电力信息物理系统建模及网络攻击环境下的脆弱性研究
发布时间：2021-07-23 01:13
随着智能电网的深入发展,电网传感器数量和决策单元数量大量增加,现代电力系统已发展为电力网与信息网关联融合的电力信息物理系统（Electrical Cyber Physical System,ECPS）。然而,先进的信息技术可能对电力系统带来潜在的负面影响,信息网中原有的各类安全风险可能被引入电力网并严重影响其安全性,复杂的交互机理会使得电力网由于一次事故而引发严重的连锁故障。基于以上背景,本文研究了电力信息物理系统建模技术、网络攻击的风险传播机制及网络攻击下系统的脆弱性评估问题。主要技术贡献包括以下三个方面:（1）基于直流潮流模型的电力信息物理系统建模方法。本文创新性的提出一种考虑通信传输过程的电力信息物理系统双层模型框架,以电网中一次设备:发电机、负荷和线路断路器作为电力网节点,建立电力网直流潮流模型;以传感器、执行器作为电力网和电力信息网的关联接口节点,针对系统中两种主要的信息-物理关联方式:监测功能和控制功能,建立上行/下行通信信道模型;据此,提出基于多特征关联的方法构建电力信息物理系统一体化数学模型,定量化表征了电力网与电力信息网间的关联关系。（2）电力信息物理系统中网络攻击的...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电力信息物理系统三层体系结构示意图
??借鉴图论思想，本章提出电力信息物理系统建模设计思路如图３．２所示，即??首先根据系统的主要设备和连接关系，分别抽象归纳得到电力信息网拓扑图和电??力网拓扑图；进而根据通信数据传输对应关系，确定两层网络间节点的互连关系。??电力物理网??图３．２电力信息物理系统建摸思路??基于电力“信息－物理”系统的分层结构，结合电力系统调度自动化的主要??设备和控制环节，电力物理网层面由典型的电力一次设备组成，包括发电机、变??压器、负荷、断路器等，用以表征电能的生产、传输和配用过程；电力信息网层??面主要由电厂、站ＲＴＵ及调度中心ＳＣＡＤＡ子系统组成，其主要功能是收集和??交换全系统的运行数据信息，监测系统的运行状态，以便于调度中心对电力系统??的全局控制。??考虑一个信息化程度较高的电力信息物理系统
传输方向为＃?—巧一Ｖｂ４?—?Ｖｐ。??基于图３．１的三层体系架构，本章提出电力信息物理系统的双层模型框架示??意图如图３．３所示。图３．３?Ｕ）中，电网户（０层为一个１０节点－５输电线的区域电??力系统，信息网层为与Ｐｗ节点—对应的１０从站通信节点－１调度节点的区??域调度中心。层间有向箭头虚线为上行下行通信信道，支持远动通信??协议（１ＥＣ?６１８７０－５）。层内双向箭头实线为站内数据传输信道，支持变电站??数据通信协议（ＩＥＣ?６１８５０）和计算机数据通信协议（ＩＥＣ?６１８７０－６）。Ｐ（ｆｃ）层内实??线为输配线路，节点间状态关系满足基尔霍夫电压、电流定律。图３．３（ｂ）为广??域互连的电力信息物理系统模型框架示意图，各区域电力系统通过省间输电??线相连，全网间潮流满足基尔霍夫定律；各区域信息网间采用高带宽、高可??靠性的光纤专网实现通信（图中双向粗实线）。??信道化／?、、、、、信道＾??（?｜执行器Ａｋ?Ｉ传感器ｓｋ?＼??（ａ）??４３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示[J]. 易俊,卜广全,郭强,习工伟,张剑云,屠竞哲. 电力系统自动化. 2019(02)
[2]考虑负荷虚假数据注入攻击的电力信息物理系统防御策略[J]. 王电钢,黄林,刘捷,吕磊,阮振,吕林. 电力系统保护与控制. 2019(01)
[3]新型配电自动化终端DTU模块化系统优化设计探讨[J]. 孙健琦,倪威中,陈敏. 数字通信世界. 2018(12)
[4]面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述[J]. 王琦,邰伟,汤奕,倪明. 自动化学报. 2019(01)
[5]基于复杂网络的电力通信网拓扑分析与优化[J]. 杨济海,彭汐单,巢玉坚. 计算机与数字工程. 2018(11)
[6]拒绝服务攻击下基于UKF的智能电网动态状态估计研究[J]. 李雪,李雯婷,杜大军,孙庆,费敏锐. 自动化学报. 2019(01)
[7]脆弱性研究进展:从理论研究到综合实践[J]. 杨飞,马超,方华军. 生态学报. 2019(02)
[8]基于攻击者视角的电力信息物理融合系统脆弱性分析[J]. 张殷,肖先勇,李长松. 电力自动化设备. 2018(10)
[9]电力信息物理融合系统结构脆弱性分析[J]. 谭阳红,罗研彬,谭鑫,蒋鹏. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[10]基于复杂网络的电力通信网扩容保护策略[J]. 李彬,张洁,陈宋宋,朱朝阳,景栋盛,祁兵. 电网技术. 2018(06)
博士论文
[1]电力信息物理系统通信网络性能分析及网络安全评估[D]. 叶夏明.浙江大学 2015
[2]基于复杂系统理论的连锁故障大停电研究[D]. 张宇栋.浙江大学 2013
[3]电力系统信息安全评估方法与安全通信机制[D]. 刘念.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3298284
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电力信息物理系统三层体系结构示意图
??借鉴图论思想，本章提出电力信息物理系统建模设计思路如图３．２所示，即??首先根据系统的主要设备和连接关系，分别抽象归纳得到电力信息网拓扑图和电??力网拓扑图；进而根据通信数据传输对应关系，确定两层网络间节点的互连关系。??电力物理网??图３．２电力信息物理系统建摸思路??基于电力“信息－物理”系统的分层结构，结合电力系统调度自动化的主要??设备和控制环节，电力物理网层面由典型的电力一次设备组成，包括发电机、变??压器、负荷、断路器等，用以表征电能的生产、传输和配用过程；电力信息网层??面主要由电厂、站ＲＴＵ及调度中心ＳＣＡＤＡ子系统组成，其主要功能是收集和??交换全系统的运行数据信息，监测系统的运行状态，以便于调度中心对电力系统??的全局控制。??考虑一个信息化程度较高的电力信息物理系统
传输方向为＃?—巧一Ｖｂ４?—?Ｖｐ。??基于图３．１的三层体系架构，本章提出电力信息物理系统的双层模型框架示??意图如图３．３所示。图３．３?Ｕ）中，电网户（０层为一个１０节点－５输电线的区域电??力系统，信息网层为与Ｐｗ节点—对应的１０从站通信节点－１调度节点的区??域调度中心。层间有向箭头虚线为上行下行通信信道，支持远动通信??协议（１ＥＣ?６１８７０－５）。层内双向箭头实线为站内数据传输信道，支持变电站??数据通信协议（ＩＥＣ?６１８５０）和计算机数据通信协议（ＩＥＣ?６１８７０－６）。Ｐ（ｆｃ）层内实??线为输配线路，节点间状态关系满足基尔霍夫电压、电流定律。图３．３（ｂ）为广??域互连的电力信息物理系统模型框架示意图，各区域电力系统通过省间输电??线相连，全网间潮流满足基尔霍夫定律；各区域信息网间采用高带宽、高可??靠性的光纤专网实现通信（图中双向粗实线）。??信道化／?、、、、、信道＾??（?｜执行器Ａｋ?Ｉ传感器ｓｋ?＼??（ａ）??４３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示[J]. 易俊,卜广全,郭强,习工伟,张剑云,屠竞哲. 电力系统自动化. 2019(02)
[2]考虑负荷虚假数据注入攻击的电力信息物理系统防御策略[J]. 王电钢,黄林,刘捷,吕磊,阮振,吕林. 电力系统保护与控制. 2019(01)
[3]新型配电自动化终端DTU模块化系统优化设计探讨[J]. 孙健琦,倪威中,陈敏. 数字通信世界. 2018(12)
[4]面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述[J]. 王琦,邰伟,汤奕,倪明. 自动化学报. 2019(01)
[5]基于复杂网络的电力通信网拓扑分析与优化[J]. 杨济海,彭汐单,巢玉坚. 计算机与数字工程. 2018(11)
[6]拒绝服务攻击下基于UKF的智能电网动态状态估计研究[J]. 李雪,李雯婷,杜大军,孙庆,费敏锐. 自动化学报. 2019(01)
[7]脆弱性研究进展:从理论研究到综合实践[J]. 杨飞,马超,方华军. 生态学报. 2019(02)
[8]基于攻击者视角的电力信息物理融合系统脆弱性分析[J]. 张殷,肖先勇,李长松. 电力自动化设备. 2018(10)
[9]电力信息物理融合系统结构脆弱性分析[J]. 谭阳红,罗研彬,谭鑫,蒋鹏. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[10]基于复杂网络的电力通信网扩容保护策略[J]. 李彬,张洁,陈宋宋,朱朝阳,景栋盛,祁兵. 电网技术. 2018(06)
博士论文
[1]电力信息物理系统通信网络性能分析及网络安全评估[D]. 叶夏明.浙江大学 2015
[2]基于复杂系统理论的连锁故障大停电研究[D]. 张宇栋.浙江大学 2013
[3]电力系统信息安全评估方法与安全通信机制[D]. 刘念.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3298284
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3298284.html
