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《华北电力大学(北京)》 2018年
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电力信息物理系统的恶意数据注入攻击问题及其对策研究

韩通  
【摘要】:现代电力系统已发展成为由电力及其监控系统构成的复杂信息物理系统,面临着越来越严峻的信息物理安全问题,而恶意数据注入攻击是其中的一种重要形式,对电力信息物理系统所面临恶意数据注入攻击及其应对策略进行研究对保证电力系统的安全、稳定和经济运行至关重要。本文对交流状态估计下的恶意数据注入攻击策略和考虑系统拓扑变化的应对策略进行研究,主要工作如下:第一,提出了恶意数据注入攻击策略模型的一般形式。通过对恶意数据注入攻击的基本要求、攻击目的及不同攻击场景的分析概括,提炼出了恶意数据注入攻击的一般形式。该一般形式为后续交流系统和基于电压源型换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)系统在不同攻击场景下攻击策略模型的构建,以及恶意数据注入攻击策略模型的求解方法的构建提供了统一的指导。第二,提出了交流状态估计下恶意数据注入攻击策略模型的求解方法。基于对系统的状态分析,提出了交流状态估计下恶意数据注入攻击策略模型的求解方法。并通过对交流系统在两种攻击场景下的恶意数据注入攻击和对VSC-HVDC系统的以破坏换流器运行安全为目标的恶意数据注入攻击的仿真分析,验证了所提交流状态估计下的恶意数据注入攻击策略模型及求解方法的正确性和有效性。第三,分析了交流状态估计下恶意数据注入攻击的特点。通过交流系统两种典型的恶意数据注入攻击场景,对交流状态估计下恶意数据注入攻击对状态估计最大标准化残差的影响、攻击成功率、需要篡改的量测仪表数目以及量测冗余度对攻击的影响进行了深入分析。第四,首次揭示了 VSC-HVDC系统所面临的恶意数据注入攻击问题。提出了一种针对VSC-HVDC系统的以破坏换流器运行安全为目标的恶意数据注入攻击策略模型,并揭示了恶意数据注入攻击可使VSC-HVDC系统长时间运行于安全运行区间以外,从而导致换流器因遭受过电压及过电流而发生损坏。第五,提出了恶意数据注入攻击最优鲁棒主动防御策略。针对已有的基于于保护的恶意数据注入攻击应对策略未计及电力系统的拓扑变化的不足,提出了一种最优鲁棒主动防御策略,进一步,从模式识别的角度,基于图论和递推贝叶斯估计,给出了最优鲁棒主动防御策略的求解方法。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM73;TP309

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