从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望_梅生伟

　高电压技术　第３７卷第３期２０１１年３月３１日

Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ　３１，２０１１从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望

梅生伟，王莹莹，陈来军

（清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京１０００８４

）摘　要：未来智能电网可视为信息／物理网相互依存的超大规模二元复合网络（ｃｙｂｅｒ－ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ＣＰＰＧ），研究其安全理论特别是信息安全对全系统存活性的影响在理论和工程两方面均具有重要意义。全面论述了电网信息安全的国内外研究现状，提出将复杂网络理论加以发展并应用于ＣＰＰＧ的网络建模、拓扑结构特征提取、连锁故障机理分析和脆弱度评估的新思路。所提研究课题有望建立基于ＣＰＰＧ的二元网络复杂性理论，为未来智能电网的建设提供技术支撑，特别是对从信息安全角度防止系统灾变具有重要意义。关键词：智能电网；二元复合网络；复杂网络；连锁故障；脆弱度评估；信息安全中图分类号：ＴＭ７１１

文献标志码：Ａ

文章编号：１００３－６５２０（２０１１）０３－０６７２－

０８基金资助项目：国家自然科学基金（５０９７７０４７；５０８２８７０１）。Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆＣｈｉｎａ（５０９７７０４７，５０８２８７０１）．

Ｏｖｅｒｖｉｅｗｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｙｂｅｒ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　

ｏｆ　Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｈｅｏｒｙ

ＭＥＩ　Ｓｈｅｎｇ－ｗｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｙｉｎｇ－ｙｉｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｌａｉ－ｊ

ｕｎ（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　

ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　

１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｍａｒｔ　ｇｒｉｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｇａｒｄｅｄ　ａｓ　ａ　ｄｕａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐ

ｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄｃｙｂｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃａｌｌｅｄ　ＣＰＰＧ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ＣＰＰＧ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｙｂｅｒ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｎｔｈｅ　ｖｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｓ　ｏｆ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｆｒｏｍ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅｏｒｙ　

ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｇｉｖｅｓ　ａｎ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｏ－ｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｃｙｂｅｒ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｎｅｗ　ｉｄｅａ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ＣＰＰＧ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｃａｓｃａｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ　

ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｈｏｐｅｄ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ－ｉｔｙ　ｔｈｅｏｒｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＣＰＰＧ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　

ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｃｙｂｅｒ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ　ｇｒｉｄ；ｃｙｂｅｒ－ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ（ＣＰＰＧ）；ｃｏｍｐｌｅｘ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｃａｓｃａｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ；ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ａｓ－ｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｃｙｂｅｒ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ

０　引言

当前，智能电网的研究方兴未艾，一定程度上讲，智能电网代表了未来电网的主流发展趋势。

从近年电力系统科技发展的脉络上看，广义而言，可以认为智能电网有两大起源：①文［１］提出的数字电力系统理念，其重点在于输电网的智能调度与控制；②文［２］提出的“友好电网”，其重点在于建设互动型配电网。尤其是文［１］工作的提出，揭开了数字电网乃至智能电网研究工作序幕；２００６年国家电网公司实施ＳＧ１８６工程，开始进行数字化电网和数字化变电站的框架研究和示范工程建设，南方电网公司委托清华大学开展数字南方电网研究

［３］

；

２００９年，

国家电网公司提出了建设我国“坚强智能电网”的宏伟蓝图［４］

。国际上，欧美等国纷纷出台了

各自的智能电网发展计划。与此同时，国内外学者从各个方面对智能电网基础理论和关键技术进行了

深入研究，取得了一大批重要成果［５－

８］，其中多指标

自趋优运营能力被认为是智能电网与传统电网的最

大区别［

９］

。毋庸置疑，智能电网的建设进程伴随着电力系统中数字化和信息化程度的不断提高，系统中的能量流和信息流的交换与互动亦日益频繁，最终使得未来智能电网在很大程度上将发展成一类由信息网和物理（电力）网构成的相互依存的二元复合网络（ｃｙｂｅｒ－ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ＣＰＰＧ）。在此背景下，研究信息网和物理网相互依存的新一代电力网络的拓扑结构特征、连锁故障传播机理、安全水平和生存能力以及相应的预防控制措施在理论和工程两方面均具有重要意义，这主要缘于以下３方面的因素。１

）智能电网在规模和动态上的复杂特性对复杂网络理论本身的发展提出了更高的要求。

随着智能电网建设的深入，ＣＰＰＧ的网络规模

２

７６DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.2011.03.017