電力信息物理系統建模及網絡攻擊環(huán)境下的脆弱性研究
發(fā)布時間：2021-07-23 01:13
隨著智能電網的深入發(fā)展,電網傳感器數量和決策單元數量大量增加,現代電力系統已發(fā)展為電力網與信息網關聯融合的電力信息物理系統（Electrical Cyber Physical System,ECPS）。然而,先進的信息技術可能對電力系統帶來潛在的負面影響,信息網中原有的各類安全風險可能被引入電力網并嚴重影響其安全性,復雜的交互機理會使得電力網由于一次事故而引發(fā)嚴重的連鎖故障�；谝陨媳尘�,本文研究了電力信息物理系統建模技術、網絡攻擊的風險傳播機制及網絡攻擊下系統的脆弱性評估問題。主要技術貢獻包括以下三個方面:（1）基于直流潮流模型的電力信息物理系統建模方法。本文創(chuàng)新性的提出一種考慮通信傳輸過程的電力信息物理系統雙層模型框架,以電網中一次設備:發(fā)電機、負荷和線路斷路器作為電力網節(jié)點,建立電力網直流潮流模型;以傳感器、執(zhí)行器作為電力網和電力信息網的關聯接口節(jié)點,針對系統中兩種主要的信息-物理關聯方式:監(jiān)測功能和控制功能,建立上行/下行通信信道模型;據此,提出基于多特征關聯的方法構建電力信息物理系統一體化數學模型,定量化表征了電力網與電力信息網間的關聯關系。（2）電力信息物理系統中網絡攻擊的...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：177 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
電力信息物理系統三層體系結構示意圖
??借鑒圖論思想，本章提出電力信息物理系統建模設計思路如圖３．２所示，即??首先根據系統的主要設備和連接關系，分別抽象歸納得到電力信息網拓撲圖和電??力網拓撲圖；進而根據通信數據傳輸對應關系，確定兩層網絡間節(jié)點的互連關系。??電力物理網??圖３．２電力信息物理系統建摸思路??基于電力“信息－物理”系統的分層結構，結合電力系統調度自動化的主要??設備和控制環(huán)節(jié)，電力物理網層面由典型的電力一次設備組成，包括發(fā)電機、變??壓器、負荷、斷路器等，用以表征電能的生產、傳輸和配用過程；電力信息網層??面主要由電廠、站ＲＴＵ及調度中心ＳＣＡＤＡ子系統組成，其主要功能是收集和??交換全系統的運行數據信息，監(jiān)測系統的運行狀態(tài)，以便于調度中心對電力系統??的全局控制。??考慮一個信息化程度較高的電力信息物理系統
傳輸方向為＃?—巧一Ｖｂ４?—?Ｖｐ。??基于圖３．１的三層體系架構，本章提出電力信息物理系統的雙層模型框架示??意圖如圖３．３所示。圖３．３?Ｕ）中，電網戶（０層為一個１０節(jié)點－５輸電線的區(qū)域電??力系統，信息網層為與Ｐｗ節(jié)點—對應的１０從站通信節(jié)點－１調度節(jié)點的區(qū)??域調度中心。層間有向箭頭虛線為上行下行通信信道，支持遠動通信??協議（１ＥＣ?６１８７０－５）。層內雙向箭頭實線為站內數據傳輸信道，支持變電站??數據通信協議（ＩＥＣ?６１８５０）和計算機數據通信協議（ＩＥＣ?６１８７０－６）。Ｐ（ｆｃ）層內實??線為輸配線路，節(jié)點間狀態(tài)關系滿足基爾霍夫電壓、電流定律。圖３．３（ｂ）為廣??域互連的電力信息物理系統模型框架示意圖，各區(qū)域電力系統通過省間輸電??線相連，全網間潮流滿足基爾霍夫定律；各區(qū)域信息網間采用高帶寬、高可??靠性的光纖專網實現通信（圖中雙向粗實線）。??信道化／?、、、、、信道＾??（?｜執(zhí)行器Ａｋ?Ｉ傳感器ｓｋ?＼??（ａ）??４３??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]巴西“3·21”大停電事故分析及對中國電網的啟示[J]. 易俊,卜廣全,郭強,習工偉,張劍云,屠競哲. 電力系統自動化. 2019(02)
[2]考慮負荷虛假數據注入攻擊的電力信息物理系統防御策略[J]. 王電鋼,黃林,劉捷,呂磊,阮振,呂林. 電力系統保護與控制. 2019(01)
[3]新型配電自動化終端DTU模塊化系統優(yōu)化設計探討[J]. 孫健琦,倪威中,陳敏. 數字通信世界. 2018(12)
[4]面向電力信息物理系統的虛假數據注入攻擊研究綜述[J]. 王琦,邰偉,湯奕,倪明. 自動化學報. 2019(01)
[5]基于復雜網絡的電力通信網拓撲分析與優(yōu)化[J]. 楊濟海,彭汐單,巢玉堅. 計算機與數字工程. 2018(11)
[6]拒絕服務攻擊下基于UKF的智能電網動態(tài)狀態(tài)估計研究[J]. 李雪,李雯婷,杜大軍,孫慶,費敏銳. 自動化學報. 2019(01)
[7]脆弱性研究進展:從理論研究到綜合實踐[J]. 楊飛,馬超,方華軍. 生態(tài)學報. 2019(02)
[8]基于攻擊者視角的電力信息物理融合系統脆弱性分析[J]. 張殷,肖先勇,李長松. 電力自動化設備. 2018(10)
[9]電力信息物理融合系統結構脆弱性分析[J]. 譚陽紅,羅研彬,譚鑫,蔣鵬. 湖南大學學報(自然科學版). 2018(08)
[10]基于復雜網絡的電力通信網擴容保護策略[J]. 李彬,張潔,陳宋宋,朱朝陽,景棟盛,祁兵. 電網技術. 2018(06)
博士論文
[1]電力信息物理系統通信網絡性能分析及網絡安全評估[D]. 葉夏明.浙江大學 2015
[2]基于復雜系統理論的連鎖故障大停電研究[D]. 張宇棟.浙江大學 2013
[3]電力系統信息安全評估方法與安全通信機制[D]. 劉念.華北電力大學（北京） 2009
本文編號：3298284
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：177 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
電力信息物理系統三層體系結構示意圖
??借鑒圖論思想，本章提出電力信息物理系統建模設計思路如圖３．２所示，即??首先根據系統的主要設備和連接關系，分別抽象歸納得到電力信息網拓撲圖和電??力網拓撲圖；進而根據通信數據傳輸對應關系，確定兩層網絡間節(jié)點的互連關系。??電力物理網??圖３．２電力信息物理系統建摸思路??基于電力“信息－物理”系統的分層結構，結合電力系統調度自動化的主要??設備和控制環(huán)節(jié)，電力物理網層面由典型的電力一次設備組成，包括發(fā)電機、變??壓器、負荷、斷路器等，用以表征電能的生產、傳輸和配用過程；電力信息網層??面主要由電廠、站ＲＴＵ及調度中心ＳＣＡＤＡ子系統組成，其主要功能是收集和??交換全系統的運行數據信息，監(jiān)測系統的運行狀態(tài)，以便于調度中心對電力系統??的全局控制。??考慮一個信息化程度較高的電力信息物理系統
傳輸方向為＃?—巧一Ｖｂ４?—?Ｖｐ。??基于圖３．１的三層體系架構，本章提出電力信息物理系統的雙層模型框架示??意圖如圖３．３所示。圖３．３?Ｕ）中，電網戶（０層為一個１０節(jié)點－５輸電線的區(qū)域電??力系統，信息網層為與Ｐｗ節(jié)點—對應的１０從站通信節(jié)點－１調度節(jié)點的區(qū)??域調度中心。層間有向箭頭虛線為上行下行通信信道，支持遠動通信??協議（１ＥＣ?６１８７０－５）。層內雙向箭頭實線為站內數據傳輸信道，支持變電站??數據通信協議（ＩＥＣ?６１８５０）和計算機數據通信協議（ＩＥＣ?６１８７０－６）。Ｐ（ｆｃ）層內實??線為輸配線路，節(jié)點間狀態(tài)關系滿足基爾霍夫電壓、電流定律。圖３．３（ｂ）為廣??域互連的電力信息物理系統模型框架示意圖，各區(qū)域電力系統通過省間輸電??線相連，全網間潮流滿足基爾霍夫定律；各區(qū)域信息網間采用高帶寬、高可??靠性的光纖專網實現通信（圖中雙向粗實線）。??信道化／?、、、、、信道＾??（?｜執(zhí)行器Ａｋ?Ｉ傳感器ｓｋ?＼??（ａ）??４３??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]巴西“3·21”大停電事故分析及對中國電網的啟示[J]. 易俊,卜廣全,郭強,習工偉,張劍云,屠競哲. 電力系統自動化. 2019(02)
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[3]新型配電自動化終端DTU模塊化系統優(yōu)化設計探討[J]. 孫健琦,倪威中,陳敏. 數字通信世界. 2018(12)
[4]面向電力信息物理系統的虛假數據注入攻擊研究綜述[J]. 王琦,邰偉,湯奕,倪明. 自動化學報. 2019(01)
[5]基于復雜網絡的電力通信網拓撲分析與優(yōu)化[J]. 楊濟海,彭汐單,巢玉堅. 計算機與數字工程. 2018(11)
[6]拒絕服務攻擊下基于UKF的智能電網動態(tài)狀態(tài)估計研究[J]. 李雪,李雯婷,杜大軍,孫慶,費敏銳. 自動化學報. 2019(01)
[7]脆弱性研究進展:從理論研究到綜合實踐[J]. 楊飛,馬超,方華軍. 生態(tài)學報. 2019(02)
[8]基于攻擊者視角的電力信息物理融合系統脆弱性分析[J]. 張殷,肖先勇,李長松. 電力自動化設備. 2018(10)
[9]電力信息物理融合系統結構脆弱性分析[J]. 譚陽紅,羅研彬,譚鑫,蔣鵬. 湖南大學學報(自然科學版). 2018(08)
[10]基于復雜網絡的電力通信網擴容保護策略[J]. 李彬,張潔,陳宋宋,朱朝陽,景棟盛,祁兵. 電網技術. 2018(06)
博士論文
[1]電力信息物理系統通信網絡性能分析及網絡安全評估[D]. 葉夏明.浙江大學 2015
[2]基于復雜系統理論的連鎖故障大停電研究[D]. 張宇棟.浙江大學 2013
[3]電力系統信息安全評估方法與安全通信機制[D]. 劉念.華北電力大學（北京） 2009
本文編號：3298284
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