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智能变电站IEC61588时间同步系统与安全评估(1)

摘要:通过介绍智能变电站对时间同步需求和网络时间协议的技术特点、工作原理和组网方式,分析了目前网络时间同步系统在智能变电站应用中的优势与不足。对于IEC61588网络时间同步系统在系统管理、产品设计和网络结构上存在的安全隐患,提出了一种基于智能变电站网络流量仿真技术的安全测评方法,并利用该方法进行了测评实例分析,保证了IEC61588时间同步系统智能变电站的安全可靠运行。

0引言

目前,随着中国智能电网的快速推进,传统变电站正逐步向基于IEC61850标准的智能变电站方向发展,基于网络的时间同步系统在智能变电站有了广阔的应用空间。简单网络时间协议(SNTP)在变电站站控层得到广泛应用,基于IEC61588的精确时间协议(PTP)也在智能变电站过程层得到应用。目前,已投运的应用IEC61588技术的智能变电站主要有苏州500kV玉山智能变电站、延安330kV智能化改造变电站、河南淇县220kV智能变电站、无锡220kV西径智能变电站和天津110kV 和畅路变电站。

智能变电站应用IEC61588技术的优点主要有:①能够提供高精度的对时性能,对时精度小于1μs且能够满足合并单元、保护装置、智能终端设备、同步相量测量装置(PMU)及行波测距装置、雷电波定位装置等对时间精度的需求;②IEC61588技术是基于以太网技术发展而来的,与智能变电站网络结构完全吻合,利用现有网络就可以实现时间同步对时功能,不需要单独布线,从而优化了变电站网络结构;③智能变电站采用IEC61588技术,在系统中只需要保留2台主时钟,减少了扩展装置的投入,从而减少了系统中运行设备的数量,降低了设备成本;④全站采用网络时间同步技术,使时间同步系统建模更加方便,有利于变电站二次系统的集中监控和管理。

虽然IEC61588技术在智能变电站应用方面有很多优点,但现阶段仍然存在很多需要解决的问题:①IEC61588技术在智能变电站应用的案例不多,经验少、产品不成熟、系统运行稳定性差,存在时间抖动大、抗网络风暴能力差及长时间对时失效的现象;②由于IEC61588特殊的工作原理,需要在系统研制过程中采取足够的安全防护措施,降低设备被恶意攻击的可能性,而这种安全防护在现有系统设计中均没有得到足够重视,使得产品设计存在严重缺陷,系统运行存在安全隐患;③应用经验较少,系统设计不合理,虽然已有一些试点智能变电站,但系统内深入了解该技术的人员非常少,存在系统设计缺陷(如缺少备用主时钟、间隔层缺少守时系统等);④支持IEC61588技术的成熟产品不多,造成变电站二次系统总体造价过高,阻碍了该技术在智能变电站中的应用,但随着技术的成熟和市场的有序竞争,该问题将逐步得到解决。

本文结合工程经验和实验室测试数据,对IEC61588PTP[1]在智能变电站应用中存在的安全问题和安全防护措施进行了探讨,并提出了一种基于变电站网络流量仿真的测试方法,用以评估系统安全性。

1IEC61588PTP

IEC61588标准主要为满足测量仪器和工业控制所需要的测量准确度而产生,在2008年形成了IEEE1588V2,并很快被国际电工委员会(IEC)和国家标准采用,形成IEC61588—2009 和GB/T25931—2010标准。

IEC61588标准中定义了10种类型报文,其中4种为事件报文,用于产生和通信中同步普通时钟(OC)和边界时钟(BC)的时间信息,其在发送和接收时产生精确时间戳;6种为普通报文,用于测量2个时钟之间的链路延时和信息管理。10种报文均需要由CPU 进行处理,并占用CPU 资源,安全防护考虑不全面,将为系统运行带来隐患。

IEC61588协议本身支持源地址可信性认证、信息完整性识别和回放攻击保护机制,已对安全防护进行了充分考虑。IEC61588协议的安全性通过以下2种安全机制加以实现。

1)回放保护机制:该机制通过使用信息认证码来确认接收到的信息是由验证源发出,在传输途中未经修改,并且是即时的(即不是某个信息的回放)。回放保护通过使用计数器来实施。

2)挑战—响应机制:该机制用来确认新信息源的可靠性和真实性,并对经验证的数据关联性进行实时更新。

来源:电力系统自动化
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