考慮信息物理融合的電網(wǎng)信息風險模糊綜合評估

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

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