刘绚：向电力网络安全宣誓

段盼盼 杜月娇

电力工业是一个国家的经济命脉，在国民经济和人民生活中占有极重要的地位。在最早的电力安全研究中，人们关注的多是电力系统的物理安全。但是随着信息技术的深入融合，电力网络变成了一个典型的信息物理系统，因此电力系统的物理安全不再代表电力系统的安全，而信息系统的脆弱性将直接影响物理安全。

“也就是说，我们在研究电力系统安全的时候，不仅仅考虑物理安全，还要研究信息系统安全对于整个电力系统安全的影响。”湖南大学电气与信息工程学院教授刘绚是电网安全的守护者，他多年来一直从事电力系统信息物理安全，大数据及人工智能在电力系统中的应用等方面的研究工作。他表示，电力网络安全贯穿于电力行业的生产、调度、经营、管理等各个环节，其安全性关系到我国国家安全和社会稳定，因此，守护电力网络安全，他责无旁贷。

责任催生梦想

2010年6月，伊朗核设施控制系统被一种名为“震网”（Stuxnet）的病毒攻击，病毒篡改了铀浓缩离心机的参数设置，使其转速提高，最终导致大批离心机损坏，大大延缓了伊朗核计划进程。这是第一个专门定向攻击真实世界中基础（能源）设施的“蠕虫”病毒，比如核电站、水坝、国家电网。

这起“震网”事件在国际上引起轩然大波，当时正在读硕士研究生的刘绚看到这一消息，内心受到了极大的触动。同时，他也了解到，我国电力基础的软硬件设施很多受制于国外，大量电表的核心芯片都要从国外引进，甚至部分设备的运维都要由国外的工程师进行远程操作。这样的认识让刘绚备感压力，他意识到，中国必须要走出一条自主、可控、安全的电力发展之路，以保障电力系统的安全运行，进而保障国家安全。于是，他一头扎进了电力系统网络安全领域。

2012年，刘绚前往美国伊利诺伊大学攻读博士。在美国，他对电力网络攻击的机理以及脆弱性原理进行了系统的研究。他揭示了电力系统状态估计對网络攻击的脆弱性机理，首次发现了电力系统攻击数据的“壁垒效应”。同时，他还揭示了数据一致性-系统残差-局部信息量之间的动态博弈关系和状态估计中数据残差校验的逻辑漏洞，建立了基于不完全信息的攻击验证模型。

这些研究成果在国际上引起了广泛关注，得到国际同行的高度认可，即评价该成果是“对电网网络安全领域的重要贡献，具有巨大研究潜力”。其中，IEEE Fellow、哥伦比亚大学教授Xiaodong Wang评价其为“完美的局部攻击模型”。

其实，这些研究工作都是刘绚在紧锣密鼓的课程间隙进行的。刘绚攻读博士的第一年一直处于一个紧绷的状态，过着“5+2”“白+黑”的忙碌生活。研究刚起步时，他要一边查资料，一边自己摸索，还不能落下课程。因为白天要上课，他只能利用晚上和周末的时间进行技术攻关。

那是刘绚在美国最忙碌的一年，如今他回想起来，那些日子还很鲜明。初到异国他乡，便顶着学业和研究的双重压力，没有娱乐，没有休息日，只有在思想受困时，他才会去密歇根湖旁边的人工漫步大道上散步、吹风，然后继续思考问题。

之后，刘绚又针对电力系统工控业务的高实时性、高业务连续性，阐明了网络攻击下系统元件故障的形成机理以及传播机制，例如，“输电线路功率数据反向注入攻击可诱导控制中心错误决策导致线路跳闸”。他揭示了基于实时工况信息攻击的元件故障掩饰原理，阐明了网络攻击导致系统大停电事故的诱导性攻击机理。该理论成果为系统高危隐患的挖掘、提升攻击检测准确率奠定了理论基础和共性技术。

永远走在路上

2017年，刘绚结束在美国的研究工作回到国内，加盟湖南大学电气与信息工程学院，担任教授、博士生导师。“来到湖南大学，我就发现，湖南大学非常适合年轻人发展。因为它有一个很宽松的人文环境，而且无论是科研环境，还是创新平台，都为我们年轻人的发展创造了很好的条件。”刘绚说道，除了科研启动经费和研究生指标的支持外，湖南大学还会召开青年教师座谈会，及时了解年轻老师的发展动态，并提出相应的指导。在刘绚看来，湖南大学就像一块沃土，滋养着他的科研梦想。

回国后，刘绚的研究工作得到了湖南省科技创新计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。在这些项目支持下，他继续开展电网网络安全主动防御技术、网络攻击监测算法等的研究，并深入研究了机器学习在电力系统中的应用。

尤其是电网网络安全主动防御技术在当下的电力安全维护中有着至关重要的作用。近年来发生的大量攻击案例表明，当前高度智能化和信息化的新一代电网网络安全愈加突出，针对电力工控系统等国家关键基础设施的攻击，可以给电网带来严重甚至是毁灭性的打击。一旦遭受类似“震网”病毒的网络攻击产生大面积停电事故，其造成的损失将难以估量。因此，在网络攻击对电力系统造成危害之前，就要及时进行预警，并制定相应的措施阻止或降低网络攻击对电力系统造成的危害。

不过，目前电力监控业务安全实时监测防御技术面临一些技术难点：一是，随着5G技术、互联网技术的深度融合，海量终端接触到了现代电网，导致了网络安全边界的模糊化；二是，电力调度严重依赖于业务数据的准确性，实时交互的控制指令易被伪造甚至被精确篡改，导致电力调度安全隐患管控难度极大；三是，具备多元互动能力的能源互联网广泛分布于非受控环境下，面临着泛在和高度定制化的网络攻击威胁，传统监测手段难以识别精心定制的网络攻击。

针对这些问题，刘绚率领团队攻克了电力设备漏洞复合挖掘方法、融合业务逻辑和数据特征的网络安全协同监测、电力系统网络安全主动防御等技术，防范了网络攻击导致一次设备误动作触发连锁故障等重大安全隐患，提升了电力监控系统对于恶意攻击的韧性和自愈力。

项目成果已成功应用于湖南、天津、湖北、浙江、福建等省级电力公司，以及交通、石化等其他重点行业。项目成果避免了因网络与信息安全事件引发的电网大面积停电事故，在党的十九大、“护网”行动等重大活动安全保电工作中发挥了重要作用，为保障国家经济、社会稳定起到了巨大作用。

众所周知，我国的电网在世界上规模最大，信息化程度也最高，这就决定了我国电力网络安全的防御难度也是空前严峻的。刘绚介绍说，网络攻击与防御其实是一个动态博弈的关系，没有百分之百的安全。随着新型攻击类型的涌现，其防御策略也必须要持续提高。所以，他们的研究永远在路上。

这是一件有意义的事

目前，中国电网已经成为全球安全运行水平最高的电网，这一方面得益于国家对于电网安全的高度重视，另一方面也跟中国电力人的艰苦攻关分不开。作为其中一员，刘绚引以为荣，同时也感到很幸福。他将电力网络安全研究工作定义为“有意义的事”，笑称道：“我们也是为人民服务，这让我们很有荣誉感。”

作为当下最为火热的研究技术，人工智能和大数据技术也在电力系统中绽放异彩。然而，这些技术的应用在提高电网输电效率的同时，也增加了电网的安全隐患。“没有网络安全就没有国家安全”，同样的，没有电网安全也没有国家安全。因此，刘绚及其团队也在大数据分析与应用方面也取得了一系列科研成果。

配网变压器的额定容量是供电部门根据其位置、负荷及正常过负荷能力、事故过负荷的承受能力选取的，其原则是使负荷运行于对应变压器的经济运行区间，但是在目前配网中却长期存在配电管理系统中的配电变压器额定容量与实际变压器容量不符合的现象。

在以往的经验中，容量校核方法均是基于现场实验测试，存在两个严重的缺点，一是在进行现场测试时需要将变压器停运，这将严重影响到供电质量以及配网经济运行；二是因为配网变压器具有数量多、分布广的特点，利用人工现场校核的方法不仅需要耗费大量的人力和物力，而且校核的效率极低，难以实现配网中所有变压器额定容量的逐一排查。因此，亟须一种能够利用配网电气信息采集系统的在线数据实现变压器额定容量在线校核的方法，以解决目前配网变压器额定容量摸排校核困难的问题。

针对这些难题，刘绚基于大数据分析和人工智能技术，首次提出了一种基于电压降相间-时间差分的变压器额定容量校核方法。顾名思义，刘绚团队利用相间差分法弱化了配电变压器高压侧数据波动对校核造成的影响，然后结合时间差分法降低配电变压器运行环境所带来的扰动。这不仅降低了数据中包含的额外干扰，还有效凸显了变压器电压降与其额定容量的内在关系。

“通过这个方法我们实现了基于实时运行数据的、远程的、在线的容量校核。也就是说，我们不去做现场校验，我们只需要根据现场的数据进行远程的、在线的校核就可以了，效率大为提高，而且准确率也可以得到保证。”刘绚介绍说。

除此之外，刘绚团队的其他科研项目也正在陆续取得一系列阶段性成果。谈及下一步的打算，刘绚表示，电网网络安全主动防御领域的研究工作还需要进行更深入的技术攻关。通过研究工作，他们将持续提升中国电网的自主可控能力，同时进一步增强电网防御恶意网络攻击的能力。

严于律己，以身作则

身为高校教师，刘绚不但承担着科研攻关的使命，还要担负起教书育人的重任。他负责讲授湖南大学本科生的两门核心专业课，即“电力系统基础”和“电力系统分析”，还承担了一门研究生课程——“智能电网专题”。

无论是本科生课程，还是研究生课程，刘绚都给予了足够的重视。在他看来，本科的学业是一个起步阶段，只有基础打得够牢，往后的道路才能越走越远。而研究生的课程是一个辅助，这个阶段的学生都已经有了明确的方向，而他能做的就是倾其所有帮助他们走得更稳。

课堂上和课堂下的刘绚，在很多学生眼中是不一样的。在课堂下的生活中，刘绚遵循着“师者仁心”的原则，对学生很关心，也很照顾，有什么问题他都愿意热心地帮助学生。然而，课堂上的刘绚却是严厉的，对学生有着严格的要求。

刘绚表示，当今社会充满了激烈的竞争，对学生严格要求，是希望他们能打好基础、本事练到家，这样他们以后才能在社会上立足，具有竞争力。他深知要把学生造就成一种什么人，自己就应当是什么人。所以，他亲自为学生做表率，每天早上8点前到办公室。他说道：“我就是想告诉他们一个科研态度，科学研究要靠自觉。”

每周，刘绚还要与学生进行一对一的学业讨论，逐字逐句给学生修改论文，教会他们如何撰写一篇合格的科学论文。他鼓励学生挑战科学难题，大胆表述自己的研究观点。因为在教学工作上的表现出色，他获得了湖南大学讲课比赛三等奖，湖南大学教学成果奖一等奖。

在生活中，刘绚其实没有多少闲暇时光，偶尔能够偷闲时，他最喜欢的也是散步、听歌，虽然会打羽毛球，但是却不擅长。他坦言，没有像样的体育爱好，使他感到非常遗憾。有时也会起念想要培养一项体育爱好，可他又很快在忙碌的工作中將这一想法抛之脑后。于是，他想了想，笑着说道：“我还是最享受埋头研究的生活。”