一种针对电–热综合能源系统经济调度的DoS最优攻击策略

发布时间：2021-11-22 05:11

　　近年来,随着电网智能化水平不断提高,具备灵活性高、兼顾信息隐私性和鲁棒性强等诸多优点的分布式经济调度方法受到了广泛关注。然而,这也极大增加了电力工业调度系统受到网络攻击的风险。在此背景下,该文研究考虑通信网络中存在随机拒绝服务（denial-of-service,DoS）攻击的电–热综合能源系统（integrated electrical and heating systems,IEHS）分布式经济调度问题（economic dispatch problem,EDP）。首先,对DoS攻击原理进行分析,并建立相应的DoS攻击模型。其次,针对现有的分布式经济调度算法,对其在不同DoS攻击场景下的性能表现和收敛条件进行完备的理论分析。而后,根据分析的结果,构建考虑有限攻击资源下的最优攻击策略模型,并提出一种穷举搜寻算法用于确定最终的攻击策略。最后,在39-32节点的IEHS仿真系统上验证对DoS攻击影响IEHS经济调度的理论分析的正确性和所提最优攻击策略求解算法的有效性。 

【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(21)北大核心EICSCD

【文章页数】：16 页

【部分图文】：

信息物理融合背景下的IEHS架构Fig.1IEHSarchitectureintheframeworkofCHP热热负荷热储能

6844中国电机工程学报第40卷图4通信拓扑受到DoS攻击后仍是连通图Fig.4CommunicationtopologyisstillconnectedgraphcausedbyDoSattacks定理1：在IEHS的通信拓扑仍然保持连通的DoS攻击情形下，如果学习增益足够小，此时算法式(25)—(27)可以收敛到稳定点，且收敛结果对应优化问题式(1)—(10)的最优解，即收敛结果满足优化问题的KKT条件，收敛结果具体表示为()ik，()iPkP，()0iyk，当k，其中，T[,]ph*λ和T[,,,]PCCHpphh*P分别表示理想通信条件下的IEHS增量成本和电–热出力的最优解，对应可得到IEHS的最小运行成本。定理1的证明过程见附录A。通过以上分析可得，对于DoS攻击下通信网络仍保持连通的情形，通过算法式(25)—(27)得到的IEHS经济调度结果与理想通信条件下得到的结果一致，这意味着此类攻击不能造成IEHS经济性能的下降。因此当DoS攻击的意图是破坏系统经济性能时，攻击者并不倾向于采取此类攻击。2.3受到DoS攻击后是非连通图如果DoS攻击者将攻击资源集中于阻塞一个智能体的所有通信链路，则将阻止该智能体与其邻居进行通信，认为该智能体从通信网络中被隔离。以包含5个多智能体的通信拓扑图为例，这类型攻击场景如图5所示。图5通信拓扑受到DoS攻击后是非连通图Fig.5CommunicationtopologyisdisconnectedgraphcausedbyDoSattacks由于此类攻击情形下被隔离的智能体节点的出度和入度都为0，A(k)会出现全为0的行和列。为了便于分析，此时对A(k)进行降维，移除全为0的行和列，将其转化为矩阵A′(k)

分析可得，对于DoS攻击下通信网络仍保持连通的情形，通过算法式(25)—(27)得到的IEHS经济调度结果与理想通信条件下得到的结果一致，这意味着此类攻击不能造成IEHS经济性能的下降。因此当DoS攻击的意图是破坏系统经济性能时，攻击者并不倾向于采取此类攻击。2.3受到DoS攻击后是非连通图如果DoS攻击者将攻击资源集中于阻塞一个智能体的所有通信链路，则将阻止该智能体与其邻居进行通信，认为该智能体从通信网络中被隔离。以包含5个多智能体的通信拓扑图为例，这类型攻击场景如图5所示。图5通信拓扑受到DoS攻击后是非连通图Fig.5CommunicationtopologyisdisconnectedgraphcausedbyDoSattacks由于此类攻击情形下被隔离的智能体节点的出度和入度都为0，A(k)会出现全为0的行和列。为了便于分析，此时对A(k)进行降维，移除全为0的行和列，将其转化为矩阵A′(k)，从而得到矩阵M′(k)，N′(k)，Z′和B′(pC,hC)。在此类攻击场景下，智能体可以被分为两类：表现良好的智能体和表现异常的智能体。定义An(k)V为通信网络中表现异常的智能体，表示由于受到DoS攻击而被隔离的智能体，Nn(k)|An(k)|为表现异常的智能体数目。表现异常的智能体在恢复机制发生作用将其重新接入通信网络之前，其状态信息无法再进行更新和传递，其对应的机组出力保持不变。评注1：智能体因受到DoS攻击而从通信网络中被隔离并不意味着其对应的机组停止功率输出，它将继续供应本地负荷需求，因为隔离智能体的攻击动作只发生在通信层，实际进行供能的机组所处的物理层拓扑不会由于网络攻击的发生而改变。在此种情况下，IEH

【参考文献】：
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本文编号：3511007