本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能變電站安全性測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

作為現(xiàn)代社會的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施，電力系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)攻擊的高價值目標(biāo)。科研人員將信息安全領(lǐng)域的訪問控制、認(rèn)證加密和入侵檢測等技術(shù)手段與電力生產(chǎn)流程相結(jié)合，研究電力系統(tǒng)的信息安全防護(hù)實現(xiàn)方式。在數(shù)字化和智能化發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為由信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)融合構(gòu)成的信息物理系統(tǒng)(cyber physical system，CPS)。在電力系統(tǒng)中，智能變電站是電力系統(tǒng)的主要組成部分之一，智能變電站的信息安全和狀態(tài)監(jiān)測高度依賴于信息系統(tǒng)，發(fā)生安全事件可能引發(fā)嚴(yán)重后果。

發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)以下問題：對于智能變電站安全攻防仿真問題，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真平臺難以滿足要求，原因如下：

(1)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)仿真平臺的信息系統(tǒng)一般仿真物理系統(tǒng)，不考慮信息系統(tǒng)對智能變電站一次系統(tǒng)的影響，因而不方便實現(xiàn)智能變電站安全攻防信息物理相互影響的互聯(lián)系統(tǒng)。

(2)傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真平臺難以滿足智能變電站安全攻防信息物理混合仿真的復(fù)雜問題。

(3)在智能變電站安全攻防平臺中，離散的計算過程與連續(xù)的物理信息過程并存在系統(tǒng)之中，物理信息混合仿真過程往往由許多并行/并發(fā)的物理活動或信息事件組成，計算過程與信息物理過程的融合使得系統(tǒng)行為與狀態(tài)具有更鮮明的時空性和動態(tài)非確定性，而現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真平臺難以刻畫二者的融合特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種智能變電站安全性測試系統(tǒng)及方法，其能夠融合智能變電站的信息物理特征、并可以仿真分析智能變電站攻防安全性問題，有利于促進(jìn)智能變電站信息安全技術(shù)的發(fā)展。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種智能變電站安全性測試系統(tǒng)，包括：智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)；所述智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)兩兩之間通信連接；所述智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站仿真模型；所述智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行有二次設(shè)備仿真模型；所述智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站通信協(xié)議；其中，所述智能變電站通信協(xié)議中的節(jié)點設(shè)備的狀態(tài)來源于所述智能變電站仿真模型中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備，且所述智能變電站仿真模型中的節(jié)點設(shè)備的控制信息來源于所述智能變電站通信協(xié)議中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種智能變電站安全性測試方法，包括：搭建兩兩之間相互連接的智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)；在智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中實時運行智能變電站仿真模型；在智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行有二次設(shè)備仿真模型；在智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站通信協(xié)議；其中，所述智能變電站通信協(xié)議中的節(jié)點設(shè)備的狀態(tài)來源于所述智能變電站仿真模型中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備，且所述智能變電站仿真模型中的節(jié)點設(shè)備的控制信息來源于所述智能變電站通信協(xié)議對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，通過分別搭建智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)，并將其兩兩之間通信連接，從而組成了智能變電站信息物理混合仿真驗證平臺，并通過在智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站仿真模型、在智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行二次設(shè)備仿真模型以及在智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站通信協(xié)議，從而使得智能變電站系統(tǒng)中通信信息與智能變電站的物理信息實現(xiàn)相互作用、相互影響，為智能變電站安全攻防技術(shù)的研究提供了平臺支持。通過搭建該智能變電站安全性測試系統(tǒng)不僅有利于對現(xiàn)有安全問題進(jìn)行診斷，而且還可以對未來智能變電站的安全狀態(tài)進(jìn)行仿真和預(yù)測，降低應(yīng)用計算分析的難度，并且還可以對智能變電站物理故障和安全、網(wǎng)絡(luò)信息等一系列大規(guī)模復(fù)雜模型的安全問題實現(xiàn)有效的仿真模擬與驗證試驗，加速智能變電站安全領(lǐng)域的科研和產(chǎn)品研發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

另外，所述智能變電站實時仿真子系統(tǒng)包括：用于生成所述智能變電站仿真模型的上位機；與所述上位機通信連接且用于運行所述智能變電站仿真模型的電力系統(tǒng)實時仿真機；與所述電力系統(tǒng)實時仿真機通信連接且用于向所述電力系統(tǒng)實時仿真機提供同步信號的對時裝置。通過對時裝置向智能變電站仿真模型提供同步信號，從而使得智能變電站仿真模型中的各系統(tǒng)、設(shè)備之間的信息得到同步。

另外，所述智能變電站仿真模型包括：電力發(fā)電系統(tǒng)、電力輸電系統(tǒng)、電力變電系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)以及柔性直流輸電。通過搭建智能變電站仿真模型，從而可以仿真智能變電站的物理信息。

另外，所述對時裝置包括：GPS接收裝置以及GPS對時裝置。

另外，所述智能變電站通信協(xié)議包括以下協(xié)議之一或其任意組合：IEC61850、C37.118、MODBUS、RS-232、RS-422、RS-485、IEEE1588。從而可以基于多種智能變電站通信協(xié)議進(jìn)行安全攻防驗證。

另外，所述智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)包括：若干個二次設(shè)備仿真機以及變電站二次真實設(shè)備；所述二次設(shè)備仿真機以及變電站二次真實設(shè)備均與所述電力系統(tǒng)實時仿真機通信連接；其中，所述二次設(shè)備仿真機用于運行二次設(shè)備仿真模型。

另外，所述二次設(shè)備仿真模型包括：電子式互感器、合并單元、智能終端、保護(hù)測控設(shè)備和故障濾波裝置。

另外，所述變電站二次真實設(shè)備包括：安穩(wěn)裝置、計量裝置、保護(hù)測控設(shè)備和故障濾波裝置。

另外，所述智能變電站實時仿真子系統(tǒng)還包括：與所述電力系統(tǒng)實時仿真機通信連接且用于監(jiān)控并顯示所述智能變電站仿真模型的運行狀態(tài)的監(jiān)控顯示裝置。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式智能變電站安全性測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式智能變電站實時仿真子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式智能變電站安全性測試方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種智能變電站安全性測試系統(tǒng)。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該智能變電站安全性測試系統(tǒng)包括：智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)。其中，智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)兩兩之間通信連接。智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站仿真模型。智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行有二次設(shè)備仿真模型。智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站通信協(xié)議。其中，智能變電站通信協(xié)議中的節(jié)點設(shè)備的狀態(tài)來源于智能變電站仿真模型中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備，且智能變電站仿真模型中的節(jié)點設(shè)備的控制信息來源于智能變電站通信協(xié)議中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備。因此，當(dāng)本實施方式智能變電站安全性測試系統(tǒng)運行時，由于智能變電站通信仿真子系統(tǒng)和智能變電站實時仿真子系統(tǒng)以及智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中的節(jié)點設(shè)備是對應(yīng)的，所以系統(tǒng)中并行/并發(fā)的物理活動和信息事件能夠?qū)崿F(xiàn)融合，并相互作用、相互影響。

如圖2所示，智能變電站實時仿真子系統(tǒng)包括：上位機、電力系統(tǒng)實時仿真機、對時裝置以及監(jiān)控顯示裝置。其中，上位機、對時裝置以及監(jiān)控顯示裝置均通信連接于電力系統(tǒng)實時仿真機。其中，上位機用于生成智能變電站仿真模型。在一個例子中，智能變電站仿真模型包括：電力發(fā)電系統(tǒng)、電力輸電系統(tǒng)、電力變電系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)以及柔性直流輸電和其他一些電力模型。上位機可以采用圖像化的電力與電力電子仿真軟件編寫智能變電站仿真模型，并將仿真模型編譯為程序代碼下載部署到電力系統(tǒng)實時仿真機中。電力系統(tǒng)實時仿真機用于運行智能變電站仿真模型，并通過顯示監(jiān)控裝置實時顯示智能變電站仿真模型的運行狀態(tài)。對時裝置用于向電力系統(tǒng)實時仿真機提供同步信號。在一個例子中，對時裝置包括：GPS接收裝置以及GPS對時裝置。

智能變電站通信仿真子系統(tǒng)可以包括若干通信協(xié)議實時仿真機，并且，通信協(xié)議實時仿真機中運行有智能變電站一種或者多種通訊協(xié)議仿真軟件。其中，通訊協(xié)議仿真軟件可以仿真的智能變電站通信協(xié)議包括但不限于以下協(xié)議：IEC61850、C37.118、MODBUS、RS-232、RS-422、RS-485、IEEE1588。本實施方式對于智能變電站通信協(xié)議不做具體限制。因此，本實施方式的智能變電站安全性測試平臺可以基于多種智能變電站通訊協(xié)議驗證安全防御技術(shù)。

智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)包括：若干個二次設(shè)備仿真機以及變電站二次真實設(shè)備。其中二次設(shè)備仿真機以及變電站二次真實設(shè)備均與電力系統(tǒng)實時仿真機通信連接。二次設(shè)備仿真機可以采用工程上位機。二次設(shè)備仿真機用于運行二次設(shè)備仿真模型。二次設(shè)備仿真模型包括：電子式互感器(ECVT)、合并單元、智能終端、保護(hù)測控設(shè)備和故障濾波裝置等。本實施方式對于二次設(shè)備仿真模型不做具體限制。變電站二次真實設(shè)備包括：安穩(wěn)裝置、計量裝置、保護(hù)測控設(shè)備和故障濾波裝置，具體地，二次真實設(shè)備例如包括各種測量儀表、控制開關(guān)、信號器具以及繼電器等。本實施方式對于變電站二次真實設(shè)備不做具體限制。

本實施方式的智能變電站安全性測試系統(tǒng)可仿真電力系統(tǒng)多種信息攻擊技術(shù)、安全防護(hù)及檢測方案。下面進(jìn)行舉例說明：

1、DDOS(即Distributed Denial of service的簡稱，分布式拒絕服務(wù))攻擊是一種常見的通信攻擊手段，其通過直接或間接的攻擊通訊以太網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，如路由器、交換機等，使網(wǎng)絡(luò)無法正常工作，是對通信基礎(chǔ)設(shè)施的物理攻擊。由于通訊受到DDOS攻擊，會產(chǎn)生數(shù)據(jù)阻塞，造成數(shù)據(jù)延時上傳，出現(xiàn)數(shù)據(jù)延誤，而通過本實施方式的智能變電站安全性測試系統(tǒng)，可以呈現(xiàn)由于通訊延誤而對電力系統(tǒng)造成的影響。

2、通信劫持，可通過信息偽裝、劫持使得通信雙方誤以為仍然在安全通信。攻擊手段可以是數(shù)據(jù)注入/欺騙(如IEC61850 Goose，DNP3，MODBUS協(xié)議)，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行錄制、回放、記錄及數(shù)據(jù)包修改。例如，當(dāng)負(fù)載增加時，某支路電流在某時刻增加，而支路通訊信息在該時刻時正常顯示增加的支路電流，但是在下一時刻，該支路電流則可能被篡改為正常(即支路電路未明顯增加)，基于此，本實施方式的智能變電站安全性測試系統(tǒng)可以實時呈現(xiàn)由于通信劫持所造成的物理線路所受到的影響。

3、關(guān)鍵設(shè)備攻擊：繼電保護(hù)裝置是保護(hù)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，攻擊繼電保護(hù)裝置，使其發(fā)出錯誤指令，切斷或閉合線路，會對電網(wǎng)造成影響，這些均可在本實施方式的智能變電站安全性測試平臺中得到直觀地驗證。

本實施方式通過分別搭建智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)，并將其兩兩之間通信連接，從而組成了智能變電站信息物理混合仿真驗證平臺，并通過在智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站仿真模型、在智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行二次設(shè)備仿真模型以及在智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站通信協(xié)議，從而使得智能變電站系統(tǒng)中通信信息與智能變電站的物理信息實現(xiàn)相互作用、相互影響，為智能變電站安全攻防技術(shù)的研究提供了平臺支持。通過搭建該智能變電站安全性測試系統(tǒng)不僅有利于對現(xiàn)有安全問題進(jìn)行診斷，而且還可以對未來智能變電站的安全狀態(tài)進(jìn)行仿真和預(yù)測，降低應(yīng)用計算分析的難度，并且還可以對智能變電站物理故障和安全、網(wǎng)絡(luò)信息等一系列大規(guī)模復(fù)雜模型的安全問題實現(xiàn)有效的仿真模擬與驗證試驗，加速智能變電站安全領(lǐng)域的科研和產(chǎn)品研發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應(yīng)用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本發(fā)明第二實施方式涉及一種智能變電站安全性測試方法，其流程如圖3所示，包括：

步驟301：搭建兩兩之間相互連接的智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)。

步驟302：在智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中實時運行智能變電站仿真模型，在智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行有二次設(shè)備仿真模型，在智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行有智能變電站通信協(xié)議。

其中，智能變電站通信協(xié)議中的節(jié)點設(shè)備的狀態(tài)來源于智能變電站仿真模型中對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備，且智能變電站仿真模型中的節(jié)點設(shè)備的控制信息來源于智能變電站通信協(xié)議對應(yīng)的節(jié)點設(shè)備。

本實施方式通過分別搭建智能變電站實時仿真子系統(tǒng)、智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)以及智能變電站通信仿真子系統(tǒng)，并將其兩兩之間通信連接，從而組成了智能變電站信息物理混合仿真驗證平臺，并通過在智能變電站實時仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站仿真模型、在智能變電站二次設(shè)備仿真子系統(tǒng)中運行二次設(shè)備仿真模型以及在智能變電站通信仿真子系統(tǒng)中運行智能變電站通信協(xié)議，從而使得智能變電站系統(tǒng)中通信信息與智能變電站的物理信息實現(xiàn)相互作用、相互影響，為智能變電站安全攻防技術(shù)的研究提供了平臺支持。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應(yīng)的系統(tǒng)實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式中。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一個設(shè)備(可以是單片機，芯片等)或處理器(processor)執(zhí)行本申請各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。