段盼盼 杜月嬌

劉絢在電子系統(tǒng)技術(shù)國(guó)際會(huì)議上作邀請(qǐng)報(bào)告

電力工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有極重要的地位。在最早的電力安全研究中，人們關(guān)注的多是電力系統(tǒng)的物理安全。但是隨著信息技術(shù)的深入融合，電力網(wǎng)絡(luò)變成了一個(gè)典型的信息物理系統(tǒng)，因此電力系統(tǒng)的物理安全不再代表電力系統(tǒng)的安全，而信息系統(tǒng)的脆弱性將直接影響物理安全。

“也就是說(shuō)，我們?cè)谘芯侩娏ο到y(tǒng)安全的時(shí)候，不僅僅考慮物理安全，還要研究信息系統(tǒng)安全對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)安全的影響?！焙洗髮W(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授劉絢是電網(wǎng)安全的守護(hù)者，他多年來(lái)一直從事電力系統(tǒng)信息物理安全，大數(shù)據(jù)及人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等方面的研究工作。他表示，電力網(wǎng)絡(luò)安全貫穿于電力行業(yè)的生產(chǎn)、調(diào)度、經(jīng)營(yíng)、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，其安全性關(guān)系到我國(guó)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定，因此，守護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)安全，他責(zé)無(wú)旁貸。

責(zé)任催生夢(mèng)想

2010年6月，伊朗核設(shè)施控制系統(tǒng)被一種名為“震網(wǎng)”（Stuxnet）的病毒攻擊，病毒篡改了鈾濃縮離心機(jī)的參數(shù)設(shè)置，使其轉(zhuǎn)速提高，最終導(dǎo)致大批離心機(jī)損壞，大大延緩了伊朗核計(jì)劃進(jìn)程。這是第一個(gè)專門定向攻擊真實(shí)世界中基礎(chǔ)（能源）設(shè)施的“蠕蟲(chóng)”病毒，比如核電站、水壩、國(guó)家電網(wǎng)。

這起“震網(wǎng)”事件在國(guó)際上引起軒然大波，當(dāng)時(shí)正在讀碩士研究生的劉絢看到這一消息，內(nèi)心受到了極大的觸動(dòng)。同時(shí)，他也了解到，我國(guó)電力基礎(chǔ)的軟硬件設(shè)施很多受制于國(guó)外，大量電表的核心芯片都要從國(guó)外引進(jìn)，甚至部分設(shè)備的運(yùn)維都要由國(guó)外的工程師進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。這樣的認(rèn)識(shí)讓劉絢備感壓力，他意識(shí)到，中國(guó)必須要走出一條自主、可控、安全的電力發(fā)展之路，以保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，進(jìn)而保障國(guó)家安全。于是，他一頭扎進(jìn)了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域。

2012年，劉絢前往美國(guó)伊利諾伊大學(xué)攻讀博士。在美國(guó)，他對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)攻擊的機(jī)理以及脆弱性原理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他揭示了電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的脆弱性機(jī)理，首次發(fā)現(xiàn)了電力系統(tǒng)攻擊數(shù)據(jù)的“壁壘效應(yīng)”。同時(shí)，他還揭示了數(shù)據(jù)一致性-系統(tǒng)殘差-局部信息量之間的動(dòng)態(tài)博弈關(guān)系和狀態(tài)估計(jì)中數(shù)據(jù)殘差校驗(yàn)的邏輯漏洞，建立了基于不完全信息的攻擊驗(yàn)證模型。

這些研究成果在國(guó)際上引起了廣泛關(guān)注，得到國(guó)際同行的高度認(rèn)可，即評(píng)價(jià)該成果是“對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)，具有巨大研究潛力”。其中，IEEE Fellow、哥倫比亞大學(xué)教授Xiaodong Wang評(píng)價(jià)其為“完美的局部攻擊模型”。

其實(shí)，這些研究工作都是劉絢在緊鑼密鼓的課程間隙進(jìn)行的。劉絢攻讀博士的第一年一直處于一個(gè)緊繃的狀態(tài)，過(guò)著“5+2”“白+黑”的忙碌生活。研究剛起步時(shí)，他要一邊查資料，一邊自己摸索，還不能落下課程。因?yàn)榘滋煲险n，他只能利用晚上和周末的時(shí)間進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

那是劉絢在美國(guó)最忙碌的一年，如今他回想起來(lái)，那些日子還很鮮明。初到異國(guó)他鄉(xiāng)，便頂著學(xué)業(yè)和研究的雙重壓力，沒(méi)有娛樂(lè)，沒(méi)有休息日，只有在思想受困時(shí)，他才會(huì)去密歇根湖旁邊的人工漫步大道上散步、吹風(fēng)，然后繼續(xù)思考問(wèn)題。

之后，劉絢又針對(duì)電力系統(tǒng)工控業(yè)務(wù)的高實(shí)時(shí)性、高業(yè)務(wù)連續(xù)性，闡明了網(wǎng)絡(luò)攻擊下系統(tǒng)元件故障的形成機(jī)理以及傳播機(jī)制，例如，“輸電線路功率數(shù)據(jù)反向注入攻擊可誘導(dǎo)控制中心錯(cuò)誤決策導(dǎo)致線路跳閘”。他揭示了基于實(shí)時(shí)工況信息攻擊的元件故障掩飾原理，闡明了網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致系統(tǒng)大停電事故的誘導(dǎo)性攻擊機(jī)理。該理論成果為系統(tǒng)高危隱患的挖掘、提升攻擊檢測(cè)準(zhǔn)確率奠定了理論基礎(chǔ)和共性技術(shù)。

永遠(yuǎn)走在路上

2017年，劉絢結(jié)束在美國(guó)的研究工作回到國(guó)內(nèi)，加盟湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，擔(dān)任教授、博士生導(dǎo)師?！皝?lái)到湖南大學(xué)，我就發(fā)現(xiàn)，湖南大學(xué)非常適合年輕人發(fā)展。因?yàn)樗幸粋€(gè)很寬松的人文環(huán)境，而且無(wú)論是科研環(huán)境，還是創(chuàng)新平臺(tái)，都為我們年輕人的發(fā)展創(chuàng)造了很好的條件。”劉絢說(shuō)道，除了科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)和研究生指標(biāo)的支持外，湖南大學(xué)還會(huì)召開(kāi)青年教師座談會(huì)，及時(shí)了解年輕老師的發(fā)展動(dòng)態(tài)，并提出相應(yīng)的指導(dǎo)。在劉絢看來(lái)，湖南大學(xué)就像一塊沃土，滋養(yǎng)著他的科研夢(mèng)想。

回國(guó)后，劉絢的研究工作得到了湖南省科技創(chuàng)新計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。在這些項(xiàng)目支持下，他繼續(xù)開(kāi)展電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全主動(dòng)防御技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)攻擊監(jiān)測(cè)算法等的研究，并深入研究了機(jī)器學(xué)習(xí)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

尤其是電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全主動(dòng)防御技術(shù)在當(dāng)下的電力安全維護(hù)中有著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)發(fā)生的大量攻擊案例表明，當(dāng)前高度智能化和信息化的新一代電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全愈加突出，針對(duì)電力工控系統(tǒng)等國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的攻擊，可以給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重甚至是毀滅性的打擊。一旦遭受類似“震網(wǎng)”病毒的網(wǎng)絡(luò)攻擊產(chǎn)生大面積停電事故，其造成的損失將難以估量。因此，在網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)電力系統(tǒng)造成危害之前，就要及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，并制定相應(yīng)的措施阻止或降低網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)電力系統(tǒng)造成的危害。

不過(guò)，目前電力監(jiān)控業(yè)務(wù)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防御技術(shù)面臨一些技術(shù)難點(diǎn)：一是，隨著5G技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，海量終端接觸到了現(xiàn)代電網(wǎng)，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)安全邊界的模糊化；二是，電力調(diào)度嚴(yán)重依賴于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)交互的控制指令易被偽造甚至被精確篡改，導(dǎo)致電力調(diào)度安全隱患管控難度極大；三是，具備多元互動(dòng)能力的能源互聯(lián)網(wǎng)廣泛分布于非受控環(huán)境下，面臨著泛在和高度定制化的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以識(shí)別精心定制的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

針對(duì)這些問(wèn)題，劉絢率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了電力設(shè)備漏洞復(fù)合挖掘方法、融合業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)特征的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)同監(jiān)測(cè)、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全主動(dòng)防御等技術(shù)，防范了網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致一次設(shè)備誤動(dòng)作觸發(fā)連鎖故障等重大安全隱患，提升了電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于惡意攻擊的韌性和自愈力。

項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于湖南、天津、湖北、浙江、福建等省級(jí)電力公司，以及交通、石化等其他重點(diǎn)行業(yè)。項(xiàng)目成果避免了因網(wǎng)絡(luò)與信息安全事件引發(fā)的電網(wǎng)大面積停電事故，在黨的十九大、“護(hù)網(wǎng)”行動(dòng)等重大活動(dòng)安全保電工作中發(fā)揮了重要作用，為保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)穩(wěn)定起到了巨大作用。

眾所周知，我國(guó)的電網(wǎng)在世界上規(guī)模最大，信息化程度也最高，這就決定了我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)安全的防御難度也是空前嚴(yán)峻的。劉絢介紹說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御其實(shí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)博弈的關(guān)系，沒(méi)有百分之百的安全。隨著新型攻擊類型的涌現(xiàn)，其防御策略也必須要持續(xù)提高。所以，他們的研究永遠(yuǎn)在路上。

這是一件有意義的事

目前，中國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)成為全球安全運(yùn)行水平最高的電網(wǎng)，這一方面得益于國(guó)家對(duì)于電網(wǎng)安全的高度重視，另一方面也跟中國(guó)電力人的艱苦攻關(guān)分不開(kāi)。作為其中一員，劉絢引以為榮，同時(shí)也感到很幸福。他將電力網(wǎng)絡(luò)安全研究工作定義為“有意義的事”，笑稱道：“我們也是為人民服務(wù)，這讓我們很有榮譽(yù)感?！?/p>

作為當(dāng)下最為火熱的研究技術(shù)，人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)也在電力系統(tǒng)中綻放異彩。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用在提高電網(wǎng)輸電效率的同時(shí)，也增加了電網(wǎng)的安全隱患。“沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)安全就沒(méi)有國(guó)家安全”，同樣的，沒(méi)有電網(wǎng)安全也沒(méi)有國(guó)家安全。因此，劉絢及其團(tuán)隊(duì)也在大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方面也取得了一系列科研成果。

配網(wǎng)變壓器的額定容量是供電部門根據(jù)其位置、負(fù)荷及正常過(guò)負(fù)荷能力、事故過(guò)負(fù)荷的承受能力選取的，其原則是使負(fù)荷運(yùn)行于對(duì)應(yīng)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，但是在目前配網(wǎng)中卻長(zhǎng)期存在配電管理系統(tǒng)中的配電變壓器額定容量與實(shí)際變壓器容量不符合的現(xiàn)象。

在以往的經(jīng)驗(yàn)中，容量校核方法均是基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，存在兩個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，一是在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)需要將變壓器停運(yùn)，這將嚴(yán)重影響到供電質(zhì)量以及配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；二是因?yàn)榕渚W(wǎng)變壓器具有數(shù)量多、分布廣的特點(diǎn)，利用人工現(xiàn)場(chǎng)校核的方法不僅需要耗費(fèi)大量的人力和物力，而且校核的效率極低，難以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)中所有變壓器額定容量的逐一排查。因此，亟須一種能夠利用配網(wǎng)電氣信息采集系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)變壓器額定容量在線校核的方法，以解決目前配網(wǎng)變壓器額定容量摸排校核困難的問(wèn)題。

針對(duì)這些難題，劉絢基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，首次提出了一種基于電壓降相間-時(shí)間差分的變壓器額定容量校核方法。顧名思義，劉絢團(tuán)隊(duì)利用相間差分法弱化了配電變壓器高壓側(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)對(duì)校核造成的影響，然后結(jié)合時(shí)間差分法降低配電變壓器運(yùn)行環(huán)境所帶來(lái)的擾動(dòng)。這不僅降低了數(shù)據(jù)中包含的額外干擾，還有效凸顯了變壓器電壓降與其額定容量的內(nèi)在關(guān)系。

“通過(guò)這個(gè)方法我們實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的、遠(yuǎn)程的、在線的容量校核。也就是說(shuō)，我們不去做現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，我們只需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程的、在線的校核就可以了，效率大為提高，而且準(zhǔn)確率也可以得到保證。”劉絢介紹說(shuō)。

除此之外，劉絢團(tuán)隊(duì)的其他科研項(xiàng)目也正在陸續(xù)取得一系列階段性成果。談及下一步的打算，劉絢表示，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全主動(dòng)防御領(lǐng)域的研究工作還需要進(jìn)行更深入的技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)研究工作，他們將持續(xù)提升中國(guó)電網(wǎng)的自主可控能力，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)電網(wǎng)防御惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力。

嚴(yán)于律己，以身作則

身為高校教師，劉絢不但承擔(dān)著科研攻關(guān)的使命，還要擔(dān)負(fù)起教書(shū)育人的重任。他負(fù)責(zé)講授湖南大學(xué)本科生的兩門核心專業(yè)課，即“電力系統(tǒng)基礎(chǔ)”和“電力系統(tǒng)分析”，還承擔(dān)了一門研究生課程——“智能電網(wǎng)專題”。

無(wú)論是本科生課程，還是研究生課程，劉絢都給予了足夠的重視。在他看來(lái)，本科的學(xué)業(yè)是一個(gè)起步階段，只有基礎(chǔ)打得夠牢，往后的道路才能越走越遠(yuǎn)。而研究生的課程是一個(gè)輔助，這個(gè)階段的學(xué)生都已經(jīng)有了明確的方向，而他能做的就是傾其所有幫助他們走得更穩(wěn)。

課堂上和課堂下的劉絢，在很多學(xué)生眼中是不一樣的。在課堂下的生活中，劉絢遵循著“師者仁心”的原則，對(duì)學(xué)生很關(guān)心，也很照顧，有什么問(wèn)題他都愿意熱心地幫助學(xué)生。然而，課堂上的劉絢卻是嚴(yán)厲的，對(duì)學(xué)生有著嚴(yán)格的要求。

智能電網(wǎng)技術(shù)論壇主題報(bào)告

劉絢表示，當(dāng)今社會(huì)充滿了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)學(xué)生嚴(yán)格要求，是希望他們能打好基礎(chǔ)、本事練到家，這樣他們以后才能在社會(huì)上立足，具有競(jìng)爭(zhēng)力。他深知要把學(xué)生造就成一種什么人，自己就應(yīng)當(dāng)是什么人。所以，他親自為學(xué)生做表率，每天早上8點(diǎn)前到辦公室。他說(shuō)道：“我就是想告訴他們一個(gè)科研態(tài)度，科學(xué)研究要靠自覺(jué)?！?/p>

每周，劉絢還要與學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的學(xué)業(yè)討論，逐字逐句給學(xué)生修改論文，教會(huì)他們?nèi)绾巫珜?xiě)一篇合格的科學(xué)論文。他鼓勵(lì)學(xué)生挑戰(zhàn)科學(xué)難題，大膽表述自己的研究觀點(diǎn)。因?yàn)樵诮虒W(xué)工作上的表現(xiàn)出色，他獲得了湖南大學(xué)講課比賽三等獎(jiǎng)，湖南大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

在生活中，劉絢其實(shí)沒(méi)有多少閑暇時(shí)光，偶爾能夠偷閑時(shí)，他最喜歡的也是散步、聽(tīng)歌，雖然會(huì)打羽毛球，但是卻不擅長(zhǎng)。他坦言，沒(méi)有像樣的體育愛(ài)好，使他感到非常遺憾。有時(shí)也會(huì)起念想要培養(yǎng)一項(xiàng)體育愛(ài)好，可他又很快在忙碌的工作中將這一想法拋之腦后。于是，他想了想，笑著說(shuō)道：“我還是最享受埋頭研究的生活?！?/p>