隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn),電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度迅速提高,呈現(xiàn)出傳感設(shè)備越來(lái)越多、網(wǎng)絡(luò)連接越來(lái)越廣泛的發(fā)展趨勢(shì),這極大的提高了電網(wǎng)的態(tài)勢(shì)感知能力、控制實(shí)時(shí)性與靈活性。然而,電網(wǎng)中物理系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的緊密耦合也使電網(wǎng)面臨嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅。本文以電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)及其應(yīng)用中的數(shù)據(jù)注入攻擊為研究對(duì)象,從攻擊特性分析入手,挖掘電網(wǎng)具體應(yīng)用場(chǎng)景中的特定攻擊目標(biāo)、攻擊構(gòu)造過程中的拓?fù)湫畔⒓s束和攻擊向量/矩陣的結(jié)構(gòu)稀疏性。利用攻擊者的特定攻擊目標(biāo)、拓?fù)湫畔⒓s束和攻擊的稀疏性,本文從攻擊入侵阻止、攻擊檢測(cè)與辨識(shí)和攻擊響應(yīng)機(jī)制三個(gè)層面,設(shè)計(jì)系統(tǒng)安全防護(hù)方法,降低安全防護(hù)成本,增強(qiáng)對(duì)攻擊的檢測(cè)、辨識(shí)能力和電網(wǎng)的抗毀性。首先,針對(duì)基于測(cè)量集合防護(hù)的入侵阻止防護(hù)方法中所需保護(hù)的傳感器個(gè)數(shù)過多,防護(hù)成本過大的問題,提出攻擊者“激勵(lì)消除”的測(cè)量節(jié)點(diǎn)防護(hù)方法,設(shè)計(jì)低成本的攻擊入侵阻止防護(hù)方案�；赟tackelberg博弈架構(gòu),分析防御者-攻擊者-系統(tǒng)三者之間的交互關(guān)系,設(shè)計(jì)測(cè)量節(jié)點(diǎn)保護(hù)的啟發(fā)式搜索算法,在不降低安全防護(hù)性能的前提下,減少所需要保護(hù)的傳感器個(gè)數(shù),降低安全防護(hù)成本。其次,由于現(xiàn)有移動(dòng)目標(biāo)防御策略缺乏對(duì)攻擊檢測(cè)與辨識(shí)概率與電網(wǎng)配置參數(shù)切換之間關(guān)聯(lián)的分析,導(dǎo)致現(xiàn)有檢測(cè)方法的攻擊檢測(cè)概率較低。本文構(gòu)造測(cè)量矩陣切換下的隱秘?cái)?shù)據(jù)注入攻擊模型,給出可用于計(jì)算的攻擊檢測(cè)和辨識(shí)條件�；谧畲笾染仃囇a(bǔ)充方法,設(shè)計(jì)傳輸線電抗切換策略,在不顯著增加電網(wǎng)運(yùn)行成本的前提下,顯著提高對(duì)原有隱秘?cái)?shù)據(jù)注入攻擊的檢測(cè)和辨識(shí)能力。第三,由于現(xiàn)有系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)方法依賴于固定位置攻擊假設(shè),在切換位置的數(shù)據(jù)注入攻擊中上述方法對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的恢復(fù)效果過于保守。本文構(gòu)造基于結(jié)構(gòu)稀疏性的攻擊矩陣稀疏模型,分析系統(tǒng)狀態(tài)可恢復(fù)條件,從理論上證明了切換位置攻擊中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)恢復(fù)方法相對(duì)于現(xiàn)有固定位置狀態(tài)恢復(fù)和靜態(tài)狀態(tài)恢復(fù)方法的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)基于稀疏數(shù)據(jù)恢復(fù)的系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)恢復(fù)方法,從被篡改的測(cè)量中恢復(fù)出系統(tǒng)真實(shí)狀態(tài),增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)切換位置攻擊的抵抗力。通過研究電網(wǎng)數(shù)據(jù)注入攻擊中的測(cè)量節(jié)點(diǎn)防護(hù)、攻擊檢測(cè)與辨識(shí)以及系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)恢復(fù)方法,能夠有效降低攻擊入侵阻止的防護(hù)成本,增強(qiáng)對(duì)攻擊的檢測(cè)和辨識(shí)能力,并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊的自動(dòng)響應(yīng),保證攻擊下電網(wǎng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM76;TP393.08
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)攻擊防護(hù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅分類
        1.2.2 數(shù)據(jù)注入攻擊防護(hù)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 數(shù)據(jù)注入攻擊防護(hù)研究中存在的問題
    1.3 本文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排
第二章 電網(wǎng)數(shù)據(jù)注入攻擊特性分析
    2.1 電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)及相關(guān)應(yīng)用
        2.1.1 電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)
        2.1.2 實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)
    2.2 電網(wǎng)數(shù)據(jù)注入攻擊分析
        2.2.1 數(shù)據(jù)注入攻擊
        2.2.2 攻擊特性分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 面向電力市場(chǎng)應(yīng)用的攻擊建模與入侵阻止
    3.1 引言
    3.2 問題描述
        3.2.1 數(shù)據(jù)注入攻擊中的安全限制經(jīng)濟(jì)調(diào)度
        3.2.2 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)注入攻擊
    3.3 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)注入攻擊分析
        3.3.1 攻擊者-系統(tǒng)Stackelberg博弈
        3.3.2 攻擊者-系統(tǒng)博弈分析
        3.3.3 攻擊者-系統(tǒng)博弈平衡點(diǎn)存在性
    3.4 魯棒的測(cè)量節(jié)點(diǎn)防護(hù)策略設(shè)計(jì)
        3.4.1 防御者-攻擊者-系統(tǒng)博弈描述
        3.4.2 三層博弈最優(yōu)解存在性
        3.4.3 三層博弈求解算法
    3.5 數(shù)值仿真
        3.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置
        3.5.2 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)注入攻擊影響仿真
        3.5.3 基于魯棒“激勵(lì)消除”的測(cè)量節(jié)點(diǎn)防護(hù)仿真
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于拓?fù)湫畔⒓s束屬性的攻擊檢測(cè)與辨識(shí)
    4.1 引言
    4.2 問題描述
        4.2.1 測(cè)量矩陣改變下數(shù)據(jù)注入攻擊模型
        4.2.2 柔性輸電系統(tǒng)中的阻抗切換機(jī)制
        4.2.3 阻抗切換與電網(wǎng)運(yùn)行成本關(guān)聯(lián)模型
    4.3 攻擊可檢測(cè)與可辨識(shí)性分析
        4.3.1 攻擊檢測(cè)與辨識(shí)的通用條件
        4.3.2 檢測(cè)與辨識(shí)等效通用條件中的拓?fù)浜蛡鞲衅饕?br>        4.3.3 部分攻擊的檢測(cè)與辨識(shí)條件
    4.4 電抗切換優(yōu)化與監(jiān)控器設(shè)計(jì)
        4.4.1 電抗切換機(jī)制優(yōu)化
        4.4.2 攻擊檢測(cè)與辨識(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)
    4.5 數(shù)值仿真
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于攻擊結(jié)構(gòu)稀疏性的系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)恢復(fù)
    5.1 引言
    5.2 問題描述
        5.2.1 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型
        5.2.2 非零子行稀疏模型
        5.2.3 非零元素稀疏模型
    5.3 系統(tǒng)狀態(tài)可恢復(fù)性分析
        5.3.1 狀態(tài)可恢復(fù)條件
        5.3.2 可恢復(fù)上界與恢復(fù)時(shí)間關(guān)聯(lián)
    5.4 系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)恢復(fù)器設(shè)計(jì)
        5.4.1 非零子行稀疏攻擊矩陣恢復(fù)
        5.4.2 非零元素稀疏攻擊矩陣恢復(fù)
    5.5 數(shù)值仿真
        5.5.1 電力系統(tǒng)仿真
        5.5.2 隨機(jī)系統(tǒng)仿真
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 課題研究展望
附錄A IEEE 14-節(jié)點(diǎn)和30-節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量與偏移因子矩陣
    A.1 IEEE 14-節(jié)點(diǎn)和30-節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量矩陣
    A.2 IEEE 14-節(jié)點(diǎn)和30-節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)中偏移因子矩陣
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表/在審的學(xué)術(shù)論文
攻讀學(xué)位期間參與的項(xiàng)目

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 萬(wàn)明;;工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全測(cè)試與防護(hù)技術(shù)趨勢(shì)[J];自動(dòng)化博覽;2014年09期

2 宋巖;王天然;徐皚冬;楊志家;王鎧;;控制系統(tǒng)Safe-Sec安全通信方法研究[J];自動(dòng)化儀表;2013年11期

3 蔡銘;謝曉玲;王雪暢;顏峻;;智能電網(wǎng)脆弱性分析及對(duì)策研究[J];信息工程大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

4 夏秦;王志文;盧柯;;入侵檢測(cè)系統(tǒng)利用信息熵檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)攻擊的方法[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

5 高會(huì)生;戴雪嬌;劉柳;;變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信安全性評(píng)估[J];電力系統(tǒng)通信;2012年02期

6 陳杰;高會(huì)生;;電力通信網(wǎng)運(yùn)行方式建模[J];電力系統(tǒng)通信;2011年10期

本文編號(hào)：2859335