网络攻击下基于贝叶斯图论的配电系统安全分析

随着信息通信技术的发展,信息网络与物理系统深度融合,使配电网信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)面临网络攻击的运行安全风险增加。文章分析了网络虚假数据攻击下配电网CPS运行安全性,并提出了基于贝叶斯攻击信息传递图论的融合建模与动态安全风险综合评估方法。通过分析信息设备漏洞的不同利用模式,构建了与设备漏洞关联的潜在数据攻击图以及信息-物理系统间的交互作用模型。结合贝叶斯概率量化理论与攻击证据点动态更新了信息传递后验概率,并在此基础上提出了动态安全风险综合评估指标与框架,定量分析了攻击对于信息网络以及配电网CPS系统运行安全的影响。最后基于改进的IEEE 33节点配电CPS系统的算例仿真验证了所提安全风险评估方法的有效性。     

基于触发同步的配电网信息物理系统实时仿真方法

配电网信息物理系统（CPS）仿真需要实现电力物理系统与信息通信系统的联合仿真,同步接口是实现两者之间联合仿真的关键。配电网CPS实时仿真的精度高,但容易因计算规模过大、交互频率过高导致仿真产生“超时”现象,从而降低仿真精度。为了提升配电网CPS实时仿真的效率,建立了有源配电网的物理系统模型与信息通信系统模型,考虑物理、信息通信、信控3个仿真子系统的仿真交互需求,提出了包含管理层、仿真层、交互层的配电网CPS实时仿真架构。针对信息通信仿真子系统与物理仿真子系统之间的数据交互问题,通过事件触发下调节信息通信与物理仿真子系统之间数据交互的周期步长,提出了基于触发同步的有源配电网CPS的实时交互仿真方法,在保证精度的前提下,降低了配电网信息物理仿真接口所需的交互频次,提升了配电网CPS实时仿真的效率。算例分析结果表明,所提有源配电网信息物理交互同步方法能够有效保证配电网CPS仿真的精度,避免无效的交互计算,提高CPS联合仿真的效率。     

基于IEC 61850的智能配电通信网络仿真平台设计

可靠性、实时性、双向性是智能配电网通信系统必须满足的要求。在当前智能配电网通信系统分析的基础上,基于最新的IEC 61850标准,对智能配电网业务流量以及通信需求进行建模。在开源的多协议网络仿真软件 OMNeT++平台上建立了智能配电网通信网络仿真模型。仿真研究了在加入大量的分布式能源以及电动汽车等数据流量业务的背景下,过程层IED和站控层配电子站之间的通信交互过程,对比分析了在不同带宽、不同业务流量背景下IED和配电子站进行信息交互过程的传输时延。     

基于EPOCHS平台的智能配电网通信系统仿真

快速、可靠、集成的通信系统是实现智能配电网的关键环节。在当前配电自动化通信系统分析的基础上,对智能配电网通信需求及其业务流量建模,提出了基于IP通信网络的智能配电网通信体系结构。在电力和通信同步仿真(EPOCHS)平台上建立了智能配电网通信仿真模型,仿真研究了多种数据流业务背景下一种基于通用面向对象变电站事件(GOOSE)的馈线自动化算法通信交互过程,仿真结果表明所提通信体系结构能够满足智能配电网的通信需求。     

基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法

电网信息物理系统(电网CPS)中信息层和物理层的紧密耦合,使得信息或物理的失效都会对电网CPS的正常运行造成影响。文中提出了一种基于关联特性矩阵的电网CPS建模方法,对电力系统控制应用中信息流与能量流的复杂耦合关系和交互机理进行梳理与建模。该方法首先对实际电网CPS逻辑进行梳理与抽象,得到电网CPS基本分析单元;然后,采用多元组定量描述信息节点、二次设备节点和通信节点的外特性,采用关联特性矩阵的方法定量描述电网CPS中物理层、二次设备层、通信层、信息层内部及其相互之间的逻辑关联关系及特性,形成完整的电网CPS耦合模型。最后,基于电网CPS模型对实际电网CPS应用系统进行分析,说明模型的使用方法,验证模型的合理性和有效性。     

配电网CPS理论架构和典型场景应用

随着计算机、通信、控制（3C）技术的发展与在配电网中的深入应用，配电网信息空间与物理空间实现了深度融合和实时交互，其感知、集成、共享、协同、自治等能力得到了极大提升，形成了配电网信息物理系统（cyber physical system，CPS）。基于信息物理融合的角度，从本质、特征与体系分析配电网CPS的内涵，分析多样化的控制方式与CPS资源部署形式对配电网运行控制特性的影响。依据CPS概念剖析其发展的不同阶段、不同的业务需求与场景类型分析3类典型配电网CPS示范工程应用，从而对配电网CPS的理论模型架构进行测试与验证。     

面向完全分布式控制的微电网信息物理系统建模与可靠性评估

微电网及其控制系统是一种典型的信息物理系统(cyberphysicalsystem,CPS)。微电网物理系统的可靠性与与之耦合的信息系统的准确和高效运行密切相关。对微电网进行信息—物理的综合分析,从机理上研究其耦合本质,对于提高系统运行可靠性具有重要意义。面向完全分布式控制的微电网,研究信息流和能量流的交互过程、信息传输过程以及通信系统的拓扑结构,完成微电网信息物理融合系统的建模与分析。进一步提出基于熵理论的微电网CPS可靠性评估指标。算例结果表明所提模型和方法可以有效分析微电网的信息物理系统,量化微电网通信网络状态对系统稳定性的影响,有效评估分布式微电网运行过程的可靠性。     

基于Petri网的配电网信息物理系统可靠性评估

该文提出一种基于广义随机Petri网(generalized stochasticPetrinets, GSPN)的配电网信息物理系统(cyber-physicalsystem,CPS)可靠性评估模型。首先,考虑配电网CPS的动态控制关系,基于GSPN的基本原理,构建配电网CPS的Petri网模型;之后,分析了信息攻击及信息元件自身故障对于配电网CPS运行可靠性的影响,并构建了系统元件的状态模型;然后,结合最大流理论,判断故障后各阶段的令牌数,并计算相应的可靠性指标。基于Petri网的评估方法,可以直观地刻画系统拓扑结构及元件状态变化,并通过动态方程推理故障后果,避免了故障后果分析的遍历过程,提升了评估效率。最后,以IEEE-RBTSBUS6配电系统为例开展仿真测试,验证了所提模型的有效性。     

非理想工况下柔性直流配电系统建模与运行控制关键问题

非理想工况下,柔性直流配电系统的建模与运行控制面临着来自经济高效的稳态运行需求和安全稳定的动态运行需求的双重挑战.系统分析非理想运行工况下柔性直流配电系统的运行特性,探讨合理的建模和分析控制技术,对于引导未来配电系统朝着更加经济高效和新能源友好接入的方向发展,具有重要的理论和现实意义.为此,结合国内外的研究现状和发展动态,深入分析了非理想工况下柔性直流配电系统的稳态建模与优化控制问题,以及外界随机扰动下的多时间尺度动态特征建模与稳定控制问题,指出了系统在非理想工况下建模与运行控制面临的主要难题.进一步地,从计及多重不确定性因素的系统建模与优化、非对称条件下系统不平衡分量交互特性建模与协同控制、外界随机扰动下系统多时间尺度动态特征机理建模与稳定控制等角度探索了柔性直流配电系统的技术发展方向,从而为柔性直流配电系统的建模与运行控制提供了研究思路.     

短期尺度的配电网通信业务流量建模方法及开发应用

配电网通信业务流量特性分析与建模是配电网通信管控系统的核心。基于配电网通信业务短期流量模型分析结果,能够实现对异常流量的辨识和分析,为网络安全分析提供数据支撑。首先基于配电网通信业务自身特征,将其分为确定性和非确定性两类;据此提出了配电网通信业务短期流量模型,能够根据流量实时监测数据,对未来走势进行分析预测;以此为核心构建了配电网通信流量管控系统的功能框架,并介绍了该系统在某供电局的实际应用效益。     

计及实时需求响应的综合能源信息物理系统可靠性分析

信息通信技术的飞速发展促使能源网络和信息网络耦合程度不断加深,为实时需求响应的实施提供了有效的技术支撑。为充分考察信息网络和需求响应技术对综合能源系统可靠性的影响,提出一种计及实时需求响应的能源-信息耦合系统可靠性评估方法。首先,构建综合能源信息物理系统框架并分析其实时需求响应机理;其次,建立信息传输可靠性模型,并采用混合蒙特卡洛法抽样元件状态、生成多时段故障场景;再次,将元件状态变量纳入能量平衡约束,以购能成本、负荷削减成本和需求响应成本最低为目标,建立最优负荷削减模型;然后,提出能源信息物理系统可靠性评估指标及评估流程;最后,通过算例分析了实时需求响应、物理域元件以及信息域元件对可靠性的影响,同时量化分析了物理元件和信息元件在系统中的重要程度。算例结果表明,不同元件对能源信息物理系统可靠性的影响不同,实时需求响应能够有效提升其运行经济性和可靠性;文章所述方法能够有效识别能源信息物理系统物理域和信息域薄弱环节,为其经济运行和强化建设提供参考。     

考虑多层耦合特性的电力信息物理系统建模方法

从信息物理融合的角度出发,综合考虑电力网、通信网和信息网的关联关系和耦合特性,提出了一种电力信息物理系统分层建模方法.首先,提出了考虑多层耦合特性的电力信息物理系统三层模型框架.然后,基于电网稳态潮流方程,考虑通信传输过程和信息决策过程,对电力网、通信网和信息网进行了分层次建模.针对信息网的监控功能和信息流的传递方向不...     

计及网络信息安全的配电网CPS故障仿真

配电网信息物理系统的发展使得信息系统与物理系统相互融合,两者之间相互影响,网络信息安全给配电网安全稳定运行带来很大隐患.为研究信息系统对配电网物理系统的影响,首先搭建配电网信息物理系统(cyber physical system, CPS)仿真平台,在此基础上,建立配电网CPS终端仿真模型,具有恒功率控制和下垂控制2种...     

配电网CPS的通信需求和网络资源分配方案探讨

分析配电网CPS与现行电信互联网系统的差异，指出通信网运行过程参与到自动化控制过程是其重要特征。将配电网CPS通信需求分为IT（information technologies）数据流和OT（operation technologies）操作2个层次，分别分析了其传输性能指标和可靠性机制。进而提出在一体化的承载网模型下，有效管理网络资源，构建出满足IT/OT不同需求的虚拟网络的多目标资源分配方案。最后通过配电网CPS的典型组网示例及其应用分析，验证了方案的合理性。     

配电网信息物理系统的典型特征与联合测试验证

随着多通信方式网络、分布式电源等信息物理资源的加入,传统配电网的信息流和能量流特性发生了重要转变,因此迫切需要从信息物理融合的视角去研究相关运行及控制问题。首先阐述了配电网信息物理系统(cyber physical system,CPS)的5种典型特征;其次,为完整保留能量流和信息流交互过程,从数字与动模测试验证互补的角度,提出配电网CPS数模混合测试验证平台,以支撑该领域理论分析和控制方法研究;最后,基于分布式光伏无功优化控制算例验证了平台的有效性。     

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

通信信息资源管理系统的实现与应用

针对当前电力通信网络资源管理的实际需求,采用一体化分布式网络B/S建模机制,实现了统一的、图形化和智能化的电力通信网络资源管理系统.该系统采用基于融合AJAX和J2EE的动态数据嵌入分层SVG技术开发的自动生成矢量图形系统,实现对机房、设备、光缆线路、电缆线路、配线以及传输网络图、业务图等资源的动态管理;系统提出了电力...     

分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估

分布式协同控制模式的提出,为解决未来配电网信息物理系统(CPS)中高密度、强随机性分布式电源接入问题提供了途径。但同时,配电网CPS信息物理高度融合的特点也方便了网络攻击者通过信息系统威胁电力系统的安全稳定运行。据此,提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法。首先,阐述了一种分布式电源等输出比协同控制策略,并对其收敛特性进行了分析和总结。其次,基于CPS风险评估框架,结合分布式电源协同控制策略及实际网络攻防策略的特点,提出配电网CPS风险评估模型;在此基础上,设计动态攻防博弈函数及博弈求解步骤,实现对于分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性的量化评估。最后,基于IEEE 34节点配电系统开展仿真测试,验证了所提方法的有效性。     

基于多组件并行架构的电力CPS实时联合仿真平台

融合传统电力系统与先进信息技术形成的电力信息物理系统(CPS),其物理侧电力系统与信息侧通信网络的耦合程度不断加深,网络故障与恶意攻击等通信问题导致的电力系统故障愈发严重,传统仿真手段不再适用于模拟和分析此类场景.分析了电力CPS仿真技术的研究现状,在主流实时仿真工具的基础上设计了嵌入式控制组件与渗透测试组件,基于多组...