电力通信网脆弱性分析孙玉红

电力通信网脆弱性分析孙玉红

孙玉红

（丰满发电厂吉林省吉林市132100）

摘要：随着我国经济的飞速发展，对电力的需求量逐年猛增，电网规模不断扩大，其管理与维护工作日趋复杂，因此电力系统越来越需要信息通信等系统来实现电网的智能化运行。电力通信网作为智能电网的运行基础，其可靠的运行对于我国电网的正常工作至关重要，因此对于电力通信网的脆弱性分析，制定相应的措施提高电力通信网的可靠性具有重大意义。

关键词：电力；通信网；脆弱性

随着经济的持续发展，电力体系的工作开始使用信息通信系统和监测控制系统，以此来维护电网的安全。脆弱性指的是网络可靠性中的一种有效测度，它能够体现出不同电力通信系统失效后，电网功能下降的程度大小，能够指示出其中的缺陷，有利于网络规划和管理风险的工作。

一、特征指标的评价方式

1.1不同电力业务对同一技术指标具有不同的要求，某些指标无法直接体现业务的重要程度，如通信带宽，但某些指标具有体现业务重要度的特征，如时延。本文定义能够体现业务重要度的指标为特征指标，并将特征指标作为客观评价因素替代专家主观因素，通过分析业务在特征指标上的不同要求，对电力业务重要度做出评价。

1.2业务重要度评价

采用线性归一化函数和区间映射函数对综合相对重要值矩阵进行处理，得到业务重要度。首先，对综合相对重要值矩阵的行向量元素进行求和，得到业务对业务集中其他所有业务的综合相对重要值之和。然后，选取线性归一化函数式中，z为待归一化的变量，zmax和zmin分别表示变量z值域的最大值和最小值，将asum代入，得到归一化重要值。

二、电力通信网业务层脆弱性模型

单元失效模型：已有的网络单元失效模型从失效对象上可分为节点失效模型、链路失效模型和混合失效模型，从失效原因上可分为蓄意攻击失效模型、随机失效模型和区域失效模型。电力通信网与公用通信网相比，其规模较小，讨论区域失效没有实际意义；电力通信网节点一般都具有主备用设备，因此失效的概率很小。

三、电力通信网脆弱性的产生原因

电力通信网脆弱性指由于各种原因导致电力通信系统失效后，电网功能受影响的程度，其的产生主要来自于外界自然环境因素的影响和电力通信网自身的结构和设计隐患。由于外界自然环境存在较大的人工不可控特点，因此，目前主要通过对电力通信网自身的结构和设计进行优化，来降低电力通信网的脆弱性，其脆弱性产生的原因主要有以下几个方面：

（1）电网结构和电源结构规划不合理。这类问题主要有两种表现形式：一种是由于分区电网联络线薄弱或是电网主通道负载能力较小，从而产生部分线路过载导致负载转移至其他线路，最终引起连锁跳闸的故障；另一种是由于供电与用电距离较远而采用的远距离大容量输电方式，用电端严重依赖供电端电力输送通道，一旦负荷中心没有按分层分区的原则进行设计，电力输送通道等稳定性在遭到外界环境影响时会变得极差，严重影响用电端的正常用电。2005年海南电网大停电、2008年我国南方冰灾大停电的原因就属于这类原因导致的。

（2）电网继电保护技术、运行监控技术存在漏洞。继电保护系统是保证电网正常工作的第一道安全屏障，而电网的运行监控则是保证继电保护系统正常工作的前提，但由于继电装置本身的质量问题以及部分人工监控和维护不及时等因素的影响，由于继电装置引起的停电现象在全球都时有发生，比如2006年河南电网双回线保护误动作、2003年美国加利福尼亚州大停电等。

（3）电力系统管理方面存在漏洞。这方面的漏洞主要表现在电网的保护设备设定值管理、电网维护人员对紧急事故的处理以及各级部门对紧急事故的协调工作等问题上。我国部分地区电力系统的基层管理极为混乱，存在严重的职责不明，对紧急事故的应急培训也落实不到位。比如2006年河南电网大停电和2008年我国南方冰灾大停电都是由于对紧急事故的应急处理不到位所引起的。

四、电力通信网脆弱性的评价方法

电力通信网的脆弱性越高，电网运行就越难保证其安全性和可靠性，因此对电力通信网的脆弱性进行及时和准确的评价就显得尤为重要。目前，国际上主要是通过综合电力通信网设备、网管系统以及电力二次防护等多方面进行全面地评价，指出其中可能会导致电网功能下降的隐患，进而有利于对电力通信网进行规划和风险预警等工作的开展，具体执行时，基于不同情况有以下几种评价方法：

（1）业务重要度评价方法。这类评价方式主要是基于电力业务不同需求来进行评价的，比如体育赛事直播注重实效性，评价时影响电力通信网的时延的因素是重点的评价参考；再比如工业用电注重稳定性，评价时影响电力通信网的安全性的因素是重点的评价参考。具体评价时一般采用归一化函数和区间映射函数对重要值矩阵进行计算，最终算出业务重要度，从而及时对风险预警，降低电力通信网的脆弱性。

（2）状态脆弱性评价方法。这种评价方法主要是通过对电网受到干扰或产生故障后电网状态变量发生偏移的大小来衡量电网系统的抗干扰能力，简单来说，电网的抗干扰能力越强则其脆弱性越低。具体评价时需要通过仿真软件对电力通信网在过负荷和低电压负荷等常见电力故障下，其节点电压、频率和功角等电网参数的变化，通过仿真软件进行模糊推理，计算出电压风险指标变化率，最终得到电力通信网的归一化电压脆弱度。

（3）结构脆弱性评价方法。这种评价方法通过仿真软件模拟电力通信网中单一或多个运行单元停止运行，对电力通信网的网络拓扑结构的完整性和正常工作能力进行评估，从而得到电力通信网的脆弱性指标。具体评价时通过仿真软件对电网系统在产生故障后的聚类系数、、节点度数、平均度数等电网基本特征参数进行测量，然后进行拓扑建模，得到电网系统的网络负荷损失经济型后评估指标，最终得到电力通信网的结构脆弱度。

（4）综合脆弱性评价方法。由于状态脆弱性评价方法侧重评价网络结构的影响，而结构脆弱性评价方法侧重评价电网元件运行的影响，故都存在一定缺陷，综合脆弱性这种评价方法是将状态脆弱性和结构脆弱性两种评估方法结合在一起的综合评估方法，所以评价结果更加准确。具体评价时通过仿真软件将电网的拓扑参数和运行状态量进行二维拟合，得到电网运行受到干扰后电网运行状态和电网结构变化之间的对应关联，从而得到网络结构和电网元件运行对于电网脆弱性的影响结果。

结语

综上所述，根据电力业务具有明显特点、重要程度差异大等方面，探究出一种新的分析电力通信网脆弱性的方式。为了解决先前电力通信业务重要程度评估中专家主观评价工作的不确定因素，本文提出了电力业务为核心的特征指标评价方式，将业务的重要程度评估情况与常规的电力业务的具体特征进行比较，证实了新型评价方式的可行性。可以使用业务重要程度的评估结果，形成电力通信网中接收的业务层的模型，而且需要详细地分析四种链路失效情况下的脆弱性特点。实验的结果显示，业务重要程度在通信网体系中每条链路中分布的越均匀，那么其脆弱性就会越小，而且统计的特征也会与网络的实际特征越贴近。在分析工作中后，工作人员还提出了改善通信网脆弱性的有效方法，这种方法是利用调控路由方案来降低链路接收业务重要程度的最大值，使其在通信网络中的分布更均匀。

参考文献：

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