隨著通信信息技術的廣泛深入應用，現代電力系統已經發展為由物理電力系統和通信信息系統構成的復雜耦合系統-電力信息物理融合系統(Cyber Physical System, CPS)。電力CPS對信息通信的依賴越來越強，這也使得信息通信系統的安全在整個電力系統中變得越來越重要。

隨著特高壓跨區互聯電網的發展，及通信新技術的應用，信息傳輸的延時誤碼的特征將變得更復雜。其對電網運行控制的影響將不可忽視。

因此有必要研究通信信息對電網停電防御的影響，將停電防御向通信信息系統拓展。為有效防御通信信息故障對電力系統的影響，必須在線跟蹤通信信息系統的狀態變化，制定通信信息故障后的通信信息系統的控制策略，使電網制定控制策略時，能了解通信的實際狀態，并能及時應對通信信息系統的故障，使電網的控制策略更可靠、更有效、也更經濟。

1.電網與通信信息融合的電力系統停電防御架構

經典概念中的電力系統的停電防御系統已在現場實際應用，功能如圖1的上部分所示。作為經典概念中的通信信息系統，已有對通信信息設備的監測，及對設備故障的定量描述，而且也已有自愈保護、自動重路由和應急通信等保護措施。但在通信信息系統中，沒有將其保護和控制措施像電力系統的三道防線一樣進行系統的分類，因而也沒有完整的防御體系的概念。為實現電網和通信信息融合的電力系統的停電防御，首先是要實現通信信息的系統化的安全防御(圖1中的下部分)，形成與電力系統三道防線類似的防御體系，為電網和通信信息的協調防御奠定基礎。

圖1給出了電網和通信信息融合的電力系統的停電防御與經典概念中的電網停電防御和通信信息系統防御間的關系。圖中的紅色部分表示要實現電網和通信信息融合的電力系統的停電防御需要開展的工作。

圖1 電網與通信信息融合的電力系統的停電防御

2.通信信息三道防線

電力系統的“三道防線”意在通過不同的控制手段盡量降低電力故障造成的損失。借鑒電力系統三道防線的概念，提出通信信息的三道防線的定義：

通信信息第一道防線：是指在故障未發生時可采取加強通信信息網規劃和業務路徑的優化等措施來實現通信信息的預防控制功能;

通信信息第二道防線：是指通信信息發生業務中斷等故障時采取網絡自愈保護、備用通道快速切換、環網倒換等緊急控制策略來實現業務路徑的快速恢復功能;

通信信息第三道防線：是指對中斷業務短期故障無法解決的，采取自動重路由和應急通信等校正控制手段來保證業務的臨時暢通。

和電力系統類似，在通信信息的第三道防線的校正控制實施后，通信信息系統處于部分信息缺失、性能指標非最優的狀態，因此也需要采取恢復控制措施使之回到最優的正常通信狀態。

通信信息三道防線的定義如圖2所示。

3.通信信息安全防御系統

通信信息安全防御系統主要是基于通信信息安全三道防線的定義，結合繼電保護、安穩控制等電力實時控制業務對通信信息實時性和可靠性的特殊需求，通過對通信信息系統的中斷、延時、誤碼等指標的評估，對通信信息網絡資源進行預防控制、緊急控制和校正控制，實現對通信信息的預警分析和決策控制，以及通信信息故障的快速定位和通信信息業務的快速恢復，從而提高通信信息系統應對各類故障的反應和處理能力。通信信息安全防御系統的總體架構如圖3所示。

圖3 通信信息安全防御系統的框架結構

通信信息安全防御系統通過統一的外部接口與電網停電防御系統進行交互，定時向電網停電防御系統輸出各通信信息信道當前的、以及預想通信信息故障發生后(采用了緊急控制和預防控制后)的傳輸中斷概率、延時、誤碼率等指標。這將有助于電網停電防御系統制定更可靠、更經濟的控制策略。

4.電網緊急控制與通信信息控制的協調

在傳統的電網停電防御系統中，一般有兩套策略：離線策略和在線追加策略。這兩類策略制定時，一般假定策略(切機、切負荷等)的動作時間為一固定值(如200ms)。當將通信信息系統的信息引入到電網停電防御系統后，不但策略的套數會增加，策略的動作時間也可以依據實際的通信信息延時值進行估計。一般這個通信信息延時值都會比傳統的固定值小，這樣需要調整的控制量會較小，從而可以用較小的控制代價獲得相似的控制效果。

電力緊急控制與通信信息系統三道防線的協調流程如圖4所示。當考慮電網緊急控制與通信信息的三道防線協調后，停電防御系統將有六套緊急控制策略：

1)通信信息正常時。只考慮電網預想故障的離線控制策略A1，和在線追加控制策略A3。

2)考慮通信信息故障，而且相應的通信信息緊急控制措施正常執行時。對電網/通信信息的組合故障，有離線控制策略A2，和在線追加控制策略A4。

3)考慮通信信息故障，而且相應的通信信息緊急控制措施失效時。此時，對電網/通信信息的組合故障，可以基于通信信息緊急控制失效后的通信信息狀態，決定在線追加策略A5;或基于通信信息校正控制后的通信信息狀態，決定在線追加策略A6。在線追加策略A5和A6之間由于有控制成本的差異，因此需要優化計算和比較。

圖4 電力緊急控制與通信信息三道防線協調流程圖

5.研究成果與建議

本文提出了通信信息三道防線的概念，實現了能對通信信息風險進行預警、對通信信息故障進行決策支持的通信信息安全防御系統。并給出了計及通信信息安全預警與決策支持的停電防御系統的實現方法。

目前實現的系統，主要還是針對通信信息系統的自然故障。作為一個完整的停電防御系統，還必須具備應對通信信息惡意攻擊的能力。這也將是下一步工作的方向。