隨著電力物理網(wǎng)絡(luò)與電力信息網(wǎng)絡(luò)的深入交互,電力信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical Power System,CPPS)已逐步形成。CPPS中大量監(jiān)視和控制設(shè)備的使用及信息的實(shí)時(shí)傳輸,能更精確地對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與控制。但也帶來了新的問題,單一網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊可能在CPPS的交互影響下引發(fā)大規(guī)模連鎖故障,導(dǎo)致大停電事故的發(fā)生。因此,本文對(duì)提出電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法,根據(jù)物理網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)耦合得到相應(yīng)信息節(jié)點(diǎn),建立信息網(wǎng)增設(shè)虛擬節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)安全防護(hù)策略,協(xié)同攻擊下CPPS的攻防博弈分析角度進(jìn)行研究。具體研究工作如下:為識(shí)別CPPS重要物理節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信息節(jié)點(diǎn),以針對(duì)性地增強(qiáng)其安全性,提出CPPS電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法。綜合考慮電力物理網(wǎng)絡(luò)在度、介數(shù)和結(jié)構(gòu)洞方面的結(jié)構(gòu)特性,和基于電力網(wǎng)絡(luò)等效阻抗的電能傳輸效率、電氣介數(shù)、電氣耦合連接特性,以泰勒熵系數(shù)和肯德爾系數(shù)為客觀權(quán)重,以層次分析法的專家判斷為主觀依據(jù),得到綜合權(quán)重,結(jié)合改進(jìn)TOPSIS算法對(duì)節(jié)點(diǎn)重要度進(jìn)行評(píng)估。以IEEE-39系統(tǒng)為例,在拓?fù)渖弦宰畲筮B通子圖為指標(biāo),電氣特性以負(fù)荷損失比為指標(biāo)分別進(jìn)行抗毀性仿真,驗(yàn)證本章方法的準(zhǔn)確性和有效性,為后續(xù)進(jìn)行CPPS重要物理節(jié)點(diǎn)所耦合對(duì)應(yīng)的信息節(jié)點(diǎn)增設(shè)虛擬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全防護(hù)打下基礎(chǔ)。在電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上,提出一種對(duì)物理重要節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的信息節(jié)點(diǎn)增設(shè)虛擬節(jié)點(diǎn)的CPPS主動(dòng)安全防護(hù)方法。首先,將電力信息網(wǎng)絡(luò)分為接入、骨干層和核心層,考慮調(diào)度中心具備后備電源的自治特性,基于電力網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系采用“部分一對(duì)一”耦合方式,建立信息網(wǎng)絡(luò)雙星結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)兩種相依網(wǎng)絡(luò)模型。然后,建立CPPS網(wǎng)間節(jié)點(diǎn)交互影響下的連鎖故障模型,針對(duì)不同虛擬節(jié)點(diǎn)防護(hù)方法,根據(jù)不同攻擊方式(CPPS中信息網(wǎng)節(jié)點(diǎn)度排序、第二章電力物理網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)耦合關(guān)系找到對(duì)應(yīng)的信息節(jié)點(diǎn))進(jìn)行連鎖故障仿真,對(duì)得到的停電事故序列進(jìn)行冪律函數(shù)擬合,評(píng)估得出在惡意攻擊下,最經(jīng)濟(jì)有效的虛擬節(jié)點(diǎn)防護(hù)方法是對(duì)物理網(wǎng)排序前十節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信息節(jié)點(diǎn)、核心層、骨干層節(jié)點(diǎn)按照1:1增設(shè)虛擬節(jié)點(diǎn)。提出一種非合作博弈方式模擬協(xié)同攻擊攻防博弈,并建立信息-物理協(xié)同攻擊的CPPS攻防動(dòng)態(tài)博弈模型。模型中采用最優(yōu)減負(fù)荷方法,來衡量不同類型攻擊對(duì)電力物理網(wǎng)絡(luò)的影響。使用IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,評(píng)估方法的有效性,并在不同的資源限制下推導(dǎo)出相應(yīng)最優(yōu)的防御資源分配策略,即納什均衡策略。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM73
【部分圖文】：

圖 1.1 電力信息物理系統(tǒng)交互影響示意圖近年來，大停電事故時(shí)有發(fā)生，研究人員通過對(duì)歷年來電力事故的原因進(jìn)行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)：信息網(wǎng)絡(luò)故障或失效在電力系統(tǒng)事故中扮演重要角色，如表1.1 所示。例如：2003 年意大利大停電，是由雷擊引發(fā)的調(diào)度系統(tǒng)原始故障導(dǎo)致物理和信息網(wǎng)絡(luò)的連鎖故障[5]；2003 年北美一條高壓電纜發(fā)生短路故障，由于SCADA 軟件系統(tǒng) bug 而導(dǎo)致控制室對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況失察，發(fā)電廠出于保護(hù)電機(jī)設(shè)備需要，應(yīng)急系統(tǒng)啟動(dòng)關(guān)閉了發(fā)電機(jī)組，導(dǎo)致北美和加拿大南部 5000 萬人受災(zāi)的大停電事故[6]；2004 年羅馬大停電，由于通信機(jī)房進(jìn)水失效，引發(fā)調(diào)度中心之間的通信失聯(lián)，進(jìn)而導(dǎo)致了停電事故[7]。2007 年由于減載程序被意外激活導(dǎo)致了美國(guó)南加州和亞利桑那州 140 萬人受災(zāi)的大停電事故。2008 年中國(guó)南方發(fā)生冰災(zāi)事故，多省通信光纜中斷，導(dǎo)致調(diào)度優(yōu)化無法進(jìn)行[8]。2011 年爆發(fā)的“Stuxnet”病毒通過攻擊控制離心機(jī)的可編程控制器引發(fā)離心機(jī)故障，嚴(yán)重破壞伊朗的核工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施[9]。2015 年 12 月 23 日，惡意軟件攻擊烏克蘭某調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)，蓄意下達(dá)斷電指令，導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備停機(jī)，引發(fā)烏克蘭大范圍停電[10]。

9圖 1.2 內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖第三章，研究電力信息網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)安全防護(hù)方法。首先在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，建立符合實(shí)際情況的電力信息物理系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ�，其中電力信息網(wǎng)絡(luò)考慮雙

點(diǎn)的正、負(fù)理想方案的距離，進(jìn)而求節(jié)點(diǎn)的相對(duì)逼近度。步驟 6：計(jì)算電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的相對(duì)逼近度iii iDFD D 與理想方案的相對(duì)逼近度的取值范圍為[0,1]，逼近度越靠近；反之，逼近度越靠近 0 說明該節(jié)點(diǎn)越不重要。步驟 7：重要度節(jié)點(diǎn)排序各節(jié)點(diǎn)的相對(duì)逼近度大小，對(duì)電網(wǎng)的重要度節(jié)點(diǎn)排序，從而估結(jié)果。。例分析選用 IEEE-39 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為算例系統(tǒng)，來驗(yàn)證評(píng)估方法的有 3 所示，該系統(tǒng)內(nèi)含 39 節(jié)點(diǎn)，其中 10 個(gè)發(fā)電節(jié)點(diǎn)，18 個(gè)點(diǎn)，11 個(gè)變壓器節(jié)點(diǎn)，46 條線路，電壓等級(jí)為 345kV。
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本文編號(hào)：2840252