电力信息安全风险分析及解决方案探讨

1电能质量监测和分析系统上海交通大学程浩忠教授2012年3月研究意义••保证电网稳定、安全、可靠运行保证电网稳定、安全、可靠运行••电力市场化改革的需要电力市场化改革的需要••满足用户对电能质量指标的要求满足用户对电能质量指标的要求3国内外研究现状国内外研究现状••电能质量分析方法的研究现状电能质量分析方法的研究现状••电能质量监测系统的组成电能质量监测系统的组成分分析析研研究究现现状状••时域仿真法时域仿真法––利用时域仿真程序对电能质量问题的各种利用时域仿真程序对电能质量问题的各种暂态现象进行研究暂态现象进行研究••频域分析方法频域分析方法––包括频率扫描、谐波潮流计算包括频率扫描、谐波潮流计算••基于变换的方法基于变换的方法––包括包括FourierFourier变换方法、短时变换方法、短时FourierFourier变换方变换方法、近年出现的小波变换方法和二次变换法、近年出现的小波变换方法和二次变换方法方法电电能能质质量量监监测测系系统统••当前电能质量监测系统的组成当前电能质量监测系统的组成––DSP+PCDSP+PC••当前电能质量监测系统的不足（缺点当前电能质量监测系统的不足（缺点））––实时性差、实时性差、––监测指标少、监测指标少、––工作量大、工作量大、––测量误差大测量误差大––缺乏判断依据缺乏判断依据6电能质量监测和分析系统研究工作：系统组成硬件设计软件开发7系统组成8硬件设计子节点中心节点通信子节点：工控机信号调理数据采集卡网络连接组件中心节点工控机网络连接组件通信光缆光缆音频电缆音频电缆载波载波9数据采集系统10软件开发软件系统结构软件特点软件功能数据库11软件系统结构基本数据实时量测数据电网接线数据库历史数据库主程序其它数据库结果12软件特点可视化可视化动态化动态化开放式开放式模块化模块化多任务多任务13软件功能人机交互界面友好调用和保存数据方便开发和生成画面、报表动态刷新画面、报表检查和维护系统方便具有自检能力14软件的计算谐波计算电压波动计算闪变计算可靠性计算三相不平衡度计算电压偏差其他电能质量的计算15数据库数据库的组成数据库的组成数据库的内容数据库的内容16数据库的组成数据库接口谐波分析模块波动和闪变分析模块三相不平衡分析模块可靠性分析模块用户操作界面数据库数据库管理系统用户电压偏差分析模块瞬时过电压分析模块17数据库的内容数据库的内容电网参数电网参数计算结果计算结果电能质量国家标准电能质量国家标准电网参数变电站数据变电站数据变压器数据变压器数据线路数据线路数据负荷数据负荷数据18软件开发C++C++VisualBasicVisualBasicSQLServerSQLServer19经济效益分析和成果应用趋向本系统完成后，能够全面监测公用电网电能质量，实现在线和离线的相结合，分析平台的相统一，达到国内的领先水平；满足实时性要求，具备对电网问题的快速捕获能力；在分析手段上能够对采样数据预处理，能对数据实时分析，对瞬时和稳态干扰性事件进行跟踪和预分类，这样可以降低对存储容量的要求，同时为现场的实时监控提供更快速﹑更有价值的评估和决策信息；20具备强大的通信能力，能方便集成到企业信息管理系统中和互联网上，便于为电能质量现象的深入分析﹑事件统计﹑长期评估和预测提供可靠数据；在功能上要具备配置的灵活性，以适应电力系统的不同应用场合；在成本上也要能适合于大量安装到现场。类似SCADA＋EMS的功能，在电能质量方面。21电电能能质质量量监监测测系系统统的的实实现现••三层体系结构（基于三层体系结构（基于WebWeb））客户层浏览器服务层数据层数据库应用服务层Web服务层22电电能能质质量量监监测测系系统统的的实实现现••分析功能模块图（分析指标齐全）分析功能模块图（分析指标齐全）分析功能电压偏差波动闪变三相不平衡暂态扰动谐波潮流相关性分析综合指标谐波频率23电电能能质质量量监监测测系系统统的的实实现现••通讯方式，通讯网络的建立通讯方式，通讯网络的建立•监测点的设置13个长期监测4个实时监测24应用介绍（初始界面）应用介绍（初始界面）25应用介绍（监测点配置界面）应用介绍（监测点配置界面）26应用介绍（监测指标配置界面）应用介绍（监测指标配置界面）27应用介绍（查询界面）应用介绍（查询界面）28应用介绍（综合指标分析界面）应用介绍（综合指标分析界面）29应用介绍应用介绍（空间相关性分析界面）（空间相关性分析界面）30应用介绍（监测指标统计界面）应用介绍（监测指标统计界面）31应用介绍（三相不平衡显示界面）应用介绍（三相不平衡显示界面）32应用介绍（电网频率显示界面）应用介绍（电网频率显示界面）33应用介绍（电流显示界面）应用介绍（电流显示界面）34应用介绍（电压显示界面）应用介绍（电压显示界面）35电电能能质质量量监监测测系系统统••办公场所负荷数据办公场所负荷数据最大平均最大95%概率318.431.936.632.33413.141.953.642.52522.81.74.052.66637.417.342.782.21732.0110.922.271.79831.6410.351.981.59928.646.872.272.17316.241.136.412.64410.771.093.692.74518.80.973.522.43620.214.092.822.09734.637.022.281.74837.757.461.961.53916.543.942.271.93用户1用户2用户负荷率（％）电压总畸变率（％）月份用户名称36电电能能质质量量监监测测系系统统••居民小区负荷数据居民小区负荷数据最大平均最大95%概率319.475.972.882.12423.395.93.232.31530.758.173.72.36636.1212.963.292.37736.7316.492.761.55839.3716.992.361.56925.2112.712.792.2320.318.43.482.51423.478.653.562.59530.269.363.342.2633.6214.732.952.14733.7516.982.671.59833.8917.042.471.59929.9214.142.591.9用户用户1用和2用户名称月份负荷率（％）电压总畸变率（％）37主主要要研研究究内内容容••电能质量监测分析关键技术电能质量监测分析关键技术––详细研究了各种稳态、详细研究了各种稳态、暂态暂态电能质量电能质量扰动特性，相关分析模型建立，扰动扰动特性，相关分析模型建立，扰动行为的检测和分析等关键技术行为的检测和分析等关键技术••电能质量监测分析系统的建立电能质量监测分析系统的建立––开发开发B/SB/S三层体系结构的电能质量监测三层体系结构的电能质量监测和分析系统和分析系统38关关键键技技术术与与主主要要创创新新点点••改进锁相环系统的电能质量检测改进锁相环系统的电能质量检测对包括对包括谐谐波、电压波动、波、电压波动、频率偏差、电压凹陷、频率偏差、电压凹陷、电压凸起、过电压、电压凸起、过电压、欠电压、欠电压、瞬时脉冲、瞬时脉冲、低频振荡、高频振荡、低频振荡、高频振荡、无功功率无功功率等等1111种电能质量扰动进行检测，且对于检测种电能质量扰动进行检测，且对于检测系统的内部参数和电力系统频率的变化系统的内部参数和电力系统频率的变化是鲁棒的是鲁棒的39与当与当前国前国内外内外同类同类研研究、究、同类同类技术技术的综的综合比合比较较••监测分析功能具全面性监测分析功能具全面性目前国内外已实现的电能质量监测分析系统监目前国内外已实现的电能质量监测分析系统监测指标上主要以稳态为主，而且在分析功能测指标上主要以稳态为主，而且在分析功能上只是统计分析。上只是统计分析。本成果不仅实现了本成果不仅实现了各种电能质量稳态和暂态指各种电能质量稳态和暂态指标的监测标的监测，还具有，还具有完善的分析功能完善的分析功能，如电能，如电能质量扰动传播分析、谐波潮流计算、相关性质量扰动传播分析、谐波潮流计算、相关性分析、综合性指标等。分析、综合性指标等。项目的实施扩展了传统的能量管理系统的功项目的实施扩展了传统的能量管理系统的功能，建立了电能质量能，建立了电能质量SCADASCADA系统和高级应用功系统和高级应用功能，使运行人员及时掌握电网中电能质量的能，使运行人员及时掌握电网中电能质量的全面状况，消除了安全隐患，提高了电网安全面状况，消除了安全隐患，提高了电网安全稳定性，同时为电能质量污染源的定位和全稳定性，同时为电能质量污染源的定位和治理提供依据。治理提供依据。40与当与当前国前国内外内外同类同类研研究、究、同类同类技术技术的综的综合比合比较较••整体和模型算法上具有创新性整体和模型算法上具有创新性（（11）提出研究动态电能质量的现代谱估计方法）提出研究动态电能质量的现代谱估计方法;;（（22）很好的识别效果：用支持向量机较好地解）很好的识别效果：用支持向量机较好地解决小样本、高维数、非线性等实际问题（采决小样本、高维数、非线性等实际问题（采用基于用基于SS变换的支持向量机分类器的电能质量变换的支持向量机分类器的电能质量扰动识别方法）扰动识别方法）;;（（33）提出改进锁相环系统的电能质量检测系）提出改进锁相环系统的电能质量检测系统，可对包括统，可对包括谐波、电压波动、频率偏差、谐波、电压波动、频率偏差、电压凹陷、电压凸起、过电压、欠电压、瞬电压凹陷、电压凸起、过电压、欠电压、瞬时脉冲、低频振荡、高频振荡时脉冲、低频振荡、高频振荡等等1111种电能质种电能质量扰动进行检测。量扰动进行检测。（（44）建立了一个监测指标齐全的电能质量监测）建立了一个监测指标齐全的电能质量监测分析系统分析系统41推推广广应应用用情情况况••上海市区供电公司，经过运行，该成上海市区供电公司，经过运行，该成果运行稳定，安全可靠果运行稳定，安全可靠••目前已经在市区供电公司目前已经在市区供电公司盛大花园－嘉兴变电站、盛大花园－嘉兴变电站、汇景园－嘉善变电站、汇景园－嘉善变电站、明珠宝兴变电站、明珠宝兴变电站、轻轨灵石变电站、轻轨灵石变电站、地区调度所、地区调度所、生产运行部。生产运行部。42获获奖奖情情况况••20052005年年••上海市科技进步二等奖上海市科技进步二等奖43