针对网络攻击的配电网信息物理系统风险量化评估
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作者:郭玟志 卢传博 郝滨
【摘要】 智能电子设备与通信技术的应用，深化了电力系统与信息系统的耦合程度，也为系统运行带来一定风险。基于此，本文从网络攻击入手，介绍配电网信息物理系统风险量化评估方法，并结合具体案例，阐述评估方法应用要点，为电力企业优化信息物理系统提供帮助。
【关键词】 网络攻击 配电网 信息物理系统
前言：信息物理系统可整合电力系统与信息系统，为电力企业提供丰富的物理资源与计算资源。电力系统与信息系统相符相成，在信息系统受到网络攻击时，物理电力系统也会出现故障。电力企业需结合网络攻击，评估配电网信息物理系统面临的风险，采取针对性应对措施，保障电力系统的可靠稳定供电。
一、针对网络攻击的配电网信息物理系统风险量化评估方法
本文选择IEC 61850标准中的风险计算公式，对信息物理系统风险进行量化评估。该标准中的风险计算公式为：R=P×C，其中，P是指网络攻击成功概率;C是指网络攻击造成的物理后果。就此，信息物理系统风险量化评估的关键，在于P和C的计算。
1.1网络攻击成功概率的量化分析
鉴于信息物理系统的多个网络接口，网络攻击具备不可确定性，需全面分析系统可能遇到的网络攻击，首先计算攻击入口选择的概率，再分析每个入口的攻击路径，整合各个路径的攻击成功率，得出最终的网络攻击成功概率。就攻击入口选择概率而言，可通过攻击者到攻击入口间的转移概率计算。大部分电力企业的信息物理系统攻击入口相同，概率数值一致，为1/4。而在各入口攻击路径成功率计算中，需构建如下计算模型：
PLN，lh（C≤c）=1-e-λhc
其中，lh是指第h条攻击路径;λh是指脆弱性因子;C是指网络攻击付出的代价;c是指网络攻击资源的大小。在该计算模型中，脆弱性因子的量化是难点，电力企业可结合层次分析法与基础相对熵理论，构建KL-TOPSIS体系，准确计算脆弱性因子的数值[1]。
1.2网络攻击造成物理后果的量化分析
对于配电网信息物理系统而言，网络攻击造成的后果为停电事故，导致电力企业、用电用户出现经济损失，可通过以下四个指标衡量：其一，瞬时后果，包括故障失负荷、故障失用户数量两项内容;其二，长期后果，包括故障失负荷小时数、故障失用户小时数两项内容。在明确量化指标后，需通过AHP为其赋值，再根据具体的系统设备，计算物理后果。
二、针对网络攻击的配电网信息物理系统风险量化评估案例
本文以某电力企业应用的IEEE RBTS BUS 2系统为例，阐述信息物理系统风险量化评估方法的具体应用。
2.1网络攻击成功概率
基于上述分析可知，网络攻击成功概率的计算关键在于脆弱性因子。本文根据脆弱性因子层次结构图，获得脆弱性因子的权重矩阵，即：
λ=[0.1335，0.187，0.179，0.0983，0.1827，0.0877，0.161]
同时，为保障风险量化评估的准确性，本文结合IEEE RBTS BUS 2系统的攻击资源与付出代价，将网络攻击资源取值为5，并通过深度优先算法，明确IEEE RBTS BUS 2系统存在的18条攻击路径，计算每一条攻击路径的攻击成功率。
2.2网络攻击造成的物理后果
有研究学者专门对IEEE电力系统开展分析，明確系统运行的各项参数。就此，本文参照学者总结的资料，明确IEEE RBTS BUS 2系统的用户负荷与用户数等参数，计算四个指标的基准值，并明确其权重系数，为指标赋值。其中，四个指标的基准值分别为1MW、100户、1MW·h、100户·h;对应的权重系数为0.140、0.115、0.477、0.281。为保障物理后果计算的准确性，在实践分析中考虑系统出现的拒动后果与误动后果。
结合网络攻击成功概率与物理后果，可计算IEEE RBTS BUS 2系统存在的风险。其中，1号、2号和6号分段开关，及1号、3号和4号断路器，风险数值较大，需电力企业重点关注，部署针对性安全防护措施，抵御网络攻击。另外，基于风险量化评估方法，电力企业可制定多个安全防护方案，模拟方案实施后的系统运行，对系统设备进行风险量化评估，选出网络攻击抵御效果最佳的方案，保障电力企业的安全可靠供电，促进其可持续发展。
结论：综上所述，配电网信息物理系统受到的CPS攻击，会引发停电事故，影响电力企业正常运行。通过本文的分析可知，电力企业需结合信息物理系统组成，分析网络攻击路径，计算网络攻击成功率;再根据网络攻击造成的影响，量化攻击后果，将网络攻击成功率与攻击后果相乘，获得信息物理系统风险，实现风险评估的定量分析，为风险管控提供参考。
参 考 文 献
[1]丁伟，唐洁瑶，曹扬等.电网信息物理系统网络安全风险分析与防护对策[J].电力信息与通信技术，2018，16（09）：33-38.
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