考虑电压控制的信息物理协同攻击模型

随着电力信息物理系统的高度融合,信息物理协同攻击对电网的运行构成巨大的威胁。基于完全信息下的攻防策略,构建了考虑电压控制的两阶段协同攻击模式。首先分析了针对电压控制的虚假数据注入攻击;然后建立了信息物理协同攻击双层优化模型,上层模型优化物理和信息攻击点;为考虑物理攻击后果对信息攻击实施的影响,下层为模拟物理和信息攻击下的二阶段攻防模型;最后,以改进的IEEE14、IEEE57节点系统为例,对所提模型进行仿真验证。仿真结果表明,协同攻击较单一打击更加有效、隐蔽,物理攻击点的选择和系统负荷的大小都能影响协同攻击的效果;并揭示了随机物理打击下最优信息打击点的特征,为防御此类协同攻击提供参考。

目标冲突下电力信息物理协同攻击分析

电力信息物理协同攻击(coordinated cyber physicalattack,CCPA)是智能电网面临的新型网络攻击之一,攻击者和调度中心目标分别为最大化和最小化攻击效果,两者目标相互冲突。以直流潮流模型为基础,首先建立基于虚假数据攻击的电力信息物理协同攻击数学表达式,用于表征量测单元中注入的虚假数据、攻击前后电力系统拓扑和电气参数之间的关系。然后,考虑攻击者的目标在于最大化攻击破坏效果,基于双层规划理论建立考虑攻击者和调度中心交互关系的电力信息物理协同攻击分析模型。最后,采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和Fortuny-Amat-McCarl方法,将双层规划模型转化为单层混合整数线性规划模型。以IEEE14节点测试系统为例,仿真结果表明,电力信息物理协同攻击通过在量测单元中注入虚假数据重新分配母线负荷,并倾向于增加负荷需求较大的母线负荷,造成切负荷,最终影响电力系统的运行状态。与负荷重分配攻击和物理攻击相比,电力信息物理协同攻击不仅可以增加发电机出力成本和切负荷损失,而且可能导致更多线路过载。同时,量测单元在双层规划模型解中出现的次数可以表征该量测单元的脆弱程度,出现次数越多,则该节点越脆弱。

考虑电-气耦合系统连锁故障的多阶段信息物理协同攻击策略

针对电-气耦合系统在恶意攻击下的风险分析,提出了一种计及电-气耦合系统连锁故障的信息物理多阶段协同攻击策略。为了诱导调度人员做出错误调度决策和降低电网的安全裕度,提出了一种以最大化线路过载程度为目标的改进负荷重分配(LR)攻击模型。综合考虑天然气系统与电力系统的调度时间尺度差异,构建一种新型的电-气耦合系统多阶段协同攻击策略:初始阶段通过攻击气网侧气源或管道以影响电-气耦合节点的天然气机组状态,然后针对电力系统交替采用改进LR攻击和物理攻击,最终导致大规模连锁停运。基于Q-Learning提出了最优策略求解算法,以比利时20节点天然气系统和IEEE30节点系统为算例,验证了所提信息物理协同攻击模型的正确性和有效性。

基于深度强化学习的多阶段信息物理协同拓扑攻击方法

随着智能电网的发展及通信设备不断引入到信息物理系统(cyber physical system,CPS)中,CPS正面临一种破坏性更强的新型攻击方式——信息物理协同攻击(coordinated cyber physical attack,CCPA),其隐蔽性与威胁性易导致系统出现级联故障。首先,基于攻击者的视角,提出一种多阶段信息物理协同拓扑攻击模型,单阶段的物理攻击使线路中断,双阶段的网络攻击分别用来掩盖物理攻击的断开线路和制造一条新的虚假断开线路。其次,结合深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)理论,提出一种基于深度Q网络(deep Q-network,DQN)的最小攻击资源确定方法。然后,给出攻击者考虑上层最大化物理攻击效果和下层最小化攻击代价的具体模型及求解方法。最后,以IEEE 30节点系统为例,验证了所提多阶段攻击模型的有效性。仿真结果表明,多阶段信息物理协同拓扑攻击较单一攻击更加隐蔽且有效,对电网的破坏程度更大,为防御此类攻击提供了参考。

配电网信息物理故障的耦合度计算方法

配电网信息物理系统(CPSDN)中信息系统和物理系统深度耦合,使得信息和物理故障可以相互耦合对配电网的运行造成影响。文中提出一种配电网信息物理故障的耦合度计算方法,从故障危害的角度评估信息与物理系统间的耦合程度。首先,在分析信息物理协同攻击(CCPA)对CPSDN影响的基础上,综合考虑攻击造成的故障危害及节点的防护水平,给出故障概率的计算方法。然后,通过节点耦合度(CDBN)对异构系统节点间故障的相关程度进行计算,并基于CDBN来计算节点与系统间耦合度(CDBNS)、系统间耦合度(CDBS)。最后,以一个包含3条馈线的配电系统作为算例,验证了所提计算方法的合理性和有效性。

基于智能电网量测集受控随机化的移动目标防御方法

信息物理协同攻击利用网络攻击掩盖或者延长物理攻击的影响,对智能电网造成了极大威胁。为阻止协同的虚假数据注入攻击,暴露物理攻击的影响,提出了一种基于量测集受控随机化的移动目标防御方法。首先,形式化描述了量测值的选择需要满足的约束;其次,采用随机的量测集进行状态估计,使得攻击者关于电网的先验知识失效;最后,使用MATPOWER模拟器在IEEE标准系统上进行了大量的仿真,实验结果表明,该方法可以防止50%以上的状态被攻击。