随着信息和通信技术等在电力系统中的大规模应用，现代电力系统已发展成为一个复杂的信息-物理融合系统。然而，当前电力系统运行面临一个巨大的挑战——针对信息物理系统的攻击，尤其是信息攻击和物理攻击相配合的协同攻击，严重威胁电力系统的可靠、安全运行。因此，对信息-物理协同攻击进行数学建模和分析，提出有效的防御性规划方案，并将其与常规规划相结合，以得到更科学的规划方案，为规划人员提供更科学的决策依据，具有重要的理论意义和工程价值。
　　本文受国家杰出青年科学基金项目（51725701）资助，围绕信息-物理协同攻击建模、基于发输电扩展的防御性规划建模、防御性-常规协调规划建模等进行了研究，主要研究内容如下：
　　为了准确量化和评估信息-物理协同攻击对电力系统的影响，本文基于信息物理融合系统背景，从攻击人员视角出发建立了双层信息-物理协同攻击优化模型。上层模型为攻击人员的攻击行为模型，目标函数为攻击导致的削负荷最大。下层模型为运行人员的优化调度行为模型，目标函数为使得系统削负荷最小。模型涉及损坏系统输电容量和发电容量充裕度的传统物理攻击以及恶意篡改测量数据的负荷重分配（Load redistribution,LR）信息攻击，同时也考虑了协同攻击避免形成孤岛的机制。在该双层模型求解中，运用Karush–Kuhn–Tucker（KKT）条件将双层模型变换为单层优化模型，应用Gurobi工具箱进行求解。基于IEEE RTS-79测试系统进行了攻击效果分析。结果表明，本文所提的信息-物理攻击方式能取得更好的攻击效果。
　　为了对协同攻击进行有效地防御，基于发输电系统扩展规划提出了一个应对信息-物理协同攻击的三层防御性鲁棒规划模型。建模过程中，上层模型站在电网规划人员的角度，使规划系统遭受攻击后的削负荷量最小，并考虑了线路虚假潮流可能导致的过载问题；中层模型站在攻击者的角度，针对上层模型确定的规划方案，以攻击导致的削负荷最大为目标，生成最优信息-物理协同攻击方案；下层模型站在系统运行人员的角度，针对中层模型确定的最优协同攻击方案，通过系统优化运行应对，使得系统的削负荷最小。模型求解过程中，通过列约束生成（Column and constraint generation,C&CG）方法把三层防御性规划模型拆分成主问题模型和子问题模型，然后相互迭代计算收敛的最优解。基于改进IEEE RTS-79测试系统进行算例分析，探讨发输电系统扩展规划的防御效果。结果表明，本文所提防御性规划策略能够有效应对协同攻击。
　　为了完善扩展规划策略，配合防御性规划提出了一个三层协调的防御性-常规鲁棒优化规划模型。考虑了常规规划的要求和未来可能遭受的信息-物理协同攻击，同时也计及了规划周期内负荷、可再生能源机组出力的不确定性。上层模型站在电网规划人员的角度，确定发输电扩展和风电机组扩展方案，使规划周期内的总成本最小，考虑了规划系统正常情况和最恶劣运行场景下规划系统的真实情况两种运行场景；中层模型筛选出使得上层模型确定的规划系统削负荷最大的运行场景，考虑了攻击人员、负荷和风电出力的不确定性；下层模型基于运行人员的角度，对规划系统在最恶劣运行场景下进行最优调度，使得系统损失最小。通过C&CG算法对协调规划模型进行求解。对含风电机组的IEEE RTS-79系统展开了算例测试，比较分析各个规划策略的结果。结果表明，本文所提的协调规划策略在应对未来不确定性所带来的扰动时效果更佳。