基于物联网的智能电网的通信与安全问题研究

甘　雷,董翠英,周剑利（唐山学院,河北　唐山　063000）

基于物联网的智能电网的通信与安全问题研究

甘雷,董翠英,周剑利
（唐山学院,河北唐山063000）

针对电网现代化的发展要求，研究物联网技术在智能电网中的应用架构。探讨智能电网中不同通信方式以及网络通信的安全问题，并对智能用电方式及其信息数据处理的方法进行了研究。

物联网，智能电网，通信，网络安全

1　引言

物联网（InternetofThings，IOT）是互联网的升级，物联网中任何具有计算并有通信能力的物体[1]，都可以在不同层次无缝地集成到互联网。预计到2020年，物联网（IOT）连接设备将增长到500亿，为消费者、制造商和公用事业提供商等提供了有价值的信息。

智能电网中能源生产、全新分配和使用、可持续模型将成为可能：

（1）遍布的通信和监控功能；

（2）多分布式、自治控制和管理功能。事实上现有电网的一个问题是大规模、单向和集中式系统，电力是根据预先建立的负荷分布从遥远的发电厂通过树状的分配系统传递到本地用户。然而，在过去十年中，一些技术革新以及环境和经济问题已经出现，这使得传统电力系统已经过时，不能很好地满足可靠性、效率和可持续发展的要求。虽然人们对智能电网的通用模型有不同看法，但是智能电网的成功实施必不可少的主要功能如以下：

1）分布式能源大规模部署和高效利用，包括可再生能源和能源储存系统；

2）通过整合实时分布式智能、自动保护、优化和控制功能增强电网的效率、灵活性和可持续性；

3）允许消费者与能源管理系统交互，提供需求响应和负荷整形功能；

4）通过先进的仪表和监测系统，启用电网状态和操作的实时、可扩展的态势感知能力。

2　智能电网中的通信

智能电网通信系统将依靠两个主要的子系统：通信基础设施和一个中间件平台。该通信基础设施包括通信技术，网络和协议的：

（1）支持连接装置之间或网格子系统的通信；

（2）使能信息与电力系统命令的分发。对于这样的通讯基础设施的基本要求是可扩展性、可靠性、及时性和安全性。中间件平台由一个软件层，其位于所述应用程序和底层通信基础设施之间，提供了构建高效的分布式功能和系统所需要的服务。

通信基础设施。该通信基础设施（或网络）负责提供的连接服务仍是单独电设备或整个网格子系统。在智能电网中，通信网络的关键重点是：

（1）确保从广泛分散的巨大数量数据源的可靠和实时；

（2）在电力系统中，支持由功率控制应用到分发命令和配置的各种通信服务（例如多播和群组通信）。该通信基础设施的作为相互连接的网络的一个集合，将有至少三个主层或结构域的层次结构构成：

1）局域网的访问网格段和终端客户；

2）用于分配段场区网络；

3）公用事业骨干广域网。

3　智能电网的安全问题

在智能电网中，分布式自主控制功能的设置以及适应开放的网络体系结构，将给智能电网带来新的安全漏洞并且它们将造成各种意外的安全攻击[2]。研究表明，智能电网通信系统中最重要的漏洞大致可分类如下三种。

3.1设备漏洞

IED将被广泛部署在智能电网，用于监测和远程控制电力生产和分配过程。但是，恶意用户或攻击者可以危及这些设备，例如，操作敏感数据或破坏正常的电网运行。此外，许多智能电子设备将支持无线通信，以促进部署和简化获取信息。无线通信技术的一个直观的缺点是，它们依靠固有未受保护的物理介质。这使得获取私人信息（窃听）更容易，干扰与噪声信号（查谟攻击）通信，或生成假消息（注入攻击）。这些攻击的解决方案包括消息数据的完整性和保密性，网络接入认证，以及各种随机传输方法等。

3.2网络漏洞

采用开放的网络架构、已有的网络设备和公开可用的通信标准，是需要满足灵活性，可扩展性和互操作性要求。然而，这将在其他电信网络自适应开放式架构（例如，因特网）中导致各种安全问题，如路由信息恶意修改和各种类型的拒绝服务（DoS）攻击。防止这些网络攻击，访问控制和入侵检测是必不可少的安全机制。同样，认证和授权方案也是必要的支持安全远程配置和地理上分散设备的控制。

3.3数据漏洞

数据处理是一个重要的安全问题，因为攻击者可以修改数据或控制命令威胁电力电网的可靠性。然而，智能电网越来越容易受到攻击，数据攻击威胁客户的隐私。例如，在中间人攻击是常用方法，恶意获取用户信息，没有实际影响目标。如果攻击者能够窥探从消费者家中传送的计量数据，就可能推断出消费者的习惯和活动。

4　结论

综上所述，物联网技术作为目前世界新兴的技术，在智能电网方面的应用必然越来越成熟，本分考虑了将安全通信技术以及安全的物联网技术进行了探讨。随着物联网技术的不断更新，将会形成完整的智能电力物联网体系。

[1]王雷.智能电网调度技术支持系统的研究与应用[D].保定:华北电力大学,2012:5-7

[2]赵婷,高昆仑,郑晓崑.智能电网物联网技术架构及信息安全防护体系研究[J].中国电力,2012,45(05):87-90．