用电等环节应用广泛且前景广阔。解决物联网的信息安全问题,实现物联网在智能电网中的安全应用既必要又迫切。探讨了智能电网中典型的物联网系统,分析了通用的技术架构及系统面临的信息安全风险,最后提出了智能电网中物联网系统信息安全防范的技术体系和关键的安全防护措施。