电力自动化系统中的数据通信与信息安全技术

引言

随着 “双碳” 目标推进与智能电网建设加速，电力自动化系统集成度与复杂度持续攀升。海量设备间高频次的数据交互对通信效率提出严苛要求，而网络攻击、数据泄露等安全隐患直接威胁电力系统稳定。因此，研究适配电力自动化系统的数据通信与信息安全技术，成为保障电力可靠供应、推动能源行业数字化升级的关键任务。

一、电力自动化系统数据通信与信息安全基础认知

1.1 数据通信业务需求与特点

电力自动化系统的数据通信业务呈现多维度需求特性。从业务场景看，涵盖电网调度、设备监控等环节，需同时满足实时控制指令传输的低延迟性与设备状态数据采集的高可靠性；从数据类型分析，既包含继电保护信号等毫秒级响应的关键数据，也存在设备运行日志等批量传输的非实时数据。通信网络需具备分层分级架构，以适应变电站、配电站等不同层级的数据交互需求。此外，新能源并网与分布式电源接入，使电力系统拓扑动态变化，要求通信系统具备灵活的自适应能力与扩展性。

1.2 信息安全面临的风险与挑战

电力自动化系统的信息安全风险来源复杂且威胁多元。外部层面，网络攻击手段不断升级，恶意攻击者可利用通信协议漏洞、未授权访问等方式篡改控制指令或窃取敏感数据；内部层面，设备老化、配置失误及人员操作不当等因素，易引发数据泄露或系统故障。随着电力系统与物联网、云计算的深度融合，网络边界模糊化加剧，传统防护手段难以抵御新型混合攻击。此外，不同厂商设备间的兼容性问题、安全标准执行差异，进一步增加了信息安全防护的复杂性与管理难度。

1.3 现有技术存在的局限性

当前数据通信与信息安全技术在实际应用中存在明显短板。数据通信方面，传统通信协议带宽利用率低，难以承载爆发式增长的数据流量；部分网络架构缺乏冗余设计，单点故障易导致通信中断。信息安全领域，加密算法计算资源消耗大，影响实时业务响应速度；入侵检测系统多依赖历史攻击特征库，对未知威胁的识别能力不足。同时，安全防护多聚焦于单点防御，缺乏从通信链路到终端设备的全链条协同防护机制，无法形成有效的安全防护闭环。

二、数据通信与信息安全关键技术

2.1 电力专用通信协议与标准

电力专用通信协议围绕高可靠性与强实时性设计。IEC 61850 标准采用面向对象的建模方法，实现变电站内设备间的互操作性，支持无缝数据交换；DNP3 协议具备高效的数据压缩与纠错机制，适用于长距离、低带宽的电力通信场景。这些协议通过定义统一的服务模型与数据格式，保障不同厂商设备间的兼容性，同时内置身份认证与访问控制机制，增强通信安全性。此外，行业持续推进协议的智能化升级，引入自适应带宽调整、动态路由优化等功能，以适应电力系统的复杂运行环境。新兴的 TSN（时间敏感网络）技术也开始融入电力通信协议，通过精准的时间同步与流量调度，为电力控制业务提供确定性通信保障；同时，协议正向语义互操作方向演进，借助知识图谱技术实现数据语义解析，提升跨系统通信的理解效率。

2.2 数据通信网络架构与传输技术

数据通信网络架构采用分层分布式设计，兼顾可靠性与灵活性。骨干层依托光纤通信网构建高速数据通道，实现跨区域电力数据的稳定传输；接入层通过无线传感网络、电力线载波等技术，完成终端设备的泛在互联。传输技术方面，SDH（同步数字体系）以其高可靠性与精准时钟同步能力，支撑电网调度指令的实时传输；5G 技术凭借低延迟、高带宽特性，赋能电力物联网设备的高效通信。同时，边缘计算技术的应用，将数据处理能力下沉至网络边缘，减少云端传输压力，提升数据处理时效性。

2.3 信息安全防护核心技术原理

信息安全防护技术从数据、设备、网络多维度构建防线。加密技术通过对称加密（如 AES）与非对称加密（如 RSA）结合，实现数据传输与存储的全生命周期保护；数字证书认证机制基于 PKI 体系，确保通信双方身份真实性。入侵检测系统采用异常检测与误用检测结合的模式，通过机器学习算法分析网络流量特征，识别潜在攻击行为。此外，安全隔离装置物理隔断生产控制区与信息管理区，防止网络攻击跨区域渗透；可信计算技术通过硬件安全芯片，构建从终端到系统的信任链，保障设备运行环境的安全性。随着量子计算威胁临近，后量子密码技术逐步应用于电力系统，抵御未来计算能力冲击；零信任架构也在电力网络中推广，以 “永不信任，始终验证” 原则，对所有访问请求进行动态身份验证与权限控制，构建更严密的安全防护体系。

三、数据通信与信息安全优化保障策略

3.1 数据通信性能提升技术方案

提升数据通信性能需从协议优化与架构升级双管齐下。在协议层面，开发轻量化通信协议，简化数据封装流程，降低传输开销；引入软件定义网络（SDN）技术，实现网络资源的动态分配与智能调度。架构优化方面，构建光纤与 5G 融合的异构通信网络，利用冗余链路设计增强网络容错能力；部署网络切片技术，根据业务需求划分独立通信通道，保障关键数据传输优先级。同时，通过人工智能算法预测网络流量趋势，提前进行资源调配，避免网络拥塞，提升整体通信效率。

3.2 信息安全防护体系强化措施

强化信息安全防护需构建多层次、立体化的防御体系。在技术层面，采用量子加密技术提升数据传输的抗破解能力；部署威胁情报共享平台，实现安全信息的实时互通与协同防御。管理层面，建立全生命周期安全管理流程，从设备采购、部署到退役全程管控；制定严格的安全策略，明确不同岗位权限与操作规范。此外，定期开展网络安全攻防演练，模拟真实攻击场景，检验防护体系有效性，并及时更新安全补丁与防护策略，提升系统的整体抗风险能力。

3.3 管理机制与运维保障体系完善

完善管理与运维体系是技术落地的关键保障。管理机制方面，建立统一的安全管理中心，整合通信网络与信息安全的运维资源；推行标准化运维流程，规范设备配置、故障处理等操作。运维保障层面，利用大数据分析技术对设备运行数据进行深度挖掘，实现故障预测与主动维护；搭建智能运维平台，通过自动化脚本执行巡检、备份等任务，降低人工运维成本与操作风险。同时，加强专业人才培养，建立安全技能培训与认证体系，为电力自动化系统的安全稳定运行提供人力支撑。

四、结论

电力自动化系统的数据通信与信息安全技术是保障电力稳定供应的核心要素。通过剖析现状、深化技术应用并落实优化策略，可有效提升系统通信效率与安全防护水平。未来需持续推动技术创新与管理升级，以应对电力系统智能化发展带来的新挑战，助力能源行业高质量发展。

参考文献：

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