基于状态观测器的智能电网信息物理攻击检测与分离研究

发布时间：2021-05-10 11:36

　　近年来,传统的电力系统与现代传感技术、控制技术、通信技术的深度融合逐渐形成电力信息物理系统-智能电网。然而,智能电网新的系统特性,如复杂性、智能性和开放性,使其容易遭受各种恶意信息物理攻击。与传统的信息攻击相比,信息物理攻击的特性体现在攻击者可以通过注入虚假数据导致检测残差变化却不超过检验阈值,进而可以规避从信号角度出发的检测方法。基于这一欺骗特性,信息物理攻击给当前基于信号处理的检测方法带来巨大挑战,如物理动态估计的准确性、先验阈值的取值和结构脆弱性下攻击不可检测的问题。因此,设计针对信息物理攻击的检测与分离机制对智能电网安全运行至关重要。基于此,结合控制论方法,本文开展了基于状态观测器的信息物理攻击检测与分离研究。本文主要研究工作如下:（1）针对智能电网中发电机端遭受偏置负载攻击的问题,提出了基于鲁棒自适应观测器的攻击检测与分离算法。首先,为减少攻击检测与分离的复杂度,提出基于拓扑结构的区域划分算法;然后,考虑攻击对发电机角频率的影响,建立物理动态电网模型,进而设计基于鲁棒自适应观测器的攻击检测算法;进一步设计自适应阈值替代传统先验阈值,提高对偏置负载攻击的检测性能;基于攻击区域内... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 信息物理攻击的研究现状
        1.2.2 信息物理攻击的检测与分离研究现状
        1.2.3 信息物理攻击检测与分离研究中存在的问题
    1.3 论文主要工作及内容安排
        1.3.1 论文主要工作
        1.3.2 内容安排
第2章 基于鲁棒自适应观测器的偏置负载攻击检测与分离研究
    2.1 引言
    2.2 系统模型与问题描述
        2.2.1 图论知识
        2.2.2 电网模型
        2.2.3 偏置负载攻击的特性
        2.2.4 问题描述和研究框架
    2.3 偏置负载攻击的检测与分离框架
        2.3.1 基于拓扑结构的区域划分
        2.3.2 基于鲁棒自适应观测器的攻击检测框架
        2.3.3 基于逻辑判断矩阵的攻击分离框架
    2.4 仿真验证
        2.4.1 电网子区域的划分
        2.4.2 攻击的检测及性能分析
        2.4.3 多个攻击的分离
    2.5 本章小结
第3章 基于分布式未知输入观测器的偏置负载攻击检测与分离研究
    3.1 引言
    3.2 系统模型与问题描述
        3.2.1 电网模型
        3.2.2 问题描述
    3.3 分布式偏置负载攻击的检测与分离
        3.3.1 非线性未知输入观测器的设计
        3.3.2 分布式自适应阈值设计
        3.3.3 分布式智能电网的局部攻击检测与分离框架
        3.3.4 分布式智能电网的全局攻击检测与分离框架
    3.4 仿真验证
        3.4.1 单个偏置负载攻击的检测及性能分析
        3.4.2 多个偏置负载攻击的检测与分离
    3.5 本章小结
第4章 基于奇异性区间观测器的隐蔽FDI攻击检测与分离研究
    4.1 引言
    4.2 系统模型与问题描述
        4.2.1 电网模型
        4.2.2 隐蔽FDI攻击的特性
        4.2.3 问题描述
    4.3 隐蔽FDI攻击的检测与分离方案
        4.3.1 奇异性区间观测设计
        4.3.2 基于区间观测器的全局攻击检测框架
        4.3.3 基于攻击特征矩阵的局部攻击分离框架
    4.4 仿真验证
        4.4.1 单个隐蔽FDI攻击的检测及性能分析
        4.4.2 多个隐蔽FDI攻击的检测与分离
    4.5 本章小结
第5章 基于未知输入区间观测器的隐蔽FDI攻击检测与分离研究
    5.1 引言
    5.2 系统模型与问题描述
        5.2.1 电网模型
        5.2.2 问题描述
    5.3 基于未知输入区间观测器的隐蔽FDI攻击检测与分离
        5.3.1 未知输入区间观测器的设计
        5.3.2 隐蔽FDI攻击的检测与分离框架
    5.4 仿真验证
        5.4.1 单个隐蔽FDI攻击的检测及性能分析
        5.4.2 多个隐蔽FDI攻击的检测与分离
    5.5 本章小结
第6章 基于分布式区间观测器的隐蔽FDI攻击检测与分离研究
    6.1 引言
    6.2 系统模型与问题描述
        6.2.1 电网模型
        6.2.2 问题描述
    6.3 分布式隐蔽FDI攻击检测与分离
        6.3.1 分布式区间观测器设计
        6.3.2 隐蔽FDI攻击的局部检测与分离框架
        6.3.3 隐蔽FDI攻击的全局检测与分离框架
    6.4 仿真验证
        6.4.1 单个隐蔽FDI攻击的检测及性能分析
        6.4.2 多个隐蔽FDI攻击的检测与分离
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[4]信息物理深度融合背景下综合能源系统可靠性分析评述[J]. 加鹤萍,丁一,宋永华,胡怡霜,尚楠,刘月琴.  电网技术. 2019(01)
[5]面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述[J]. 王琦,邰伟,汤奕,倪明.  自动化学报. 2019(01)
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[10]乌克兰停电事件引起的网络攻击与电网信息安全防范思考[J]. 童晓阳,王晓茹.  电力系统自动化. 2016(07)



本文编号：3179295