【摘 要】
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在现代电力系统中,网络部分与物理部分的连接越来越紧密,耦合越来越深入,而电力信息物理系统(Cyber-Physical Power Systems,简称CPPS)可以准确地描述现代电网的动态过程。电力通信网作为电力工业控制系统的专用网络,具有安全分区、网络专用性、水平隔离和垂直认证等特点。然而,在CPPS中,网络部分和物理部分是深度耦合并相互作用的,容易受到内部故障和外部攻击的影响。攻击者很容易利
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目,61873057,2019/01-2022/12,基于信息物理系统的微电网安全控制:连锁故障与虚假数据攻击；
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在现代电力系统中,网络部分与物理部分的连接越来越紧密,耦合越来越深入,而电力信息物理系统（Cyber-Physical Power Systems,简称CPPS）可以准确地描述现代电网的动态过程。电力通信网作为电力工业控制系统的专用网络,具有安全分区、网络专用性、水平隔离和垂直认证等特点。然而,在CPPS中,网络部分和物理部分是深度耦合并相互作用的,容易受到内部故障和外部攻击的影响。攻击者很容易利用这些特征攻击CPPS,从而控制甚至破坏整个电网,这种现象现在已经被广泛观察到。综合分析上述问题,提出了针对遭受虚假数据攻击的CPPS模型、基于观测器的CPPS安全状态估计、攻击重构以及攻击防御策略等安全解决方案。首先,基于电力系统的经典小信号模型,并利用发电机转子角度,频率等运行参数,建立了CPPS系统模型。在正常运行的系统中注入虚假数据攻击,有针对性的对发电机参数进行篡改,使系统的运行状态受到干扰,在此基础上分析了攻击对整个电网系统造成的实际影响;其次,基于上述受攻击的CPPS模型,提出了基于鲁棒滑模观测器以及中间观测器理论的受攻击CPPS安全状态估计与攻击重构方法,通过建立适当的李雅普诺夫函数,进行稳定性分析证明观测器理论的有效性,最终通过观测器实现了对受攻击CPPS的安全状态估计以及攻击重构;最后,在前面完成的受攻击CPPS建模以及观测器理论得到的安全状态估计数据的基础上,提出了一种满足最优经济调度的攻击方防御策略,通过调节未受攻击的发电机有功功率使系统恢复功率的供需平衡,并完成新的潮流分布。以上理论均通过IEEE 9节点电网系统进行仿真验证。
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