张向程-网络信息安全技术在智能电网中的深入应用

网络信息平安技术在智能电网中的应用根本内容://345网络通信技术和信息平安技术在智能电网中的作用2智能计量仪表在智能电网中的作用1智能电网的开展智能电网信息平安防护策略研究目前的智能电网数据信息平安风险分析6智能电网信息平安的应用和开展方向第一局部:智能电网的开展://hxgroup什么是智能电网？智能电网是电力系统的“中枢神经系统〞，电力公司通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，可以更好地自动监控每次操作中的双向能源流动〔从发电厂到插头〕。这样，电力公司便能优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电、消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。智能电网的关键是与用户的互动，将用户的需求及时反映到电网的动作中。其目的是在不断降低本钱和提高效率的同时，提高整个电网的可靠性及可用性。智能电网是网络信息技术开展的产物能源紧张和危机驱动下的产物智能电网是“绿色电力〞的一局部智能电网开展历程美国智能电网原型是1998～2002年由美国电科院〔EPRI〕推动的“复杂交互式网络/系统〞〔CN/SI〕，试图为电网开发一个中央神经系统，提高调度员对电网事故的预判能力。2001年，EPRI创立了智能电网联盟，推动“Intelligrid〞〔智慧电网〕研究。为了使美国电网到达现代化，保证经济平安和国家平安，美国能源部〔DOE〕03年发布了“Grid2030〞，对美国未来电网远景进行了阐述。智能电网开展历程2003年“8.14〞美加大停电后，美国加快了未来电网的研究，DOE于2004年发布了“国家输电技术路线图〞，为实现“Grid2030〞进行战略部署。在这2份文献以及工业界的指导下，2004年8月，电网智能化〔GirdWise〕启动，其最终目标是提高网架的可靠性。05～06年，DOE与美国国家能源技术实验室〔NETL〕合作，发起了“现代电网〞〔MGI〕，任务是使细化的电网现代化愿景和方案在全国范围内达成共识。而06年，美国IBM与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网〞〔SmartGrid〕解决方案。这也是我们现在所提到“智能电网〞的最终方案。智能电网的研究模型智能电网中的电力用户最近智能电网的开展动态日前美国白宫发布的经济复苏方案宣布：将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000万美国家庭安装智能电表。这意味着奥巴马政府能源方案的下一步战略将开展智能电网产业。目前位于科罗拉多州首府丹佛西北40公里的小城波尔得〔Boulder〕，已经成为全美第一个开始应用智能电网的城市，预计第一阶段建设在09年可以完成。各国纷纷投入智能电网领域的研究目前智能电网领域研究领先的国际知名公司：GOOGLEIBMGECISCO智能电网的主要特性智能电网建设的目的可靠平安节能互动效率循环第二局部:智能计量仪表在智能电网中的作用智能电网实现手段分为三步：一是提高数字化程度，将更多的传感器连接很多的资产和很多的设备以进行需求的采集；二是在共同的信息模式的根底上建立数据的整合体系和数据的收集体系，目标是整合各系统中的数据；三是分析数据，以优化运行和管理。总体上说，智能电网的实现依赖两个工具：计量设备、统一的通讯及控制算法，智能计量设备是是智能电网最根底的元素。智能计量仪表智能计量仪表是整个智能电网中的一个节点，是系统中的一个传感器，是整个智能电网构成中的最重要组成局部智能计量仪表必须具备的根本特性：电能测量通讯和用户之间信息的互相交互控制网络互连实现自动抄表智能计量仪表是启用需求响应的关键智能计量仪表的作用第三局部:网络通信技术和信息平安技术在智能电网中的作用远程通信技术主要有：无线通信〔GPRS/CDMA、3G〕光纤/以太网230M电力专网本地通信技术主要有：窄带电力线载波宽带电力线通信〔BPL〕无线传感网RS232RS485USB红外智能计量仪表中应用的主要通信技术目前的现状目前考虑的都是通信成功率的问题无暇顾及平安性方面多数采用统一的数据通信规约，现有的通信规约限定了计量电表或采集设备的功能，没有进一步拓展没有可靠的双向数据通信，智能电网将无法实现第四局部:目前的智能电网数据信息平安风险分析平安风险分析风险分析主要包括两个方面：第一，评估系统的平安等级，根据平安等级决定需要多大的平安防护投入，这是制订适应性平安策略的依据。第二，分析平安风险因素的来源，这是平安防护的主要对象，要根据系统的总体逻辑架构，找出平安防护的关键点。平安风险分析的有效性和准确性是制定有效的平安防护方案的根底。智能电网信息系统结构构成管理中心层网络通信层采集设备层计量仪表层电力用户层主站管理中心的平安风险分析物理平安网络平安主机平安应用平安数据平安公网通信存在的风险目前的公网通信技术如Internet、GPRS、3G等都是基于TCP/IP技术接入公共网络。IP易受攻击和被盗用容易受到黑客和病毒的攻击电力外网和内网受堵塞的业务平安，链路遭受攻击没有一种统一的用于公网通信的电力加密通信规约通信专网存在的风险230M电台专网信道缺陷信道破坏身份伪造信息窃听重放攻击信息篡改光纤专网风险重复投资大通信专网存在的风险电力线载波风险易受干扰，误码率高实时性差稳定性差载波信号串扰导致抄表失败数据易被窃取，易受攻击通信专网存在的风险RS-485总线风险在RS-485信道的数据传输过程中存在的平安隐患，包括信道本身的缺陷、信道破坏、非法接入、数据篡改、截获、删除等。RS485通讯多用645规约，而645规约是非加密规约，任何遵循645规约的设备都可以通过监听485线路获得数据，可较方便的更改表计参数，包括表计时钟和表计关键参数等。在构成RS-485总线网时，传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设，所以在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变过电压，而终端RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即通常采用一条总线将各个电能表节点串接起来，因此，雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS-485收发器损坏。通信设备存在的风险通信设备〔集中器、采集器和终端〕没有平安认证和加密措施。即使有一定的加密措施，一般只是简单的报文密码验证，应用层数据内容并没有加密，加密算法较为单一，无法真正发挥保护作用。且主站可以召测得到终端的密码，进行密码更改。采集终端可以通过RS-232、红外、USB、以太网口等接口进行数据查询与参数设置，没有较好的保护措施。采集终端的重要参数和数据在运行过程中，由于硬件或软件故障导致数据丧失或破坏。智能计量仪表存在的风险电能表没有采用接入认证和加密措施，电能表的访问数据面临窃听、篡改和通信主体身份伪造的平安威胁，还存在报文重放攻击等平安威胁，导致电费计量错误，容易引起电力公司和电力客户的纠纷。带预付费控制功能的电能表，可能引起误动作，造成用户用电平安隐患。实行阶梯电价后，电能表的重要参数可能被非法篡改，引起阶梯电量计量不准确；另一方面，由于电能表时钟走时误差大，也可能引起阶梯电量计量不准确。电能表可以通过面板按键方式、RS-485、红外等接口进行数据查询与参数设置，但终端的平安防护措施缺乏，只是通过简单的按键组合操作或固定密码保护。电能表的重要参数和数据在运行过程中，由于硬件或软件故障导致数据丧失或破坏。非法用户通过在采集信道末端接入虚拟电表，提供虚拟的电量等数据，导致终端无法采集到真实的电能信息。第五局部:智能电网信息平安防护策略研究数据平安防护的重要性综合以上的风险分析，不管采用何种通信方式，都要考虑到数据的平安防护。智能计量仪表的大量应用，必须考虑到数据的平安性。制定系统平安策略和平安措施，采取先进、科学、适用的平安技术对系统实施重点区域平安防护和全面的平安监控，结合严格、有效的平安管理方法，提升系统的整体平安防护水平。总体平安防护方法采用分级分区的平安防护方式在各个通信网络层增加平安加密认证方法系统管理中心采用路由防护、防火墙防护、网络边界防护等多种方式相结合硬件通信信道防护和应用层软件防护相结合的方式平安防护的重点制定有效的平安防护策略采用先进的平安防护技术制定严格的平安防护制度构建动态的平安防护方案管理方法通信信道防护GPRS无线公网防护采用VPN方式GPRS接入网防护电力信息内网防护根底资料保密230MHz无线专网防护需采取身份认证报文加密消息摘要时间戳技术通信信道防护以太网公网防护VPN专网基于TCP/IP技术的平安通信协议基于Internet的网络平安技术在电网中的应用通信信道防护电力线载波防护标准电力线载波通讯规约采用先进的电力载波技术解决载波信号跨台变串扰问题数据采集过程中的平安控制预付费表通断电防护加强台区管理，促进集抄开展通信信道防护RS-485总线防护强化RS-485总线数据传输平安，可采用认证加密机制，对通信报文进行加密传输。在采集设备的设计上采用TVS瞬变电压抑制二极管、PTC热敏电阻、气体防雷管等防雷器件，进行防雷保护。采用专用的485双绞线，屏蔽层可靠接地。采集设备的平安防护设备平安设计设备平安性能检测设备认证与加密措施第六局部:智能电网信息平安的应用和开展方向通过以上对电网信息交互的平安研究，目前智能电网的信息交互平安应用还不够，存在潜在的平安隐患数据的保密性、公网接入平安、用户用电平安等方面的平安防护能力比较薄弱，需要进步加强和提高长期、持续的平安防护建设是必须的成立专门的智能电网数据平安传输研究中心，负责数据传输平安性的研究信息平安应用方向研究和应用平安加密认证模块数字证书的应用修改和完善通信协议及数据传输技术标准加强统一管理，成立专门的平安技术研究中心，主要负责技术研究和认证测试电力线载波通信和小无线通信技术的测试和研究应用中心，研究网络互连的可行性及平安性IP智能计量表的应用，必须制定基于TCP/IP协议的网络电表的统一的标准数据传输标准应用举例采用虚拟介质技术的网络预付费系统，采用国际标准的加解密数据传输方法，实现主站和计量电能表的预