张丽敏，申文栋，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）

物联网在智能电网中的技术应用及安全防护

张丽敏1，2，申文栋1，2，孟 军3

（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）

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。

物联网；智能电网；安全风险；安全防护

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。

1 物联网的背景

2008年底，IBM向美国政府提出了“智慧地球”战略，建议美国选举后的新政府投资新一代的智慧型基础设施。“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。此概念提出后在美国各界受到高度关注。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。

自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家战略新兴产业之一，写入政府工作报告，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

1999年“物联网”这个概念被提出。目前对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 Frequency Identification）、红外感应器、激光扫描器、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、监控和管理。从其概念上可以看出，物联网有三个基本特征，即一是全面感知，利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息；二是可靠传递，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。

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[1]。

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[2]。

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将信息传送至设备监测中心，实现输变电设备运行状态检修管理，提升输变电专业生产运行管理精益化水平。

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“感知中国”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，提升电网信息化、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[3]。

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

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自组性、随机性、能量的限制和通信的不可靠性，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的安全管理平台。

4.3 物联网应用的安全问题

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，必须解决智能电网各环节安全应用物联网的需求，降低电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[4]。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，确保信息内外网安全，避免攻击者通过物联网渗入网络。

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。

［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.

［2］ 高宇.物联网与智能电网［J］.华北电业，2010（2）:54-56.

［3］ 刘件，侯毅.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］.网络安全技术与应用，2010（8）:7-8转27.

The App lication of Internet of Things in Smart Grid and Its Security Protection Measures

ZHANG Li-m in1,2，SHENWen-dong1,2，MENG Jun3
（1.North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.Jincheng Power Supply Company，Jincheng，Shanxi 048000，China；3.Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

This paper briefly introduces the background and concept of Internet of Things.The application of the Internet of Things in Smart Grid is illustrated from the aspects of power generation,transmission，distribution，transformation and dispatching.The new technique is analyzed in terms of security risks and the security protectionmeasures are discussed correspondingly.

Internet of Things；SmartGrid；security risk；security protection

TM73；TM76

A

1671-0320（2012）04-0036-03

2012-03-28，

2012-06-21

张丽敏（1980-），女，山西晋城人，2009级华北电力大学项目管理在读工程硕士，工程师，从事信息系统管理工作；

申文栋（1978-），男，山西晋城人，2009级华北电力大学项目管理在读工程硕士，工程师，从事信息系统管理工作；

孟 军（1963-），男，北京人，1997年毕业于长沙电力学院财务会计专业，从事工程经营管理工作。