随着智能电网的发展,传统电力系统正由单一物理电网逐步演化为电力信息网与物理电网相融合的电力信息物理系统(Cyber physical power system,CPPS)。电力信息网的引入在提升电力自动化水平、减少人工操作失误、提高社会生产效率的同时,给智能电网安全带来的威胁也不容小觑:电力信息网中原有的脆弱因素也可能随着系统的融合被引入。经过对多起事故的调查发现,攻击者可通过电子邮件或U盘等移动设备的形式突破CPPS的防御,直接攻击电力信息网,窃取商业机密信息,干涉电力信息物理系统的正常运行,导致大停电事故。信息系统故障将会给电力运行的安全造成严重威胁,成为大停电的主要原因之一。此外物理电网或电力信息网的故障有可能通过相依关系波到对方网络,产生相互之间的连锁故障,从而影响电力信息物理系统的安全运行。基于以上背景,本文从复杂网络的视角出发,基于电力潮流模型,建立电力信息物理系统的故障模型,分析电力信息网的关键环节,并对电力信息物理系统的风险进行量化评估,进而分析电力信息物理系统的脆弱性。主要的研究工作如下:(1)首先总结了目前电力信息物理系统国内外的研究现状。对电力信息物理系统的脆弱性、关键节点辨识及风险评估等方面的研究及应用进行全面介绍。并针对复杂网络理论、系统的建模及失效机制、潮流计算以及协同信息攻击四个方面的基本理论进行了详细阐述,为后文研究提供理论依据。(2)针对电力信息物理系统中电力信息网故障问题,基于电力信息物理系统的网络模型,在电力特性的基础上综合考虑了潮流转移指数,故障潮流分布指数以及对系统安全的影响这三个指标来评价物理电网中的关键线路。将电力线路的关键度指标转化为节点的关键度,作为电力信息网监控系统的功能属性。结合电力信息网耦合节点的功能属性对信息节点的综合关键度进行定义。通过对IEEE57节点系统的脆弱性进行评估,发现高综合关键度信息节点故障会造成更大的负荷损失。因此综合关键度指标可有效识别电力信息网的关键环节。此关键度辨识方法对于电力系统在脆弱性分析及防御资源分配中具有一定的意义。(3)电力信息网中的设备发生机械故障、网络攻击或者操作失误时,都会对电力信息物理系统的安全造成威胁,并且在攻击者进行蓄意时,往往会选择多个关键节点实施攻击,以提高攻击成功率,扩大事故范围。因此,基于协同信息攻击提出了一种CPPS风险评估方法。在分析信息攻击对物理电网的破坏机制与攻击者攻击的薄弱环节的基础上,从攻击者攻击资源分配的角度提出了协同信息攻击的概率表达式。综合考虑信息攻击的成功率与攻击造成的系统损失,给出了基于协同信息攻击的CPPS风险计算公式,对评估系统风险,确定CPPS的脆弱性。