《电力信息物理融合系统的动态攻防安全态势评估模型》-工学论文，科技论文-论文范文参考-科学狗论文网

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电力信息物理融合系统的动态攻防安全态势评估模型

范文

尹相爱张帅付君张文宝

摘? 要：随着信息元件在传统电网中的应用和部署，使得传统电力系统的智能化和可观测性越来越高，已逐步演化成为信息物理网络高度耦合的融合系统。然而，面对全方面各类出其不意的攻击手段，使得电力网络面临较高的隐患，文中提出一种CPS动态攻防安全态势评估模型，并通过标准节点的算例系统验证了所提模型和方法的有效性。

关键词：电力信息物理融合系统;协同攻击;网络安全;态势评估

通过智能通信基础设施、信息层次、边缘计算和传感技术，已将现有电网逐步升级为智能电网，其中的网络和物理元件共同构成了一个复杂的网络物理系统（CPS）[1]。但同时在网络物理系统（CPS）中引入了电力系统安全问题，尤其是众多设备集成及双网间的耦合增加了网络攻击的风险，对智能电网网络或物理部分的攻击可能会影响整个系统的稳定性[2]。

文中提出一种电力信息物理融合系统的动态攻防安全态势评估模型，针对人工蓄意攻击下电力调度系统的动态攻防场景，构建起简化的上、中、下三层数学模型，通过对电网受攻击点功率流计算实现安全态势评估，继而以耦合网络防御者角度针对攻击点配置防御资源，并通过实验算例分析，进行了方法有效性验证。

1 CPS动态攻防安全态势评估模型

当网格攻击者采取攻击行为后，避免传统方式下导致级联故障[3]，CPS动态攻防安全态势评估模型在上层，针对电网失效线路进行功率流计算，为下一层决策变量提供必要参数;在中层，网格防御者针对攻击点制定分配策略，利用防御资源使期望损失值达到最低;在底层中，根据已建立的防御资源分配策略进行开发，展开安全态势防御。具体步骤如下：

步骤1：电网流量计算。防御者根据受攻击失效线路，计算电网的功率流，进而确定fl决策变量，选定采用措施。主要三种措施如下：线路断线运行、潮流再分配、去除负荷。

步骤2：防御资源配置策略。首先根据电网流计算结果和耦合网络量级初始化防御资源总量D，然后基于fl系数设置资源分配精度K，迭代计算每组配置数据下的CPS安全态势评估值——网络损失值g，值到g值达到最小。

步骤3：安全态势防御。计算受攻击点被打破得概率hu，根据概率值防御者通过确定防御元件、释放防御资源、执行防御策略，完成动态攻防安全态势评估值下的安全态势防御。

2 实验算例分析

本文实验算例分析基于标准IEEE 5服务器和10个节点，并通过搭建仿真环境为系统信息侧配备了一个相对完整的信息通信网络，物理侧通过为每个节点装配SCADA系统负责监视所遭受的攻击，及控制每个节点的负载调整和削减。对于算例系统中的10个节点，电网攻击和防御的对应动作以及最终导致的电网主动负荷损失如表1所示。

根据表1协同攻击实验仿真结果，应用文中提出的电力信息物理融合系统的动态攻防安全态势评估模型，通过考虑攻击点进行电网流量计算，设计最有防御资源分配策略，防御者实现对物理攻击所造成的网络主动负载调整，使得期望损失值降到最小。

3 结论

文中研究了人工蓄意攻击威胁下的攻击与防御安全态势评估方法，通过分析电力信息物理融合系统的动态攻防对策问题，构建了CPS动态攻防安全态势评估计算模型，从电网流量计算、防御资源配置策略、安全态势防御三个层次数学化的规划模型。通过实例分析，验证了所提方法的有效性。本文目前的工作仍处于初步探索阶段，仍有许多实际因素考虑攻击的细节信息，如信息网络的拓扑结构、信息网络的防御策略等视角有待进一步开展研究工作。

參考文献

[1]加鹤萍，丁一，宋永华，胡怡霜，尚楠，刘月琴.信息物理深度融合背景下综合能源系统可靠性分析评述[J].电网技术，2019，43（01）：1-11.

[2]王先培，朱国威，贺瑞娟，田猛，董政呈，代荡荡，龙嘉川，赵乐，张其林.复杂网络理论在电力CPS连锁故障研究中的应用综述[J].电网技术，2017，41（09）：2947-2956.

[3]薛禹胜，倪明，余文杰，郭经红，梁云，郭云飞.计及通信信息安全预警与决策支持的停电防御系统[J].电力系统自动化，2016，40（17）：3-12.

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