电力信息物理系统网络攻击及故障缓解策略研究

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现代电力系统中含有大量的信息设备,这些网络设备的主要功能是监控、控制和保护物理网络。信息与物理网络的相互依赖使现代电力系统成为典型的信息物理系统,即电力信息物理系统(Cyber Physical Power System,CPPS)。但是,CPPS中的信息层在提高电源质量的同时带来了新的不确定性。信息层发生意外故障可能会导致物理层的可观测性和控制性丧失,从而使CPPS面临极大的风险。因此,本文主要研究信息层受到攻击时CPPS所表现出的脆弱性,并采用一些策略以缓解CPPS的级联故障,具体内容如下:考虑相互依赖模型方式构建CPPS,将信息层的故障表示为电网层潮流的变化,基于潮流变化提出功率脆弱性指标和电压脆弱性指标,研究在对信息节点进行攻击后,CPPS的脆弱性指标变化规律。发现对功率和电压的扰动能够影响CPPS的脆弱性,攻击信息节点能够使CPPS产生级联故障,引起功率脆弱性指标与电压脆弱性指标的波动,使剩余负荷比例与存活节点率下降。提出了三种缓解策略,一种是对传统的直流潮流模型进行优化的直流最优潮流缓解策略,一种是对负荷进行削减的减载缓解策略,另一种是可以保持剩余负荷比例接近最大可能值的负荷控制缓解策略。测试了负荷控制缓解策略在不同负荷系数、信息网相互依赖度数和电网相互依赖度数的变化下剩余负荷比例的变化情况。研究表明,负荷控制缓解策略能够最大程度的缓解级联故障,且负荷系数对剩余负荷比例的影响较大,信息网相互依赖程度数的变化对CPPS脆弱性的影响比电网相互依赖程度数的变化对CPPS脆弱性的影响大。
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