第４期（总第１７４期） ２０１２年８月 山西电力 Ｎ０．４（Ｓｅｒ．１７４） Ａｕｇ．２０１２ ＳＨＡＮＸＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 物联网在智能电网中的技术应用及安全防护 张丽敏１，２， 中文栋１， ，孟 军。 （１．华北电力大学，北京１０２２０６；２．晋城供电公司， 山西晋城０４８０００；３．山西省电力公司，山西太原０３０００１） 摘要：阐述了物联网的背景及其概念，从发电、输电、配电、变电、电力调度、用户等方面对物 联网技术在智能电网中的应用，结合新技术所带来的安全风险进行了分析，并得出物联网在智能 电网中如何做好安全防护。 关键词：物联网；智能电网；安全风险；安全防护 中图分类号：ＴＭ７３；ＴＭ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０３２０（２０１２）０４—００３６—０３ ０引言 国家电网公司于２００９年５月首次公布了智能电 网计划，全面建设以特高压电网为骨干网架、各级 智慧型基础设施。 “智慧地球”的基本设想是把感 应器嵌入和装备到电网、铁路、公路、桥梁、大 坝、隧道、供水系统、油气管道、建筑等各种物体 中，并且被普遍连接，从而形成物联网。此概念提 出后在美斟各界受到高度关注。欧盟于２００９年６月 启动物联网行动计划。日本在２００９年８月在Ｕ—Ｊａｐａｎ 基础上启动Ｉ—Ｊａｐａｎ战略。韩国提出ＵＳＮ、Ｕ—Ｋｏｒｅａ 战略。 电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、自动 化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智 能电网。在信息化、自动化、互动化的智能电网 中，以物联网、云计算等为代表的前沿技术具有广 泛的应用前景。各项前沿技术的应用也将为电力网 络和信息系统带来新的安全风险，如物联网传感节 点的低可赖性、数据无线传输的监听窃取等都是需 要解决的安全问题。如果安全防护措施不当，电力 自２００９年８月总理提出“感知中国”以 来，物联网被正式列为国家战略新兴产业之一，写 入工作报告，物联网在中国受到了社会极大地 关注。在国家电网公司发布的《智能电网技术》一 生产数据的保密性、传输信息的完整性和可用性、 电力用户的隐私等可能受到破坏，还可能威胁到电 力调度数据网络和企业信息网络的安全，甚至影响 电力生产安全 书中展望了智能电网未来的应用，其中提到“智能 城市的发展和物联网技术的应用将给智能电网的建 设带来不可忽视的影响”，认为物联网技术可以应 用在电力设备状态检测、电力安全生产管理、智能 １物联网的背景 ２００８年底，ＩＢＭ向美国提出了“智慧地 球”战略，建议美围选举后的新投资新一代的 用电、电力资产全寿命周期管理等方面。现代电网 发展的一个新的阶段将会是后信息化时代的电网， 也将是物联网技术作用下的互动智能电网。 ２物联网的概念 收稿日期：２０１２－０３—２８，修回日期：２０１２－０６—２１ １９９９年“物联网”这个概念被提出。目前对 作者简介：张丽敏（１９８０一），女，山西晋城人，２００９级华北电力大学 物联网仍没有一个特别明确的定义，较为公认的认 识是物联网技术是指通过射频识别ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ 项目管珲在读Ｉ：程硕士，一１ 程师，从事信息系统管理 ｒ作； 申文栋（１９７８～），男Ｉ【【Ｊ西晋城人，２００９级华北电力大学 Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、红外感应器、激光扫捕 器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协 议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和 通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管 项目管理在读【 程硕：士，Ｔ：程师，从事信息系统管理 Ｉ．作； 需军（１９６３～），男，北京人，１９９７年毕业于 沙电力学 院财务会计‘专业，从事Ｔ：程经营管理 作。 ・理。从其概念上可以看出，物联网有二个基本特 ３６・ 张丽敏，等：物联网在智能电网中的技术应用及安全防护 征，即一是全面感知，利用ＲＦＩＤ、传感器、二维 将信息传送至设备监测中心，实现输变电设备运行 化水平。 在配电方面，物联网技术用在配电网现场作业 管理、配电网设备的安全防护方面，提高电能利用 码等能够随时随地采集物体的动态信息；二是可靠 状态检修管理，提升输变电专业生产运行管理精益 传递，通过网络将感知的各种信息进行实时传送； 三是智能处理，利用计算机技术及时对海量的数据 进行信息控制，真正达到人与物的沟通、物与物的 沟通。 效率，实现节能减排，降低生产成本。 在用电方面，通过物联网技术的应用，智能电 ３物联网技术在智能电网中的应用 目前，我国的智能电网注重的是电力系统发 网可以对用电信息采集进行管理，从而对需求进行 更准确地预测。智能电网可以在智能电表的协助 电、输电、变电、配电、用电和调度这六个环节， 以通信信息平台为支撑，具有信息化、数字化、自 动化、互动化的特征。与之匹配的通信技术、设备 技术、量测技术、控制技术也成为了智能电网的发 展核心，物联网的加入可以全方位提高智能电网各 个环节的信息感知度、敏锐度，为实现电力系统的 智能化提供基础数据支撑。物联网技术可以有效整 合通信及电力基础设施资源，使信息通信基础设施 资源服务于电力系统运行，从而提高电力系统信息 化水平，改善现有电力系统基础设施的利用效率【”。 智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需 要在开放的系统和共享信息模式的基础上，整合系 统中的数据，优化电网的运行和管理。开放式整体 网络系统将彻底改变今天的电网结构，实现从发 电、输电、变电、配电、用电及调度，乃至用户侧 的全过程控制。物联网技术处处能够体现在未来的 智能电网中。 在发电方面，物联网技术可以对发电机、电动 机等进行状态监测，对风力、太阳能发电等进行发 电预测。智能电网可以更迅速、更方便地让可再生 能源发电等新型电力入网，比如分布式发电的入网。 在输电方面，通过物联网技术的应用，对输电 线全长进行监测。输电线路状态监测主要包括对导 线温度、绝缘端子污秽、杆塔倾斜、覆冰、线路舞 动、微气象等进行监测，获取设备状态信息，对设 备状态进行评估和诊断。智能电网具有“自愈”功 能，就是把电网中有问题的元件从系统中隔离出 来，并在很少或不用人为干预的情况下使系统迅速 恢复到正常运行状态，几乎不需要中断对用户的供 电服务。智能电网在黑启动中，能够自动配置启动 方案，进行网络重构，供调度人员参考，从而提高 设备可靠性和运行效率嘲。 在变电方面，通过物联网技术对电气设备状态 进行监测，对变电站的周界安全进行防护。基于站 内网络实现信息融合交互，通过电力专用数据网络 下，对供电量进行调配，制定动态计费方案，以反 映不同时刻的发电、输电成本，鼓励消费者在可再 生能源发出大量电力时增加用电，这有助于舒缓用 电峰谷，使电网保持供需平衡。 在电力调度方面，通过物联网技术的应用，进 行监控与数据采集。通过遍布电网的传感器及时感 知电网内部的运行情况，反馈给调度系统全局电能 的损耗情况，并能够辅助调度人员控制系统的运行 方式，在保证安全运行的前提下优化网络的运行， 节省能源消耗，推动低碳经济。 在用户侧用电的过程中，物联网技术的应用可 以实现智能家居。目前常用的有情境控制、门禁系 统、防盗监控系统、防灾系统等，新一代的研究将 着重于通信、信息及生活增值平台的整合与应用， 从而根据各自运行特性达到优化运行。 总之，应用物联网技术，智能电网将会形成一 个以电网为依托，覆盖城乡各用户及用电设备的庞 大的物联网，成为“感知中同”的最重要基础设施 之一。智能电网与物联网的相互渗透、深度融合和 广泛应用，能有效整合通信基础设施资源和电力系 统基础资源，进一步实现节能减排，提升电息 化、自动化、互动化水平，提升电网服务质量。 ４物联网所面临的安全风险 物联网技术的应用给人们带来很多便利之处， 但伴随着的还有网络信息安全的防护问题。如果网 络信息安全得不到保障，那么许多个人隐私都随时 被他人恶意窃取而泄露，尤其是在信息化迅猛发展 的今天，网络窃密与反窃密技术在迅速发展。考虑 到物联网的特殊性及其迅猛发展的趋势，物联网所 面临的安全风险包括对无线物联网络的攻击和对物 联网软件、系统、协议栈的攻击Ｉ 。 ４．１传感器本体安全问题 物联网在感知层采集数据时，其信息传输方式 基本是无线网络传输，因此，与传统无线网络一 ・３７・ 山西电力 ２０１２年第４期 样，使用无线通信方式的物联网消息通信如果缺乏 有效保护措施很容易受到非法监听、篡改、伪造、 阻断攻击等。 ４．２核心网络安全问题 网应用物联网技术的安全风险，为构建智能电网主 动防御体系提供保障和支撑 。根据对物联网技术 及其应用的深入研究，在信息感知、信息传输、信 息处理三个层面采取安全机制，解决传感器本体、 核心网络及应用层面的安全问题，从而提高物联网 物联网在采集信息的过程中形成大量的信息节 点，进行信息监控、感知和搜集，但由于这些节点 容易导致大量的数据同时接收和发送，使网络拥 塞，产生拒绝服务攻击。由于物联网中节点布置的 的安全性，保障系统及其上传输信息的机密性、完 整性、可用性。充分考虑智能电网各环节中物联网 业务信息安全风险及物联网安全终端、安全芯片、 安全操作系统、网络传输与信息安全体系、远程安 全运维关键技术的安全问题，确保信息内安 全，避免攻击者通过物联网渗入网络。 自组性、随机性、能量的和通信的不可靠性， 导致物联网不具备基础的网络架构、拓扑结构动态 变化，这就为入侵者插入虚假路由信息、通过虚拟 节点对物联网发起攻击提供了可能性。因此，要实 现对物联网中各物品设备的日志等信息进行安全有 效地管理，物联网的核心网络需要一个强大而统一 物联网作为未来信息领域发展的新方向将在人 们的日常生活和社会生产的各个方面产生广泛而深 入的影响，交通、电力、建筑、运输、铁路、水力 的安全管理平台。 ４．３物联网应用的安全问题 等各大产业都将逐渐开始物联网技术的推广和应 用。在物联网显著提高社会运行效率和经济效益的 物联网的核心在于通过识别解决实际问题，而 物联网的部署和连接是交叉进行的，运行时物联网 的拓扑结构也不断发生变化，从而导致应用终端的 输入、输出控制困难，存在着应用终端与感知节点 同时，也要看到其对国家秘密、公民隐私保护和信 息安全等安全问题提出了严峻挑战。目前，我国物 联网的发展还处于起步阶段，关于物联网在智能电 网中的技术应用和安全防护问题的研究任重而道远。 参考文献： ［１］钱彬，莫日宏．物联网技术在智能电网中的应用［Ｊ］．新材料产 业．２０１０（１２）：５１－５３． 的远程签约识别问题，黑客、恶意软件以及病毒的 攻击和对３Ｇ终端的不法利用等问题。 ５智能电网中物联网安全防护研究 要做好智能电网中物联网的安全防护，必须解 ［２］高字．物联网与智能电网［Ｊ］．华北电业，２０１０（２）：５４—５６． ［３］刘件，候毅．物联网时代的信息安全防护研究［Ｊ］．微计算机应 用，２０１１（１）：１５－１９． ［４］吴同．浅析物联网的安全问题［Ｊ］．网络安伞技术与应用， ２ｏｌｏ（８）：７—８转２７． 决智能电网各环节安全应用物联网的需求，降低电 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｉｎ Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ—ｒａｉｎ ，ＳＨＥＮ Ｗｅｎ—ｄｏｎｇ ，ＭＥＮＧ Ｊｕｎ （１．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢｅＵｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉｎｃｈｅｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊｉｎｃｈｅｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ ０４８０００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｈａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ ０３０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒａｃｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｉｎ Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ ｉｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＴｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒａｃｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ；Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ． ・３８・
