蘇 劍

（新疆特變電工樓蘭新能源有限公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841899）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)攻擊、惡意軟件和未經(jīng)授權(quán)的訪問等威脅可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的癱瘓、數(shù)據(jù)泄露等，給電力供應(yīng)和運行帶來嚴重的風險與損失。因此，開發(fā)一種有效的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)，成為保護電力系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測能夠?qū)崟r監(jiān)測電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)活動，及時發(fā)現(xiàn)異常行為，并采取相應(yīng)的措施進行響應(yīng)和防御。此外，還應(yīng)具備快速檢測和識別新型威脅的能力，以應(yīng)對不斷演變的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。本研究的成果對于提高電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性、保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性具有重要意義。同時，也為其他類似領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和研究提供了借鑒與參考。

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的含義及其重要性

1.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的含義

電力監(jiān)控系統(tǒng)是指通過傳感器、儀表和監(jiān)測設(shè)備等，對電力系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、頻率、溫度、濕度等關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，并將這些數(shù)據(jù)進行處理、分析以及展示的系統(tǒng)，包括監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理和分析軟件等組成部分，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的運行狀態(tài)、設(shè)備性能以及電力質(zhì)量等進行監(jiān)控與評估。

1.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)、傳輸和配送過程中具有重要的作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，可以提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，通過實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和設(shè)備性能，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，采取相應(yīng)的措施進行修復(fù)和維護，從而提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。其次，可以優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行效率，通過對電力系統(tǒng)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以了解電力負荷的變化情況和電力質(zhì)量的波動，從而合理調(diào)整電力供需平衡與優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行效率。再次，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的電力管理和控制，電力監(jiān)控系統(tǒng)可以與其他智能設(shè)備和系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和控制。通過遠程操作和自動化控制，可以提高電力系統(tǒng)的管理效率和響應(yīng)速度[1]。最后，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)可以進行數(shù)據(jù)分析和模型建立，提供決策支持和預(yù)警功能。通過分析歷史數(shù)據(jù)和趨勢，來預(yù)測電力負荷的變化、設(shè)備的壽命等，為決策者提供準確的信息和指導(dǎo)，不僅能夠提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，還能夠滿足不斷增長的電力需求，改善電力供應(yīng)的質(zhì)量。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，存儲器模塊用于存儲網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)的配置信息、日志數(shù)據(jù)以及報警信息等。它可以采用固態(tài)硬盤或者其他存儲介質(zhì)，具備足夠的存儲容量和快速的讀寫能力。以太網(wǎng)模塊是網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)與電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的接口，負責數(shù)據(jù)的傳輸和通信，可以支持不同的以太網(wǎng)協(xié)議和接口類型，如Ethernet、Fast Ethernet或Gigabit Ethernet 等，以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆ｋ娫茨K為網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，包括交流電源模塊和直流電源模塊，具備電源管理和故障保護功能，以確保系統(tǒng)的正常運行和可靠性。PHY 控制器用于管理網(wǎng)絡(luò)連接、傳輸速率和鏈路狀態(tài)等，可以支持多個物理接口，包括光纖接口、電纜接口以及無線接口等，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和連接需求。除了上述模塊外，還包括其他功能模塊，如實時監(jiān)測模塊、異常檢測模塊、攻擊響應(yīng)模塊等。這些模塊可以通過軟件或硬件的方式實現(xiàn)，以提供全面的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測和防護能力?？傮w而言，電力監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)包括存儲器模塊、以太網(wǎng)模塊、電源模塊、PHY 控制器等基本模塊，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性[2]。

圖1 電力監(jiān)控系統(tǒng)框架

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行結(jié)構(gòu)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行結(jié)構(gòu)主要由生產(chǎn)控制大區(qū)、信息管理區(qū)、電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)、外部公共網(wǎng)絡(luò)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)以及若干業(yè)務(wù)區(qū)等結(jié)構(gòu)共同組成，其中生產(chǎn)控制大區(qū)包括電力生產(chǎn)、傳輸和配送等各個環(huán)節(jié)，如圖2 所示。

圖2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行結(jié)構(gòu)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行過程中，傳感器和儀表用于實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中的各種參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元。信息管理區(qū)負責對從生產(chǎn)控制大區(qū)采集到的數(shù)據(jù)進行處理、存儲和分析。數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)位于該區(qū)域，用于處理和分析來自各個業(yè)務(wù)區(qū)的數(shù)據(jù)。若干業(yè)務(wù)區(qū)涵蓋了電力系統(tǒng)的不同部門和功能，如發(fā)電廠、變電站、配電網(wǎng)等。每個業(yè)務(wù)區(qū)都配備了相應(yīng)的傳感器和儀表，用于監(jiān)測該區(qū)域的電力系統(tǒng)運行情況。此外，電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)是連接各個業(yè)務(wù)區(qū)和信息管理區(qū)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。它提供了數(shù)據(jù)的傳輸和交換通道，確保數(shù)據(jù)能夠及時、準確地傳遞給信息管理區(qū)進行處理和分析。外部公共網(wǎng)絡(luò)允許電力監(jiān)控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)和用戶進行通信及交互。通過這個網(wǎng)絡(luò)，電力企業(yè)可以與相關(guān)政府部門、客戶以及供應(yīng)商等進行數(shù)據(jù)交換和信息共享。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是專門用于電力系統(tǒng)調(diào)度和控制的網(wǎng)絡(luò)。它連接電力監(jiān)控系統(tǒng)和電力調(diào)度中心，用于實時傳輸電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)、負荷需求以及故障信息等重要數(shù)據(jù)。這些區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的監(jiān)測、管理和控制，確保電力供應(yīng)的可靠性和安全性。

4 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分包括防火墻、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳感器與儀表、電源設(shè)備、控制與管理設(shè)備等。防火墻可以檢測和阻止?jié)撛诘木W(wǎng)絡(luò)攻擊，確保系統(tǒng)的安全性。服務(wù)器和存儲設(shè)備用于存儲與處理電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息，需要具備足夠的計算能力和存儲容量，以滿足系統(tǒng)的需求。為了提高系統(tǒng)的可靠性和容錯能力，可以采用冗余服務(wù)器和存儲設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機、路由器、網(wǎng)關(guān)等，用于連接電力監(jiān)控系統(tǒng)的各個組成部分，如傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)等，以提供穩(wěn)定和高速的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器和儀表用于實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中的各種參數(shù)。為了確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，傳感器和儀表應(yīng)具備高精度和穩(wěn)定性。同時，還要與網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進行連接，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴ｋ娫丛O(shè)備為網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，如交流電源、直流電源和不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）等，以保證系統(tǒng)的持續(xù)運行和可靠性?？刂坪凸芾碓O(shè)備用于對網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測系統(tǒng)進行控制與管理，包括監(jiān)控控制臺、遠程管理終端等，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控、配置以及維護[3]。

5 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括安全策略和規(guī)則、安全事件監(jiān)測和檢測、安全事件響應(yīng)和處理、安全漏洞掃描和修補、系統(tǒng)監(jiān)控和報警等模塊。通過安全策略和規(guī)則確保電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。這些策略和規(guī)則可以包括訪問控制、身份驗證、授權(quán)管理、數(shù)據(jù)加密等。安全事件監(jiān)測和檢測模塊具有安全事件的實時監(jiān)測與檢測功能，通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量、日志記錄和異常行為等，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅。安全事件響應(yīng)和處理模塊可以實現(xiàn)安全事件的響應(yīng)與處理。一旦發(fā)現(xiàn)安全事件，系統(tǒng)應(yīng)能夠自動或人工進行相應(yīng)的響應(yīng)和處理，如阻斷攻擊源、隔離受影響設(shè)備等。安全漏洞掃描和修補模塊具有對系統(tǒng)進行安全漏洞掃描和修補的功能。定期進行漏洞掃描，并及時修復(fù)已知的安全漏洞，以提高系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)監(jiān)控和報警模塊能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控與報警，通過實時監(jiān)測系統(tǒng)的性能指標和網(wǎng)絡(luò)活動，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并生成相應(yīng)的報警通知[4]。

6 電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護的原則

電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護應(yīng)該是一個綜合性的過程，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全以及數(shù)據(jù)安全等多個方面。綜合考慮各種威脅和風險，采取相應(yīng)的措施來保護整個系統(tǒng)的安全性。首先，應(yīng)該采用多層次的防御機制，以確保安全策略的全面實施。這包括邊界防火墻、入侵檢測和防御系統(tǒng)、訪問控制、數(shù)據(jù)加密等多個層次的安全措施[5]。用戶應(yīng)被授予最低限度的權(quán)限，以限制其對系統(tǒng)資源的訪問。通過授權(quán)管理和權(quán)限控制，減少潛在的攻擊和風險。其次，要建立完善的日志記錄和審計機制，以監(jiān)控系統(tǒng)的操作、事件和異常行為。通過定期審計和分析，及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對潛在的安全問題，定期檢查和更新系統(tǒng)的軟件、固件以及補丁，以修復(fù)已知的安全漏洞和弱點。及時更新系統(tǒng)可以提高安全性，并防止惡意攻擊者利用已知漏洞進行入侵。最后，還要開展員工教育和培訓，提高員工的安全意識和知識水平。員工應(yīng)具備基本的網(wǎng)絡(luò)安全知識，并了解如何識別和應(yīng)對潛在的安全威脅，建立災(zāi)難恢復(fù)和業(yè)務(wù)連續(xù)性計劃，以應(yīng)對可能的安全事件和系統(tǒng)故障。定期測試和驗證災(zāi)難恢復(fù)計劃，確保在出現(xiàn)問題時能夠快速恢復(fù)正常運營。不僅如此，在工作過程中最重要的是遵循相關(guān)的法律法規(guī)和行業(yè)標準，確保電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護符合法規(guī)要求。同時，與相關(guān)的安全合規(guī)機構(gòu)合作，確保系統(tǒng)的安全性得到認證和評估[6]。

7 結(jié) 論

電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究是為了保護電力系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅，確保電力供應(yīng)的可靠性和安全性。通過綜合考慮物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全等多個方面的防護措施，以及采用分層防御、最小權(quán)限原則、實施加密和數(shù)據(jù)保護、安全事件監(jiān)測和響應(yīng)等策略，可以提高系統(tǒng)的整體安全性。總的來說，電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究對于確保電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。通過綜合的安全策略和措施，保護電力系統(tǒng)免受潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實的保障。