拓萬軍 楊德生

（國網(wǎng)白銀市平川區(qū)供電公司）

0 引言

近年來中國電力行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的輸電線路不斷延長，實(shí)現(xiàn)跨省送電、高電壓遠(yuǎn)距離送電，電力技術(shù)持續(xù)突破，電力系統(tǒng)為企業(yè)也帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在電力系統(tǒng)的高速發(fā)展中也暴露出一些問題，例如電力輸送不穩(wěn)定、用電高峰期拉閘限電等，影響正常社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)效益。因此加快構(gòu)建穩(wěn)定的電力供應(yīng)系統(tǒng)，提高電力運(yùn)行控制技術(shù)的安全性，是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展需首要解決的問題。在安全運(yùn)行控制技術(shù)下，能夠保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低電力擾動(dòng)、電力故障的發(fā)生率，持續(xù)穩(wěn)定為用戶供電。

1 電力系統(tǒng)運(yùn)行控制目標(biāo)

1.1 保障電力系統(tǒng)安全性

城市化進(jìn)程發(fā)展下電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜。電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電力系統(tǒng)目標(biāo)的控制息息相關(guān)，容易對(duì)運(yùn)行水平造成影響，所以應(yīng)科學(xué)控制電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。首先，電力系統(tǒng)管理人員應(yīng)加強(qiáng)規(guī)范系統(tǒng)運(yùn)行，按照電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)應(yīng)規(guī)章制度，對(duì)電力系統(tǒng)做好檢查，嚴(yán)格秉承規(guī)范性操作，預(yù)防電力系統(tǒng)運(yùn)行故障的出現(xiàn)。其次，電力系統(tǒng)維修人員應(yīng)定期檢查電力系統(tǒng)設(shè)備，無論系統(tǒng)是否處于運(yùn)行狀態(tài)，均應(yīng)及時(shí)檢查電力系統(tǒng)，維修更換受損的電力設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行目標(biāo)。

1.2 提高電力系統(tǒng)電能控制質(zhì)量

電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)目標(biāo)的控制中應(yīng)加強(qiáng)控制電能供應(yīng)質(zhì)量，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行會(huì)受很多因素的影響，如電壓、頻率等。因此，控制電力系統(tǒng)供應(yīng)質(zhì)量時(shí)，首先應(yīng)確保電氣設(shè)備在額定電壓運(yùn)行。電力系統(tǒng)運(yùn)行所涉及的電氣設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用時(shí)具備對(duì)應(yīng)額定電壓，應(yīng)全面掌握電氣設(shè)備額定電壓，保障許可電壓下電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行。其次，濾除電力系統(tǒng)存在的雜波。電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的波形可經(jīng)電磁場出現(xiàn)，電氣元件運(yùn)行受影響較大。所以，電力系統(tǒng)電能供應(yīng)質(zhì)量的控制，需借助濾波技術(shù)，及時(shí)過濾電力系統(tǒng)中的雜波，保障電力系統(tǒng)電能質(zhì)量［1］。

1.3 合理控制電力系統(tǒng)化能耗

電力系統(tǒng)運(yùn)行能耗的控制，需從電線阻率、供電線路長度控制層面入手。首先，及時(shí)加強(qiáng)考察電氣設(shè)備元件，及時(shí)將電氣設(shè)備元件更換。其次，對(duì)電力系統(tǒng)供電線阻率進(jìn)行分析，盡量減少供電線降低阻率。最后，供電線路過長時(shí)，可結(jié)合具體電力系統(tǒng)運(yùn)行，適當(dāng)將供電線長度縮減。

2 GSI技術(shù)提升電力系統(tǒng)運(yùn)行控制安全性

目前，我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展需要得到電力系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。但電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性的電力故障，這會(huì)嚴(yán)重對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。因?yàn)橐粋€(gè)網(wǎng)格一般會(huì)跨越多個(gè)組織，其資源可被不同組織訪問，很容易遇到多種挑戰(zhàn)，所以網(wǎng)格應(yīng)用的核心問題是安全性。網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施（GSI）是Globus Toolkit中的安全組件的統(tǒng)稱，能夠支持不同系統(tǒng)間安全通信與規(guī)范性應(yīng)用。具體包含：安全認(rèn)證、通信保護(hù)、授權(quán)、委托和單點(diǎn)登錄、通用安全服務(wù)編程接口等。

2.1 安全認(rèn)證

安全認(rèn)證是主體、客體自證身份的環(huán)節(jié)，通常借助憑證證明自己身份。網(wǎng)格認(rèn)證期間，主要是借助認(rèn)證證書來認(rèn)證，其所遵循的要素有四個(gè)，分別是：主體名稱認(rèn)證 （即證書表示的人、對(duì)象），公鑰認(rèn)證（即對(duì)X.509的認(rèn)證），認(rèn)證中心標(biāo)志（即認(rèn)證中心名稱），數(shù)字簽名（即對(duì)認(rèn)證中心合法性的確認(rèn)）。請(qǐng)求者、被請(qǐng)求者互相認(rèn)證階段為：A、B先連接，A為B發(fā)自己的證書，B收到證書借助A簽名到認(rèn)證中心對(duì)證書的合法性進(jìn)行查證，若合法，B需確保證書中的主體是否是A，B隨機(jī)生成一個(gè)消息向A發(fā)送，要求A加密，A此時(shí)用私鑰加密消息后傳給B，B在解密時(shí)使用的公鑰為A所發(fā)送的加密消息，若解密的消息和自己所發(fā)相同，則表明B可以得出結(jié)論A合法。同理可得：A同時(shí)對(duì)B進(jìn)行考察，若考察互相合法，A、B即可創(chuàng)建安全通道展開通信溝通。

2.2 通信保護(hù)

保障安全通信的基本要素有三個(gè)，分別是隱私、完整性、認(rèn)證。理想狀態(tài)下，我們要求同時(shí)具備上述基本要素，但我們?cè)诮M合時(shí)往往遵循一定的特性，圍繞不同安全應(yīng)用情境抉擇。通信保護(hù)具體目標(biāo)是確保網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中不同主體在通信中信息的完整以及良好的保密性，一般在缺省時(shí)，GSI不會(huì)設(shè)置加密通道，若雙方互相成功認(rèn)證，可退出GSI，這樣互相通信期間不會(huì)出現(xiàn)加密、解密的額外開銷，若需加密，GSI創(chuàng)建一個(gè)共享密鑰對(duì)通信信息進(jìn)行加密、解密，保障通信安全的前提下將開銷減少，GSI缺省時(shí)會(huì)確保通信完整性，但開銷不會(huì)比加密、解密大，具體可按照實(shí)際需求動(dòng)態(tài)做好服務(wù)協(xié)議的配置，選擇等級(jí)不同的消息保護(hù)機(jī)制。Globus工具集所供應(yīng)的網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施（GSI）能夠幫助克服網(wǎng)格應(yīng)用所面臨的安全問題［2］。GSI能夠提供不同保護(hù)模式，分別是消息層保護(hù)（兩種）、傳輸層保護(hù)（一種），不同模式的區(qū)別見表。

表對(duì)比傳輸層和信息層保護(hù)模式

GSI安全信息：是對(duì)消息層進(jìn)行支持的一種安全方式，主要依據(jù)WS-Security（Web服務(wù)規(guī)范）標(biāo)準(zhǔn)。

GSI安全會(huì)話：對(duì)信息層進(jìn)行支持的一種安全措施，主要遵循WS-Secure Conversation（Web服務(wù)安全對(duì)話）。選用此方法時(shí)，需在客戶端、服務(wù)器間創(chuàng)建安全上下文，借助信息初始交換創(chuàng)建上下文后，此上下文能夠重復(fù)運(yùn)用，所以其安全信息性能比GSI占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

GSI安全傳輸：借助TLS對(duì)傳輸層進(jìn)行支持的一種安全策略，提供的服務(wù)性能更高。

2.3 授權(quán)

作為GSI重要組成部分，授權(quán)指的是在Web環(huán)境下，用戶被賦予完成特定任務(wù)的權(quán)力。電力系統(tǒng)的服務(wù)器端口、客戶端都支持授權(quán)。

服務(wù)器端進(jìn)行授權(quán)，有如下六種模式： （1）無授權(quán)模式：在不授權(quán)的情況下可執(zhí)行任何操作。（2）自身授權(quán)：此時(shí)用戶身份、服務(wù)器需保持一致，在此狀態(tài)下用戶才能使用服務(wù)器服務(wù)。（3）Gridmap：服務(wù)器上的Gridmap存放所有用戶信息，用戶信息在Gridmap列表中，可使用服務(wù)器相關(guān)服務(wù)。（4）身份授權(quán)：系統(tǒng)隨機(jī)指定身份，用戶身份與之匹配，即可使用服務(wù)器相關(guān)服務(wù)。（5）主機(jī)授權(quán)：主機(jī)名稱、用戶提供的主機(jī)證書一致，可使用服務(wù)器講相關(guān)服務(wù)。（6）SAMLCallout授權(quán)：SAMLCallout屬于GGF工作組，能夠制定授權(quán)組間，當(dāng)授權(quán)項(xiàng)目委托給SAML Callout后，可實(shí)現(xiàn)SAML技術(shù)。

客戶端授權(quán)與服務(wù)器端相似，但只有四種授權(quán)模式，包括無授權(quán)、自身授權(quán)、身份授權(quán)和主機(jī)授權(quán)，授權(quán)要求與服務(wù)器端一樣，當(dāng)滿足授權(quán)要求，客戶端即可發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)器上［3］。

2.4 委托和單點(diǎn)登錄

單點(diǎn)登錄需要用戶在登錄時(shí)，立即創(chuàng)建代理證書。通過代理證書可實(shí)現(xiàn)委托方讓另一主體代表自己進(jìn)行安全操作，所有操作通過代理證書均可完成。創(chuàng)建代理證書是委托和單點(diǎn)登錄的核心：假設(shè)在電力系統(tǒng)中，B向C下達(dá)命令時(shí)，必須拿到A的授權(quán)，此時(shí)A需要?jiǎng)?chuàng)建代理證書委托B對(duì)C進(jìn)行命令。B生成公鑰-私鑰對(duì)，形成證書簽發(fā)請(qǐng)求發(fā)送給A，A簽發(fā)證書請(qǐng)求，即同意將命令權(quán)交給B，創(chuàng)建的新代理證書通過安全通道再次發(fā)送給B，B就獲取與A同等的命令權(quán)利。

2.5 通用安全服務(wù)編程接口（GSS-API）

GSS-API支持多種技術(shù)、底層機(jī)制，程序源代碼可在不同環(huán)境中存活，通過方式為調(diào)用者提供安全服務(wù)。GSS-API不依賴底層機(jī)制和編程語言環(huán)境，利用以下控制操作，可提高對(duì)電力系統(tǒng)控制的安全性：（1）安全證書控制：電力系統(tǒng)每個(gè)進(jìn)程都設(shè)定一個(gè)單獨(dú)的安全證書，證書包括服務(wù)器表示、用戶表示，滿足證書參數(shù)要求的信息才能通過，進(jìn)而保證電力系統(tǒng)的安全性。（2）安全上下文控制：電力系統(tǒng)安全鑒別過程中每次都會(huì)構(gòu)建一個(gè)securitycontext，有效保證上下文通信信息的安全性，同時(shí)改善電力系統(tǒng)網(wǎng)格計(jì)算的安全編程環(huán)境。

3 應(yīng)用級(jí)的電力系統(tǒng)安全運(yùn)行控制技術(shù)

3.1 先期加密與數(shù)字簽名

電力信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需結(jié)合系統(tǒng)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的設(shè)計(jì)策略，在應(yīng)用系統(tǒng)中融合相關(guān)的安全措施，從而確保電力信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性。先期加密聯(lián)合數(shù)字簽名，能有效提升敏感電力數(shù)據(jù)的安全性與保密性。公開密鑰、對(duì)稱密鑰、安全散列函數(shù)算法，是當(dāng)前電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)常用的加密與數(shù)字簽名算法。

公開密鑰與對(duì)稱密鑰相互結(jié)合，形成一個(gè)密鑰公開，一個(gè)密鑰保密的傳輸體系，公共密鑰變化Ppuk、解密變化Dprk可進(jìn)行如下表示：Epuk（M）＝C，Dprk（C）＝DprkEpuk（M）＝M。M表示待加密信息，C表示加密后信息，公鑰puk是決定加密變換E的唯一鑰匙，講私鑰prk是決定解密變換D的唯一鑰匙。

對(duì)稱密鑰加密中，k是加密與解密的共用密鑰，E（加密變換）、D（解密變換）的數(shù)學(xué)表示：Ek（M）＝C，Dk（C） ＝M。發(fā)送者、接收者知曉密鑰k，其余人員均無法獲取密鑰k。

對(duì)稱密鑰算法中，包括DES、IDEA、RC4等，不同密鑰算法的優(yōu)勢(shì)各有差異。結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)一個(gè)組合加密與數(shù)字簽名算法，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行控制安全性與速度，如圖所示。

圖重要信息的加密與數(shù)字簽名算法流程

3.2 設(shè)置動(dòng)態(tài)權(quán)限

系統(tǒng)級(jí)、業(yè)務(wù)流程應(yīng)與加密算法與數(shù)字簽名相匹配，確定加密與數(shù)字簽名算法的基礎(chǔ)上，設(shè)置動(dòng)態(tài)化權(quán)限。例如OA系統(tǒng)，用戶撰寫文檔后，可手動(dòng)或自動(dòng)指定文檔審核者、閱讀者，不同文檔劃分不同的安全級(jí)別，限制不同電力系統(tǒng)工作人員的動(dòng)態(tài)權(quán)限，避免信息泄露［4］。

3.3 操作記錄

設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中需編程用戶操作記錄體系，系統(tǒng)自動(dòng)存檔客戶操作記錄，并保存用戶修改文檔的每個(gè)版本，進(jìn)而幫助電力工作者排查非法修改記錄。

4 結(jié)束語

我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起到關(guān)鍵性作用，持續(xù)提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，是保證電能持續(xù)供應(yīng)的關(guān)鍵。電力系統(tǒng)安全運(yùn)行控制技術(shù)的引進(jìn)，能不斷提升電力系統(tǒng)安全性，提高電能運(yùn)輸穩(wěn)定性，本文從安全性的角度出發(fā)，提出GSI技術(shù)、數(shù)字簽名、加密技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，用于電力系統(tǒng)升級(jí)改造，有效提升電力系統(tǒng)安全性。相信隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)安全運(yùn)行控制技術(shù)水平會(huì)不斷提升。