بخشی از مقاله
چکیده - مسأله امنیت سیستم، به عنوان یک زیرساخت اصلی و حیاتی دارای اهمیت جهانی است و به شدت وابسته به پایداری اجتماعی و رشد اقتصادی است. بنابراین همواره اولویتهایی توسط مراجع، سازمانها و صنایع مختلف در همه سطوح، ارائه شده است. در این پژوهش به ارائه چارچوبی برای دستهبندی تهدیدات ممکن علیه عملکرد ایمن و مطمئن سیستم قدرت پرداخته شدهاست. تهدیدات، مدتزمان زیادی است که شناخته شدهاند، اما به دلیل دیدگاههای فردی متفاوت از سازمانهای مختلف، فقدان یک دستهبندی موضوعی در این زمینه، احساس میگردد.
علاوه بر این، تهدیدات حاصل از عوامل خارجی، اعم از تهدیدات بینالمللی یا غیر بینالمللی و تهدیدات مرسوم یا نوظهور بر سیستم قدرت، نسبت به هر زمانی در گذشته شدت بسیاری یافتهاست. در این پژوهش در ابتدا مفاهیم اساسی و تعاریف مربوط به اصطلاحات مرتبط به امنیت سیستم قدرت، بیان و در ادامه فهرستی، همراه با توصیف کامل و بیان تاثیرات ممکن این تهدیدات، ارائه شده است تا نیاز به حفظ سیستم قدرت از خطرات را تامین نماید. با استفاده از دستهبندی پیشنهادی، تجزیه و تحلیلی کمّی، از بیش از یکصد خاموشی تاریخی مهم در سیستم قدرت، برای بیان تهدیدات اصلی و نشاندادن روند درحال تغییر آن در طول زمان، نیز ارائه شدهاست.
-1 مقدمه
مسأله امنیت سیستم ، به عنوان یک زیرساخت اصلی و حیاتی دارای اهمیت جهانی است و به شدت وابسته به پایداری اجتماعی و رشد اقتصادی است. بنابراین همواره اولویت هایی توسط مراجع، سازمانها و صنایع مختلف در همه سطوح، ارائه شده است. زمانی که سیستم قدرت تحت تأثیر تهدیدات مختلفی قرار می گیرد که باعث عدم امنیت سیستم می شوند، در برخی از سناریوهای با شدت زیاد، ممکن است شبکه الکتریکی به چند قسمت تقسیم شده و ناحیه ی وسیعی با خاموشی روبرو شود.
در نتیجه، ممکن است باعث ضررهای اقتصادی متعددی شده و در برخی مواقع جان انسان ها و امنیت ملی را نیز به خطر بیندازد.چنین نتایجی را میتوان به وضوح در چندین قطعی سراسری اخیر مانند خاموشی 4 نوامبر 2006 در اروپا [1] مشاهده کرد که عدم تعادل توان در بخش غربی شبکه - UCTE اتحادیه هماهنگی انتقال الکتریسیته - ، موجب انحراف فرکانسی شدید شده و کل شبکه را به سه قسمت مجزا تبدیل کرد و برق رسانی به 15 میلیون مشترک خانگی در اروپا را مختل نمود. علاوه بر این، در دهههای اخیر زندگی به شدت به یکپارچگی و هماهنگی کامل سیستمهای مستقل مختلف وابسته شده است .
[2] الکتریسیته به عنوان یک منبع اصلی انرژی، نقش مرکزی داشته و برای عملکرد همه سیستمهای دیگر ضروری و حیاتی است. برای مثال در قطعی سراسری شمال شرق در سال 2003، فشار آب به علت قطعی برق پمپها، از بین رفت، همه قطارهایی که مبدأ یا مقصد آنها نیویورک بود از کار افتادند، ارتباطات موبایلی مختل شد و سیستمهای تلویزیون کابلی به علت نبود توان ذخیره پشتیبانی، قطع شدند .[3]
به منظور تضمین امنیت سیستمهای قدرت، تهدیدات وارده به سیستم قدرت، از مدتها پیش شناسایی شدهاند .[4] تهدیدات ایجادکننده خاموشی و قطعی سراسری در برگیرنده گستره وسیعی از عوامل داخلی و خارجی مانند بلایای طبیعی، نقصهای فنی، خطاها و اشتباهات انسانی تعارضات کاری، خرابکاری تروریسم و جنگ ها، می باشند .[5] منظور از تهدید، احتمال بروز حادثهای مانند قطعی خط انتقال، شکستن با سیار یا اضافه بار است که ممکن است منجر یه نقص در سیستم قدرت و قطعی برق مشترکین شود.
تهدیدات مرسوم و متداول در سیستمهای قدرت را میتوان به دو دسته تقسیم بندی کرد: تهدیدات طبیعی و تهدیدات تصادفی - غیرمترقبه - . تهدیدات طبیعی شامل مسائل آب و هوایی مانند موجهای هوای گرم، گردباد، رعد و برق و همچنین مسائل زمین شناسی مانند زمین لرزه، سونامی، رانش زمین و فوران آتشفشان میباشند. تهدیدات تصادفی نیز شامل مسائلی مانند اشتباهات بهره برداری، اشکال در تعمیر و نگهداری و عملکرد نادرست تجهیزات می باشد.
اما با افزایش اهمیت سیستمهای قدرت در جامعه، تعداد تهدیدات خلافکارانه شامل تروریسم و یا جنایاتی حملههای سایبری، شورش و اغتشاش، دستکاری محصولات، بمبهای انفجاری و ... می باشد. از 11 سپتامبر 2001، منابع و تلاشهایی که در جهت حفاظت سیستمهای قدرت الکتریکی علیه تهدیدات طبیعی و تصادفی انجام میشد به سمت پاسخگویی به موضوع بینالمللی تهدیدات خلافکارانه سوق پیدا کرده است .[6] به علاوه، با توجه به تکامل سیستم قدرت و گذر آن از فرم سنتی به فرم مدرن، تهدیدات جدیدی پدیدار شدهاند که دسته بندی آنها در این سه گروه دشوار است که از جمله آنها می توان به تهدیدات سیستماتیک اشاره کرد.
اگر چه اقدامات بسیاری برای جلوگیری از تهدیدات مرسوم و افزایش امنیت سیستم قدرت ارائه شده 7]،[14، سیستم قدرت همچنان با تهدیدات شدیدتری روبروست که حاصل از همین اقدامات است. زمین لرزه بزرگ شرق ژاپن در 11مارس 2011 با شدت 9ریشتر، موجب خسارات فاجعه باری به چندین نیروگاه هستهای و حرارتی شده است. توانی برابر با 21 گیگاوات توسط شرکت برق توکیو - TEPCO - قطع شد و در نتیجه 4,4 میلیون خانواده دچار خاموشی شدند. پس از این زمین لرزه نیز، از 14 مارس تا 29 مارس، قطعی ها و خاموشیهای دورهای در اغلب نقاط توکیو، توسط TEPCO برنامهریزی شد تا کاهش ظرفیت تولید برق را جبران کند .[15] در این مورد، سیستمهای قدرت برای تحمل اثرات اینگونه تهدید ها ناکافی بودند.
پیشرفتهای سریع فنآوری در سال های اخیر در زمینههای الکترونیک قدرت، تکنولوژی کامپیوتر، مخابرات و مواد عجیب و غریب، نویدبخش پیشرفت و توسعه سیستمهای قدرت بوده است .[16] از سوی دیگر، تعمیرات سیستمهای قدرت فرصتهای روزافزونی برای مقابله با تهدیدات آتی و نوظهور علیه امنیت سیستم قدرت، فراهم نموده است. همچنین تهدید حملات انسانی به سیستمهای قدرت نیز جدیتر است 18]و.[17 برای مثال، استفاده از ادوات شبکههای هوشمند که برای کنترل آنها از سیستمهای مخابراتی استفاده میشود، احتمال حملات سایبری را افزایش می دهند [19] و یا افزایش سهم تولید الکتریسیته از انرژیهای تجدیدپذیر که ماهیت سیستم و چالشهای مربوط به امنیت آن را تغییر داده است 21]و.[20 بنابراین برای دستهبندی و ارزیابی تهدیدات مرسوم و تهدیدات نوظهور به جهت در نظر گرفتن مسائل مربوط به امنیت سیستم قدرت، نیازی مبرم به روشهای دستهبندی به روز احساس می شود.
در این مقاله ضمن دسته بندی و تحلیل منابع تهدیداتی که امنیت سیستمهای قدرت را به خطر میاندازند، تعاریف مربوط به اصطلاحات مرتبط به امنیت سیستم قدرت بیان می شوند. سپس ساختار عملکرد سیستمهای قدرت امروزی و سناریوهای موجود بطور مختصر معرفی خواهند شد. بنابر دستهبندی انجام شده در این مقاله، یک تهدید علیه سیستم قدرت می تواند در یکی از دسته های تهدیدات طبیعی، تهدیدات تصادفی، تهدیدات خلافکارانه و یا تهدیدات نوظهور دسته بندی شود . بنابراین چارچوبی کلی و عمومی برای دسته بندی تهدیدات به همراه توصیف و اثرات ممکن بر سیستمهای قدرت، پیشنهاد خواهد شد. سپس، بیش از صد مورد از قطعیهای سراسری برق در سراسر دنیا برای ارزیابی منابع آنها، انتخاب می شوند. سپس روند هر کدام از این دسته ها از قبیل تهدیدات مرسوم و تهدیدات نوظهور، به منظور تأمین امنیت سیستم قدرت در آینده، مورد تحلیل و بررسی قرار خواهد گرفت.
-2 طبقه بندی های اساسی
با توجه به گسترش سیستم قدرت از جنبههای مختلف، مانند ارتباط شبکهها بین نواحی و ملتها، استفاده از تکنولوژیهای جدید و کنترل و بهرهبرداری در شرایط بسیار حساس، سازمانهای آکادمیک و صنعتی مختلف، تعاریف متفاوتی برای برخی اصطلاحات براساس سناریوهای مورد نظر خود ارائه دادهاند. در ادامه مروری کلی بر مقالات و همچنین دیدگاه نویسندگان این مقاله در رابطه با مفاهیم و تعاریف اصطلاحات مربوط به مسائل امنیت سیستم قدرت، مطرح خواهد شد.
-3 مروری بر تعاریف ارائه شده
مروری بر تعاریف اصطلاحات مرتبط با موضوع امنیت سیستم قدرت که توسط چهار سازمان آکادمیک یا صنعتی از جمله IEC - کمیسیون بین المللی الکترونیک - ، IEEE - موسسه مهندسین برق و الکترینک - ، ENTESO-E - شبکه اروپایی بهره برداران سیستم انتقال الکتریسیته - و NERC - سازمان قابلیت اطمینان الکتریکی آمریکایی شمالی - ارائه شده اند، در جدول 1 ارائه شده است.
-4 طبقهبندیهای پیشنهادی
مرور انجام شده نشان میدهد که بین تعاریف مختلف از یک اصطلاح که توسط سازمانهای صنعتی یا آکادمیک مختلف ارائه شده، تفاوتهایی وجود دارد که بهمنظور یکپارچهسازی درک موضوع، دیدگاه نویسندگان از این اصطلاحات به شرح زیر ارائه شدهاست. قابلیت اطمینان عبارت است از توانایی تغذیه بارها با بالاترین احتمال ممکن در یک دروه زمانی معین. این مقوله را میتوان با دو ویژگی توصیف کرد: امنیت و کفایت امنیت به معنی توانایی مقاومت در برابر اغتشاشات یا پیشامدهای ممکن و خطرناک، مانند اتصال کوتاه الکتریکی و یا از دست رفتن ناخواسته برخی عناصر سیستم، بدون قطعی و وقفه در ارائه خدمات به مشترکین. کفایت به معنای توانایی تأمین توان مشترکین در شرایط مختلف با در نظر گرفتن قیود بهرهبرداری است.
پایداری بهعنوان زیر مجموعهای از مفهوم امنیت، به توانایی حفظ و یا دوباره بدست آوردن حالت تعادل پس از اغتشاشات و یا پیشامدها، اطلاق میشود. اغتشاش در اینجا به معنی رخ دادن اتفاقی برنامهریزی نشده است که منجر به شرایط غیرطبیعی برای سیستم میشود. منظور از پیشامد نیز یک نقص ناخواسته و یا قطعی یکی از عناصر سیستم است. علاوه بر این، اصطلاحات آسیبپذیری و ستبر بودن هم بطور مکرر برای توصیف قابلیت اطمینان پایین و قابلیت اطمینان بالای سیستم قدرت، به کار می روند. اصطلاح دسترس پذیری هم بطور مشابه با مفهوم قابلیت اطمینان، به توانایی انجام یک عملکرد مورد نیاز تحت شرایط خاص و در یک بازه زمانی معین، اطلاق می گردد.
