近年來,隨著電網(wǎng)智能化水平不斷提高,具備靈活性高、兼顧信息隱私性和魯棒性強(qiáng)等諸多優(yōu)點的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法受到了廣泛關(guān)注。然而,這也極大增加了電力工業(yè)調(diào)度系統(tǒng)受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險。在此背景下,該文研究考慮通信網(wǎng)絡(luò)中存在隨機(jī)拒絕服務(wù)（denial-of-service,DoS）攻擊的電–熱綜合能源系統(tǒng)（integrated electrical and heating systems,IEHS）分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題（economic dispatch problem,EDP）。首先,對DoS攻擊原理進(jìn)行分析,并建立相應(yīng)的DoS攻擊模型。其次,針對現(xiàn)有的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法,對其在不同DoS攻擊場景下的性能表現(xiàn)和收斂條件進(jìn)行完備的理論分析。而后,根據(jù)分析的結(jié)果,構(gòu)建考慮有限攻擊資源下的最優(yōu)攻擊策略模型,并提出一種窮舉搜尋算法用于確定最終的攻擊策略。最后,在39-32節(jié)點的IEHS仿真系統(tǒng)上驗證對DoS攻擊影響IEHS經(jīng)濟(jì)調(diào)度的理論分析的正確性和所提最優(yōu)攻擊策略求解算法的有效性。 

【文章來源】：中國電機(jī)工程學(xué)報. 2020,40(21)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：16 頁

【部分圖文】：

信息物理融合背景下的IEHS架構(gòu)Fig.1IEHSarchitectureintheframeworkofCHP熱熱負(fù)荷熱儲能

6844中國電機(jī)工程學(xué)報第40卷圖4通信拓?fù)涫艿紻oS攻擊后仍是連通圖Fig.4CommunicationtopologyisstillconnectedgraphcausedbyDoSattacks定理1：在IEHS的通信拓?fù)淙匀槐３诌B通的DoS攻擊情形下，如果學(xué)習(xí)增益足夠小，此時算法式(25)—(27)可以收斂到穩(wěn)定點，且收斂結(jié)果對應(yīng)優(yōu)化問題式(1)—(10)的最優(yōu)解，即收斂結(jié)果滿足優(yōu)化問題的KKT條件，收斂結(jié)果具體表示為()ik，()iPkP，()0iyk，當(dāng)k，其中，T[,]ph*λ和T[,,,]PCCHpphh*P分別表示理想通信條件下的IEHS增量成本和電–熱出力的最優(yōu)解，對應(yīng)可得到IEHS的最小運行成本。定理1的證明過程見附錄A。通過以上分析可得，對于DoS攻擊下通信網(wǎng)絡(luò)仍保持連通的情形，通過算法式(25)—(27)得到的IEHS經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果與理想通信條件下得到的結(jié)果一致，這意味著此類攻擊不能造成IEHS經(jīng)濟(jì)性能的下降。因此當(dāng)DoS攻擊的意圖是破壞系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能時，攻擊者并不傾向于采取此類攻擊。2.3受到DoS攻擊后是非連通圖如果DoS攻擊者將攻擊資源集中于阻塞一個智能體的所有通信鏈路，則將阻止該智能體與其鄰居進(jìn)行通信，認(rèn)為該智能體從通信網(wǎng)絡(luò)中被隔離。以包含5個多智能體的通信拓?fù)鋱D為例，這類型攻擊場景如圖5所示。圖5通信拓?fù)涫艿紻oS攻擊后是非連通圖Fig.5CommunicationtopologyisdisconnectedgraphcausedbyDoSattacks由于此類攻擊情形下被隔離的智能體節(jié)點的出度和入度都為0，A(k)會出現(xiàn)全為0的行和列。為了便于分析，此時對A(k)進(jìn)行降維，移除全為0的行和列，將其轉(zhuǎn)化為矩陣A′(k)

分析可得，對于DoS攻擊下通信網(wǎng)絡(luò)仍保持連通的情形，通過算法式(25)—(27)得到的IEHS經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果與理想通信條件下得到的結(jié)果一致，這意味著此類攻擊不能造成IEHS經(jīng)濟(jì)性能的下降。因此當(dāng)DoS攻擊的意圖是破壞系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能時，攻擊者并不傾向于采取此類攻擊。2.3受到DoS攻擊后是非連通圖如果DoS攻擊者將攻擊資源集中于阻塞一個智能體的所有通信鏈路，則將阻止該智能體與其鄰居進(jìn)行通信，認(rèn)為該智能體從通信網(wǎng)絡(luò)中被隔離。以包含5個多智能體的通信拓?fù)鋱D為例，這類型攻擊場景如圖5所示。圖5通信拓?fù)涫艿紻oS攻擊后是非連通圖Fig.5CommunicationtopologyisdisconnectedgraphcausedbyDoSattacks由于此類攻擊情形下被隔離的智能體節(jié)點的出度和入度都為0，A(k)會出現(xiàn)全為0的行和列。為了便于分析，此時對A(k)進(jìn)行降維，移除全為0的行和列，將其轉(zhuǎn)化為矩陣A′(k)，從而得到矩陣M′(k)，N′(k)，Z′和B′(pC,hC)。在此類攻擊場景下，智能體可以被分為兩類：表現(xiàn)良好的智能體和表現(xiàn)異常的智能體。定義An(k)V為通信網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)異常的智能體，表示由于受到DoS攻擊而被隔離的智能體，Nn(k)|An(k)|為表現(xiàn)異常的智能體數(shù)目。表現(xiàn)異常的智能體在恢復(fù)機(jī)制發(fā)生作用將其重新接入通信網(wǎng)絡(luò)之前，其狀態(tài)信息無法再進(jìn)行更新和傳遞，其對應(yīng)的機(jī)組出力保持不變。評注1：智能體因受到DoS攻擊而從通信網(wǎng)絡(luò)中被隔離并不意味著其對應(yīng)的機(jī)組停止功率輸出，它將繼續(xù)供應(yīng)本地負(fù)荷需求，因為隔離智能體的攻擊動作只發(fā)生在通信層，實際進(jìn)行供能的機(jī)組所處的物理層拓?fù)洳粫捎诰W(wǎng)絡(luò)攻擊的發(fā)生而改變。在此種情況下，IEH

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本文編號：3511007