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      考慮信息物理融合的電網(wǎng)信息風險模糊綜合評估

      2019-10-21 09:41:22栗安琪李存斌
      現(xiàn)代商貿工業(yè) 2019年32期
      關鍵詞:模糊綜合評判風險評估

      栗安琪 李存斌

      摘 要:隨著電網(wǎng)中物理信息融合不斷深入,信息層面的風險對物理層面安全的影響越來越大??紤]信息物理融合對電網(wǎng)的影響,從信息層面對電網(wǎng)風險進行分析,建立考慮信息物理融的電網(wǎng)信息風險評估指標體系。模型采用層次分析法確定指標權重,并引入三角模糊數(shù)減少評價專家主觀上的不確定性和認識的模糊性,再結合模糊綜合評判模型進行風險評估。最后通過算例說明了這種基于三角模糊數(shù)的模糊綜合評判模型的可行性和有效性。

      關鍵詞:物理信息融合;模糊綜合評判;三角模糊數(shù);風險評估

      中圖分類號:TB 文獻標識碼:A doi:10.19311/j.cnki.16723198.2019.32.097

      0 引言

      美國國家基金委員會2006 年首先提出信息物理融合系統(tǒng)(cyber physical system ,CPS)的概念。隨著通訊技術、自動化技術、控制技術、傳感測量技術的不斷發(fā)展和引入,電網(wǎng)逐漸從原有單一的物理系統(tǒng)發(fā)展成為信息物理融合系統(tǒng)。將CPS引入電力系統(tǒng),為實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的發(fā)展提供了新的思路和途徑。實現(xiàn)信息在電力系統(tǒng)內的雙向流動和有效利用,可以提高對電力系統(tǒng)的感知和控制能力,提升電網(wǎng)信息感知、集成、共享和協(xié)同能力。但隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,這種物理系統(tǒng)對信息系統(tǒng)耦合的依賴性逐漸加深,信息節(jié)點在電網(wǎng)調度運行中逐漸發(fā)揮重要作用,信息系統(tǒng)失效或受到攻擊對電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響也愈發(fā)顯著,增加了電力系統(tǒng)的不確定性和復雜性,給信息物理融合電力系統(tǒng)帶來了新的安全挑戰(zhàn)。例如,2003 年美國加拿大大停電的一個重要原因是因信息系統(tǒng)失效而未能及時察覺并遏制連鎖故障,2015年烏克蘭電力系統(tǒng)遭到黑客惡意攻擊變電站,導致持續(xù)數(shù)小時的大型停電事故。再比如,2019年3月委內瑞拉水電站遭受網(wǎng)絡攻擊導致大停電。

      與物理層面相比,信息層面的攻擊更為容易和隱蔽,造成連鎖故障的可能性也更大。因此,電力物理信息融合系統(tǒng)中物理和信息空間之間的風險交互將是研究的重點。文獻[2]考慮信息系統(tǒng)失效與遭受的攻擊可能造成物理系統(tǒng)的能量損失,從能量損失角度對信息設備重要度的量化評估。文獻[7]從信息空間風險傳遞,以及物理層與信息層交互兩個方面分析了能源互聯(lián)網(wǎng)風險傳遞研究現(xiàn)狀。文獻[8]考慮信息通信技術的深度融合給電力系統(tǒng)運行帶來了不安全風險,提出了一種考慮信息系統(tǒng)可靠性的電網(wǎng)風險評估方法。文獻[9]闡述了信息安全風險在電力CPS中跨空間傳播的基本形式,并結合元胞自動機的理論建立了傳播模型。文獻[10]梳理了電力CPS研究現(xiàn)狀,并從影響電力CPS連鎖故障建模分析的四個方面闡述了復雜網(wǎng)絡理論在電力CPS連鎖故障研究中的應用。文獻[11]從發(fā)、輸、配、用四個環(huán)節(jié)梳理了網(wǎng)絡攻擊在電力信息物理系統(tǒng)中的典型場景,并做出總結與展望。

      本文從信息層面出發(fā),從自身和傳遞過程綜合考慮風險因素,建立考慮信息物理融合的電網(wǎng)信息層面風險評估指標體系,基于層次分析和模糊綜合評價對一個電力CPS進行風險評估。

      1 風險評估指標體系

      對信息安全風險造成重大電力事故的案例進行分析,并結合原有傳統(tǒng)信息系統(tǒng)安全風險的研究,從客觀和主觀兩大類進行分析,得出以下考慮信息物理融合的電網(wǎng)信息層面風險評估指標體系如表1所示。

      2 評估模型

      2.1 三角模糊數(shù)

      在很多情況下,用以度量評價對象的各種評價指標都具有一定的模糊性,如“好”、“較好”、“較差”、“差”等,將這種模糊不確定的語言變量轉化為確定的數(shù)值時,采用一個確定數(shù)的方法的準確度會降低,更常用的方法是不確定數(shù),常見的不確定數(shù)有區(qū)間數(shù)、三角模糊數(shù)、梯形模糊數(shù)。目前最常用的是三角模糊數(shù),其特征函數(shù)符合人的思維模式和指標的變化規(guī)律。

      設a和c分別為模糊數(shù)的下限和上限,b為可能性最大的值,那么模糊數(shù)用(a,b,c)表示,其隸屬函數(shù)為:

      μx=xb-a-ab-a,x∈(a,b)xb-c-cb-c,x∈(a,b)0,其他

      為表示方便,本文中采用“-”、“*”、“+”作為上標分別表示下限、最可能值和上限,即模糊數(shù)w=w-,w*,w+。

      2.2 基于模糊綜合評價法的風險評價模型

      集成層次分析法與模糊綜合評判法,將評價指標體系分成地接遞階層次結構,運用層次分析法確定各指標權重,然后分層次進行模糊綜合評判,最后綜合得出總的評價結果。并且,引入三角模糊數(shù)代替原有唯一的評價值,削弱了專家擬定參數(shù)的主觀影響。

      在應用改進模型進行信息風險評估前,需依據(jù)項目的風險評估指標體系,由相關專家對各個風險因素進行評價并確定因素權重,從而得到相應各級的模糊關系矩陣和權重向量。模型的具體步驟如下:

      3 算例分析

      選取某電網(wǎng)信息物理融合系統(tǒng)作為評價對象,確定其信息層面的風險指標體系和因素集U如表1所示,可知,n=4。確定所采用的評語集為V={極低風險,較低風險,中等風險,較高風險,極高風險}。請5位專家根據(jù)1~9標度法給出各因素集相對重要程度,下面以二級指標信息系統(tǒng)自身安全脆弱性的三個子指標為例說明計算過程。

      在此,只列出一位專家的權重評價結果

      4 結束語

      本文在一般電網(wǎng)信息風險分析的基礎上,綜合考慮物理信息融合產(chǎn)生的傳遞過程的風險,并據(jù)此構建了考慮信息物理融合的電網(wǎng)信息層面風險評估指標體系。在此基礎上,運行層次分析法對所建立的指標體系計算權重,并引入三角模糊數(shù)代替原有數(shù)值,避免了一致性檢驗的繁瑣步驟,也減弱了專家主觀意見的影響;再結合模糊綜合評價模型建立了信息風險評價模型。最后由具體算例給出求解過程,也表明該模型具有一定的應用價值。

      參考文獻

      [1]邱宇峰.電網(wǎng)信息物理融合系統(tǒng):面向未來的能源互聯(lián)網(wǎng)[N].國家電網(wǎng)報,20150309(006).

      [2]郭嘉,何宇斌,韓宇奇,等.考慮有效距離接近中心性的信息設備重要度評估[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,(23).

      [3]梁云,劉世棟,郭經(jīng)紅.電網(wǎng)信息物理融合系統(tǒng)關鍵問題綜述[J].智能電網(wǎng),2015,3(12):11081111.

      [4]趙俊華,文福拴,薛禹勝,等.電力CPS的架構及其實現(xiàn)技術與挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(16):17.

      [5]韓宇奇,郭嘉,郭創(chuàng)新,等.考慮軟件失效的信息物理融合電力系統(tǒng)智能變電站安全風險評估[J].中國電機工程學報,2016,36(6):15001508.

      [6]郭慶來,辛蜀駿,孫宏斌,等.電力系統(tǒng)信息物理融合建模與綜合安全評估:驅動力與研究構想[J].中國電機工程學報,2016,36(6):14811489.

      [7]李存斌,李小鵬,田世明,等.能源互聯(lián)網(wǎng)電力信息深度融合風險傳遞:挑戰(zhàn)與展望[J].電力系統(tǒng)自動化,2017,41(11):1725.

      [8]Lu D,Liu Y,Zeng Y.Risk assessment of power grid considering the reliability of the information system[C]// IEEE International Conference on Smart Grid Communications.IEEE,2016.

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