基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)

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(1.國網(wǎng)安徽亳州供電公司，安徽 亳州 236800； 2.中國礦業(yè)大學(xué),江蘇 徐州 221116)

0 引言

電力系統(tǒng)負(fù)責(zé)電能的消費與生產(chǎn)，能夠同時完成發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等各項工作。電源點與負(fù)荷中心所處地區(qū)多數(shù)不同，難以將電能大量存儲下來，電能的生產(chǎn)與消費很難達(dá)到平衡[1]。由于電力資源與中心資源有很大的不同，所以必須采取新的方式保持消費平衡。在電力系統(tǒng)中電力調(diào)度系統(tǒng)是重要的組成部分。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)在為社會帶來便利的同時，也帶來了一系列問題，病毒和黑客隨時都可能入侵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，泄漏用戶隱私。因此電力系統(tǒng)在運行時，要建立多種安全措施，確保數(shù)據(jù)和操作安全[2]。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)在認(rèn)證用戶信息時，多采用多重操作密碼控制權(quán)限的方案，用戶自己設(shè)定安全密碼，計算機(jī)在確保識別到正確密碼后才能開啟工作模式[3]。密碼識別存在很多弊端，容易被遺忘和竊取。作文靜態(tài)數(shù)據(jù)的密碼每次登陸時都會使用相同的驗證信息，很容易被網(wǎng)絡(luò)程序和監(jiān)聽設(shè)備盜取。因此基于用戶密碼的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)十分不安全[4]。

身份認(rèn)證中的指紋識別技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)急調(diào)度控制技術(shù)中重要的組成環(huán)節(jié)，該技術(shù)具有安全性高，操作過程方便的優(yōu)點，因此成為設(shè)計各類系統(tǒng)調(diào)動控制的首選技術(shù)[5]。綜上所述，本文基于網(wǎng)絡(luò)識別研究了一種新的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)，在傳統(tǒng)的動態(tài)控制技術(shù)基礎(chǔ)下進(jìn)行改進(jìn)，利用C/S架構(gòu)、指紋模塊、用戶認(rèn)證模塊保存信息，客戶端只有通過指紋識別才能進(jìn)行頁面瀏覽、數(shù)據(jù)訪問、畫面編輯以及其它的操作。采用網(wǎng)絡(luò)指紋識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度控制技術(shù)具備很強(qiáng)的安全性，準(zhǔn)確性強(qiáng)，工作效率高，該技術(shù)可以使電力系統(tǒng)達(dá)到自動化水平，不僅能夠提高勞動生產(chǎn)率，同時也能增加經(jīng)濟(jì)效益，使電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定的維持工作。本文研究的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)具有十分廣闊的前景，推動其應(yīng)用可以帶來很大的社會經(jīng)濟(jì)效益[6]。

1 電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)架構(gòu)研究

本文設(shè)計的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)符合電業(yè)局用戶要求，引用指紋識別技術(shù)和自動化技術(shù)代替密碼認(rèn)證技術(shù)，有效實現(xiàn)身份認(rèn)證和權(quán)限管理[7]。電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)的架構(gòu)平臺如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)架構(gòu)

觀察圖1，電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)由認(rèn)證服務(wù)器、用戶管理、用戶權(quán)限設(shè)置、指紋登錄和調(diào)度模塊組成。其中，指紋認(rèn)證平臺是上述電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)架構(gòu)的核心部分，采用C/S架構(gòu)控制用戶信息。一旦出現(xiàn)問題時，用戶必須要進(jìn)行指紋識別，確保無誤后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)遙控工作。

傳統(tǒng)的用戶密碼應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)在控制電力系統(tǒng)時會設(shè)置多種安全分區(qū)方案，但是由于電力系統(tǒng)分布極其廣泛，所以電網(wǎng)調(diào)度結(jié)果與實際情況有很大的差距。本文研究的指紋識別應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)可以將電力系統(tǒng)的內(nèi)部資源集中整合，通過一個客戶端控制調(diào)度過程。此種方式不僅能夠提高數(shù)據(jù)交換頻率，也能有效加快工作速度，加強(qiáng)工作質(zhì)量[8]。

電力系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換時會建立一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)在內(nèi)部的傳遞方式有橫向和縱向兩種，同時建立不同的VPN，只有經(jīng)過指紋識別后的安全數(shù)據(jù)才能對應(yīng)分配進(jìn)安全區(qū)域中。橫向傳遞方式和縱向傳遞方式是兩種不同的方式，不同地點的電力數(shù)據(jù)通過縱向方式進(jìn)行控制，相同地點不同區(qū)域的電力數(shù)據(jù)通過橫向方式進(jìn)行控制。VPN調(diào)度方式具有很強(qiáng)的隔離性，安全區(qū)域的電力數(shù)據(jù)不能進(jìn)行隔離調(diào)度[9]。

電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度過程十分復(fù)雜，對其進(jìn)行控制必須要建立不同的邊界網(wǎng)絡(luò)，在同一地點內(nèi)形成一個相對的安全區(qū)，如圖2所示。

圖2 電力系統(tǒng)安全區(qū)

安全區(qū)在控制電力系統(tǒng)調(diào)度控制工作中起著關(guān)鍵性的作用，確?？刂七^程的環(huán)境安全、設(shè)備安全、傳輸介質(zhì)安全、視頻監(jiān)聽安全以及磁盤安全。

1)環(huán)境安全控制。選用GBCM7.5安全器控制環(huán)境，確保調(diào)度技術(shù)實現(xiàn)的環(huán)境溫度為15℃～30℃之間，濕度維持在10%～80%，大氣壓力為108 KPa。

2)設(shè)備安全控制?？刂圃O(shè)備的電源選用功率大且延時性強(qiáng)的電源，通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜和雙機(jī)冗余服務(wù)器控制設(shè)備。電力系統(tǒng)在調(diào)度控制時一旦出現(xiàn)故障必須要做出自動切換，保證調(diào)度工作穩(wěn)定運行。UPS電源必須要及時查看，防止漏液[10]。

3)傳輸介質(zhì)安全控制。傳輸介質(zhì)也是應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)需要重點注意的問題，網(wǎng)線要選用雙絞線控制，插頭選用RJ45插頭，排列方式為雙向整齊排列。需要特別指出的是，雙絞線所露區(qū)域不能超過10 mm，一旦露出區(qū)域超過10 mm，近端就會出現(xiàn)串?dāng)_，從而形成回?fù)軗p耗，控制效果將會大大下降。

4)視頻監(jiān)聽安全控制。在控制電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)聽安全時，必須要采用變電站，控制內(nèi)容包括運行環(huán)境和操作環(huán)境[11]。

5)磁盤安全控制。本文選用量化服務(wù)器控制磁盤安全，同時連接多個子系統(tǒng)，一臺主機(jī)上通常要安裝多個網(wǎng)卡，同時提供多種服務(wù)。多個主機(jī)連接還能偵查到對方的工作狀況。主機(jī)借助共享磁盤運行，每個磁盤的容量都很大。磁盤將多種數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的信息存儲下來，不僅能夠節(jié)約投資，同時也能提高工作效率，確保技術(shù)在安全的環(huán)境下工作。磁盤陣列是控制磁盤安全最可靠的方案，在調(diào)度時，每一個數(shù)據(jù)庫都會有一個磁盤記錄內(nèi)部電力數(shù)據(jù)，同時分析處理記錄的數(shù)據(jù)，分析結(jié)果上傳到中心系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，尋找出最佳的調(diào)度方案。

在安全控制技術(shù)的輔助下，電力系統(tǒng)的資源應(yīng)急調(diào)度變得十分可靠。

參照組:該組患者予以四聯(lián)療法,使用的藥物為蘭索拉唑,使用劑量為15mg,一天2次,阿莫西林,使用劑量為1000mg,一天2次,左氧氟沙星,使用劑量為200mg,一天2次,枸櫞酸鉍鉀,使用劑量為220mg,一天2次。

2 電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)工作流程設(shè)計

傳統(tǒng)的基于用戶密碼識別的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)的工作流程十分繁瑣復(fù)雜，如果一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個技術(shù)都將無法正常運行，控制工作的穩(wěn)定性難以保證?；谥讣y識別的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)的各個工作環(huán)節(jié)具有獨立性，同時設(shè)定安全配比項目，當(dāng)一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，其它環(huán)節(jié)可以立即替換問題設(shè)備，確保控制工作安全穩(wěn)定的運行[12]。

基于指紋識別的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)工作流程如圖3所示。

圖3 應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)工作流程

對圖3的工作流程進(jìn)行系統(tǒng)地介紹：

第一步：建立電力資源路由選擇表。調(diào)度數(shù)據(jù)的路由選擇表遵循OSPF協(xié)議，采用拓?fù)鋮f(xié)議定義電力路由器的調(diào)度方案。電力系統(tǒng)的不同設(shè)備之間要標(biāo)出不同的標(biāo)記值。在目的端點創(chuàng)建LSP指示圖，分析電力系統(tǒng)各數(shù)據(jù)的分布狀況。電力資源選擇表通過虛擬電路操控，采用人工分配的方式調(diào)度電力數(shù)據(jù)。

第二步：數(shù)據(jù)包處理。借助LSR處理入局?jǐn)?shù)據(jù)包，分析數(shù)據(jù)包中的電力數(shù)據(jù)屬于哪種業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)的電力數(shù)據(jù)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制方式不同，做出的決策也不同。在得到處理結(jié)果后，LSR會貼上標(biāo)題，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到中心系統(tǒng)，做進(jìn)一步記錄與分析。

第三步：標(biāo)記替換。數(shù)據(jù)包的標(biāo)記內(nèi)容存在新內(nèi)容和舊內(nèi)容的區(qū)別，因此要定期排查，發(fā)現(xiàn)標(biāo)記內(nèi)容過于老舊時，要采取有效手段替換標(biāo)記。在核心環(huán)節(jié)的中繼段上，每個標(biāo)記都要不斷重復(fù)替換，確保控制工作順利進(jìn)行。

第四步：解除電力資源數(shù)據(jù)包標(biāo)記，將數(shù)據(jù)包傳給目的地，實現(xiàn)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制。在這一步驟中，需要建立一個專門的VPN網(wǎng)絡(luò)，以便指紋識別，即VPN aware網(wǎng)絡(luò)。VPN標(biāo)識為32位，建立起來更加方便，當(dāng)標(biāo)識嵌入到IP包之后，VPN會形成一個新的IP地址，用戶將指紋放入到這個IP地址中，就可以進(jìn)行應(yīng)急地調(diào)度。

相較于傳統(tǒng)工作流程，本文設(shè)計的工作流程擁有非常強(qiáng)的優(yōu)勢：

1)安全性高?；谥讣y識別的應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)中的路由選用的是MD5路由，不僅支持防火墻技術(shù)，同時支持高層應(yīng)用加密技術(shù)。

3)擴(kuò)展范圍廣。軟件同時采用BGP和MPLS進(jìn)行擴(kuò)展控制，使電力數(shù)據(jù)可以在短時間內(nèi)進(jìn)入新的網(wǎng)格中，CPU耗費很少，連接數(shù)量較低。

軟件中加入了三種路由器操控電力系統(tǒng)的調(diào)度工作，分別為：用戶邊緣路由器(CE路由器)、運營商邊緣路由器(PE路由器)、運營商骨干路由器(P路由器)，不同的路由器在連接到VPN之后發(fā)揮不同的作用，使控制工作更加靈活可靠。

3 實驗研究

3.1 實驗?zāi)康?/h3>

為了檢測本文設(shè)計的基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別技術(shù)的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)實際效果，與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行對比，進(jìn)行了實驗研究。

3.2 實驗參數(shù)設(shè)置

設(shè)置實驗參數(shù)如表1。

表1 實驗參數(shù)

3.3 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行實驗，選用傳統(tǒng)的基于用戶密碼識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)和本文研究的基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)動態(tài)控制技術(shù)進(jìn)行對比實驗，分析實驗結(jié)果。

3.3.1 安全性實驗結(jié)果

觀察圖4，控制時間不同，傳統(tǒng)控制技術(shù)和本文控制技術(shù)的入侵信號數(shù)量不同。當(dāng)控制時間為20 min時，在基于用戶密碼識別控制技術(shù)控制下的電力應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)依舊受到大量入侵信號的干擾，入侵信號數(shù)量可以高達(dá)92個，在基于指紋識別控制技術(shù)控制下的電力應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)也會受到大量入侵信號的干擾，入侵信號數(shù)量為60個。隨著一段時間的工作后，入侵信號數(shù)量開始呈現(xiàn)下降趨勢，但是基于用戶密碼識別的控制技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)入侵信號下降數(shù)量有很大的不同。當(dāng)控制時間達(dá)到40 min時，利用用戶密碼識別的控制技術(shù)控制的電力應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)信號入侵?jǐn)?shù)量依然高達(dá)80個，但是利用指紋識別的控制技術(shù)的電力應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)信號入侵?jǐn)?shù)量為53個。在維持40分鐘的控制后，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號數(shù)量高居不下，在第60 min時，入侵信號數(shù)量依然為90個，而基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號數(shù)量降到50個。從第80 min開始，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號數(shù)量開始出現(xiàn)很大程度的下降，當(dāng)控制時間為80 min時，本文控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為42個，傳統(tǒng)控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為93個；當(dāng)控制時間為100 min時，本文控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為31個，傳統(tǒng)控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為92個；當(dāng)控制時間為120 min時，本文控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為28個，傳統(tǒng)控制技術(shù)控制的電力系統(tǒng)入侵信號的數(shù)量為95個。

圖4 安全性實驗結(jié)果

3.3.2 控制時間實驗結(jié)果

圖5中的外層圈表示互調(diào)干擾頻率，內(nèi)層圈表示的是不同互調(diào)干擾頻率對應(yīng)的控制時間，其中下半部分對應(yīng)的各個三角形為傳統(tǒng)控制技術(shù)，上半部分對應(yīng)的各個三角形為本文研究的控制技術(shù)?？刂茣r間電力系統(tǒng)受到不同互調(diào)干擾頻率影響時，需要的控制時間不同。整體來看，收到的互調(diào)干擾頻率越大，所需要的控制時間越少，但是基于用戶密碼識別的控制技術(shù)和基于指紋識別的控制技術(shù)花費的時間不同。觀察圖5，當(dāng)受到的互調(diào)干擾頻率為50 Hz時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)所需控制時間為18 min，而基于指紋識別的控制技術(shù)所需控制時間為15 min；當(dāng)受到的互調(diào)干擾頻率為150 Hz時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)所需控制時間為17 min，而基于指紋識別的控制技術(shù)所需控制時間為13 min；當(dāng)受到的互調(diào)干擾頻率為250 Hz時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)所需控制時間為17 min，而基于指紋識別的控制技術(shù)所需控制時間為11 min；當(dāng)受到的互調(diào)干擾頻率為350 Hz時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)所需控制時間為16 min，而基于指紋識別的控制技術(shù)所需控制時間為5 min。

圖5 控制時間實驗結(jié)果

3.3.3 穩(wěn)定性實驗結(jié)果

穩(wěn)定性受互調(diào)干擾級別影響，在不同的互調(diào)干擾級下，穩(wěn)定性會有一些不同，上下會有一定的波動，但是波動值會穩(wěn)定在固定的范圍內(nèi)。觀察圖6，基于網(wǎng)絡(luò)識別的控制技術(shù)在控制電力系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的波動較小，而基于用戶密碼識別的控制技術(shù)在控制電力系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的波動較大，穩(wěn)定性很差。當(dāng)互調(diào)干擾級別為1時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為50%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為90%；當(dāng)互調(diào)干擾級別為2時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為30%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為86%；當(dāng)互調(diào)干擾級別為3時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為32%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為83%；當(dāng)互調(diào)干擾級別為4時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為50%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為90%；當(dāng)互調(diào)干擾級別為5時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為31%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為82%；當(dāng)互調(diào)干擾級別為6時，基于用戶密碼識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為30%，基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)穩(wěn)定性為82%。

圖6 控制效果實驗結(jié)果

3.4 實驗結(jié)論

動態(tài)控制技術(shù)在控制電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度工作時會受到多方面因素的影響，如：互調(diào)干擾頻率、互調(diào)干擾級別以及外來信號入侵等。因此實驗對這些變量進(jìn)行控制，根據(jù)上述實驗結(jié)果與分析，得到如下實驗結(jié)論：在相同的控制時間下，利用用戶密碼識別控制技術(shù)的電力系統(tǒng)在進(jìn)行動態(tài)控制時會有大量入侵信號侵入電力系統(tǒng)，影響控制效果，而利用指紋識別控制技術(shù)的電力系統(tǒng)在進(jìn)行動態(tài)控制時，入侵信號數(shù)量開始出現(xiàn)明顯的下降，控制時間延長到后期時，入侵信號數(shù)量可以達(dá)到完全沒有。當(dāng)互調(diào)干擾頻率相同時，利用用戶密碼識別控制技術(shù)的電力系統(tǒng)需要花費極長的工作時間才能進(jìn)行達(dá)到控制效果，而本文研究的利用指紋識別控制技術(shù)的電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)就能達(dá)到控制效果。在相同的互調(diào)干擾級別下，兩種控制技術(shù)的穩(wěn)定性也不同。基于用戶密碼識別的控制技術(shù)控制效果很差，穩(wěn)定性不好，控制時產(chǎn)生的波動很大；而基于網(wǎng)絡(luò)指紋識別的控制技術(shù)控制效果較好，穩(wěn)定性比較高。

4 總結(jié)與展望

發(fā)展電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)對于控制電力資源分配和管理有重要意義?；谟脩裘艽a識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)雖然會有一定的控制效果，但是已經(jīng)難以滿足目前電力系統(tǒng)的要求。網(wǎng)絡(luò)指紋識別技術(shù)具有極高的智能性，是目前的新興技術(shù)，在各個領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展?；诰W(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)研究了一種新的動態(tài)控制技術(shù)，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)在控制時間和控制效率上都有很大程度的提高，控制時間可以有效縮短25%～30%，控制效率能夠提高到50%以上，穩(wěn)定性提高40%～60%。指紋識別技術(shù)安全性很高，雖然在控制過程也會受到其它因素影響，但是影響較小?；诰W(wǎng)絡(luò)指紋識別的電力系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度動態(tài)控制技術(shù)在花費成本、資源投入和工作效率上都有明顯的提高，是未來電力系統(tǒng)必然使用的技術(shù)之一，本研究對于電力系統(tǒng)發(fā)展有關(guān)鍵性的指導(dǎo)意義。