智能電網(wǎng)中的狀態(tài)估計安全問題研究.pdf

1、電力系統(tǒng)是國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施之一，其安全穩(wěn)定運(yùn)行，是社會穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，更對國民經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展起關(guān)鍵作用。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計是現(xiàn)代電力系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的重要組成部分，構(gòu)建了電力系統(tǒng)在線安全分析功能的核心模塊，像個濾波器架設(shè)在原始數(shù)據(jù)和所有需要使用當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的應(yīng)用模塊間。2010年，出現(xiàn)了震驚世界的“震網(wǎng)”病毒。它正是以狀態(tài)估計的數(shù)據(jù)源SCADA系統(tǒng)為入侵對象，并以破壞電力系統(tǒng)為目標(biāo)。2012年6月1日，紐約時報披露對伊朗核設(shè)施進(jìn)行攻擊的

2、“震網(wǎng)”病毒是美國政府所為，美國政府對此并沒有否認(rèn)。
　　 2009年，Liu Y.等研究者從攻擊者角度提出了針對電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊。該方法，通過系統(tǒng)地篡改電表測量值，繞過傳統(tǒng)的錯誤數(shù)據(jù)檢測算法，成功地影響電力系統(tǒng)狀態(tài)估計過程，對電力系統(tǒng)的安全和可靠性產(chǎn)生了巨大的威脅。
　　 本文圍繞著錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊，從攻防兩個角度分別研究了智能電網(wǎng)中的狀態(tài)估計安全問題，主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1.介

3、紹了智能電網(wǎng)的安全風(fēng)險、安全目標(biāo)及智能電網(wǎng)安全的研究趨勢，并著重介紹了智能電網(wǎng)中的狀態(tài)估計安全問題研究現(xiàn)狀。
　　 2.介紹了電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)狀態(tài)估計算法及其中壞值檢測算法的缺陷，繼而進(jìn)一步介紹了針對壞值檢測算法缺陷而構(gòu)建的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊。
　　 3.將錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊與經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)可觀測分析理論建立聯(lián)系，利用網(wǎng)絡(luò)可觀測性分析研究錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊。設(shè)計了一個算法，通過對電力系統(tǒng)配置矩陣H的分析，判斷電力系統(tǒng)的可觀測性，求出必

4、要測量值集、冗余測量值集和關(guān)鍵測量值，幫助進(jìn)一步研究錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊。
　　 4.從攻擊者角度出發(fā)，提出了三個攻擊方案以降低錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊的攻擊條件。錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊要求供求攻擊者:1.必須知道目標(biāo)電力系統(tǒng)的目前配置，特別是系統(tǒng)的拓?fù)?2.能操控一定數(shù)量的電表測量值。
　　 a)從降低第一個攻擊條件入手，構(gòu)建了基于部分配置信息的的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊，使得攻擊者只知道H矩陣某個列向量時便可以成功發(fā)起攻擊;
　　 b

5、)為了降低第二個攻擊條件，提出了基于概率統(tǒng)計的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊，允許攻擊者在只能操縱一個電表測量值的情況下仍可以發(fā)起攻擊影響弱化的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊;
　　 c)繼而，將前兩個攻擊方案進(jìn)行融合，提出了基于混合技術(shù)的錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊，將錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊的兩個攻擊條件減低到:1.至少知道H矩陣的一個列向量;2.至少能操作1個測量值。
　　 5.從防護(hù)者角度出發(fā)，提出了部署PMU抵御錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊的防護(hù)方案，從數(shù)學(xué)上證明了驗(yàn)證