继电保护装置功能安全与信息安全融合技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BBQChris
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随着传统电力系统逐步向智能化、信息化发展,这在提高电力系统运行效率的同时,也给其带来了严峻的信息安全威胁。继电保护装置作为电力系统的一个重要装置,其信息安全对于装置的稳定运行起着重要作用。传统电力系统侧重于研究功能安全措施,而很少研究信息安全措施,如何将信息安全措施恰当的部署进继电保护装置中,是功能安全与信息安全融合研究的重点。两安融合作为一个新的研究方向,大部分研究停留在理论方面,没有实际的实施。目前针对两安融合的研究,主要以定性的方式进行,受主观影响较大,同时缺乏评价两安融合的指标,无法具体描述两安融合的效果。为解决上述问题,本文在定性分析的基础上,采用定性与定量相结合的方式,对继电保护装置功能安全与信息安全融合技术进行研究。首先,分析了继电保护装置的内部组成,结合IEC 61508标准分析了继电保护装置的安全完整性等级;结合目前电力系统面临的信息安全威胁和网络攻击手段,分析了继电保护装置的功能安全以及信息安全需求;依据IEC 61508和IEC 62443标准,确定了继电保护装置功能安全与信息安全措施。其次,为分析所选取的功能安全与信息安全措施之间的矛盾,采用定性的分析方法,以五元组的形式,定义并描述了安全措施之间的矛盾类型;利用FMVEA分析法,结合矛盾类型分析了功能安全与信息安全措施之间的矛盾;利用博弈论的相关理念,构建了继电保护装置功能安全与信息安全措施博弈模型,从本质上分析了两安之间的矛盾;考虑到装置自身条件的限制,利用粒子群算法与层次分析法,得出了无矛盾初步安全防护方案。然后,采用定性的分析方法,在STM32F407ZG平台上运行同类信息安全措施的不同模式,通过分析与比较选取合适的模式,并基于以太网的通信方式,验证所选模式是否满足继电保护装置的实时性要求;分析功能安全措施与信息安全措施之间的联系,并提出由两安措施构成的安全任务;根据安全任务的优先级,提出一种基于优先级的安全任务调度方式;以单核CPU以及可剥夺式实时嵌入式操作系统为应用场景,提出一种最大程度满足不同安全任务执行需求的任务延时计算方法,得出两安融合的具体实施方案。最后,基于STM32F407ZG平台,部署安全任务并利用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统管理安全任务,验证安全任务是否能够得到正确执行,测试安全任务在执行期间对平台的影响,并对两安融合的效果进行评价。
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