發(fā)布時間：2020-10-14 05:28

　　 隨著電力物理網(wǎng)絡(luò)與電力信息網(wǎng)絡(luò)的深入交互,電力信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical Power System,CPPS)已逐步形成。CPPS中大量監(jiān)視和控制設(shè)備的使用及信息的實時傳輸,能更精確地對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視與控制。但也帶來了新的問題,單一網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊可能在CPPS的交互影響下引發(fā)大規(guī)模連鎖故障,導(dǎo)致大停電事故的發(fā)生。因此,本文對提出電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點識別方法,根據(jù)物理網(wǎng)重要節(jié)點耦合得到相應(yīng)信息節(jié)點,建立信息網(wǎng)增設(shè)虛擬節(jié)點的主動安全防護策略,協(xié)同攻擊下CPPS的攻防博弈分析角度進行研究。具體研究工作如下:為識別CPPS重要物理節(jié)點對應(yīng)的信息節(jié)點,以針對性地增強其安全性,提出CPPS電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點識別方法。綜合考慮電力物理網(wǎng)絡(luò)在度、介數(shù)和結(jié)構(gòu)洞方面的結(jié)構(gòu)特性,和基于電力網(wǎng)絡(luò)等效阻抗的電能傳輸效率、電氣介數(shù)、電氣耦合連接特性,以泰勒熵系數(shù)和肯德爾系數(shù)為客觀權(quán)重,以層次分析法的專家判斷為主觀依據(jù),得到綜合權(quán)重,結(jié)合改進TOPSIS算法對節(jié)點重要度進行評估。以IEEE-39系統(tǒng)為例,在拓?fù)渖弦宰畲筮B通子圖為指標(biāo),電氣特性以負(fù)荷損失比為指標(biāo)分別進行抗毀性仿真,驗證本章方法的準(zhǔn)確性和有效性,為后續(xù)進行CPPS重要物理節(jié)點所耦合對應(yīng)的信息節(jié)點增設(shè)虛擬節(jié)點進行安全防護打下基礎(chǔ)。在電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點評估的基礎(chǔ)上,提出一種對物理重要節(jié)點相應(yīng)的信息節(jié)點增設(shè)虛擬節(jié)點的CPPS主動安全防護方法。首先,將電力信息網(wǎng)絡(luò)分為接入、骨干層和核心層,考慮調(diào)度中心具備后備電源的自治特性,基于電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的對應(yīng)關(guān)系采用“部分一對一”耦合方式,建立信息網(wǎng)絡(luò)雙星結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)兩種相依網(wǎng)絡(luò)模型。然后,建立CPPS網(wǎng)間節(jié)點交互影響下的連鎖故障模型,針對不同虛擬節(jié)點防護方法,根據(jù)不同攻擊方式(CPPS中信息網(wǎng)節(jié)點度排序、第二章電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點耦合關(guān)系找到對應(yīng)的信息節(jié)點)進行連鎖故障仿真,對得到的停電事故序列進行冪律函數(shù)擬合,評估得出在惡意攻擊下,最經(jīng)濟有效的虛擬節(jié)點防護方法是對物理網(wǎng)排序前十節(jié)點對應(yīng)的信息節(jié)點、核心層、骨干層節(jié)點按照1:1增設(shè)虛擬節(jié)點。提出一種非合作博弈方式模擬協(xié)同攻擊攻防博弈,并建立信息-物理協(xié)同攻擊的CPPS攻防動態(tài)博弈模型。模型中采用最優(yōu)減負(fù)荷方法,來衡量不同類型攻擊對電力物理網(wǎng)絡(luò)的影響。使用IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)進行仿真分析,評估方法的有效性,并在不同的資源限制下推導(dǎo)出相應(yīng)最優(yōu)的防御資源分配策略,即納什均衡策略。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM73
【部分圖文】：

圖 1.1 電力信息物理系統(tǒng)交互影響示意圖近年來，大停電事故時有發(fā)生，研究人員通過對歷年來電力事故的原因進行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)：信息網(wǎng)絡(luò)故障或失效在電力系統(tǒng)事故中扮演重要角色，如表1.1 所示。例如：2003 年意大利大停電，是由雷擊引發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)原始故障導(dǎo)致物理和信息網(wǎng)絡(luò)的連鎖故障[5]；2003 年北美一條高壓電纜發(fā)生短路故障，由于SCADA 軟件系統(tǒng) bug 而導(dǎo)致控制室對物理網(wǎng)絡(luò)運行情況失察，發(fā)電廠出于保護電機設(shè)備需要，應(yīng)急系統(tǒng)啟動關(guān)閉了發(fā)電機組，導(dǎo)致北美和加拿大南部 5000 萬人受災(zāi)的大停電事故[6]；2004 年羅馬大停電，由于通信機房進水失效，引發(fā)調(diào)度中心之間的通信失聯(lián)，進而導(dǎo)致了停電事故[7]。2007 年由于減載程序被意外激活導(dǎo)致了美國南加州和亞利桑那州 140 萬人受災(zāi)的大停電事故。2008 年中國南方發(fā)生冰災(zāi)事故，多省通信光纜中斷，導(dǎo)致調(diào)度優(yōu)化無法進行[8]。2011 年爆發(fā)的“Stuxnet”病毒通過攻擊控制離心機的可編程控制器引發(fā)離心機故障，嚴(yán)重破壞伊朗的核工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施[9]。2015 年 12 月 23 日，惡意軟件攻擊烏克蘭某調(diào)度中心的計算機，蓄意下達(dá)斷電指令，導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備停機，引發(fā)烏克蘭大范圍停電[10]。

9圖 1.2 內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖第三章，研究電力信息網(wǎng)絡(luò)主動安全防護方法。首先在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，建立符合實際情況的電力信息物理系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ�，其中電力信息網(wǎng)絡(luò)考慮雙

點的正、負(fù)理想方案的距離，進而求節(jié)點的相對逼近度。步驟 6：計算電網(wǎng)各節(jié)點的相對逼近度iii iDFD D 與理想方案的相對逼近度的取值范圍為[0,1]，逼近度越靠近；反之，逼近度越靠近 0 說明該節(jié)點越不重要。步驟 7：重要度節(jié)點排序各節(jié)點的相對逼近度大小，對電網(wǎng)的重要度節(jié)點排序，從而估結(jié)果。。例分析選用 IEEE-39 節(jié)點系統(tǒng)作為算例系統(tǒng)，來驗證評估方法的有 3 所示，該系統(tǒng)內(nèi)含 39 節(jié)點，其中 10 個發(fā)電節(jié)點，18 個點，11 個變壓器節(jié)點，46 條線路，電壓等級為 345kV。
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本文編號：2840252