融合无监督和有监督学习的虚假数据注入攻击检测

虚假数据注入攻击（False Data Injection Attack,FDIA）是智能电网安全与稳定运行面临的严重威胁。本文针对FDIA检测中存在有标签数据稀少、正常和攻击样本极不平衡的问题,提出了融合无监督和有监督学习的虚假数据注入攻击检测算法。首先引入对比学习捕获少量攻击数据特征,生成新的攻击样本实现数据扩充,然后利用多种无监督检测算法对海量的无标签样本进行特征自学习,解决有标签样本稀缺的问题,最后将无监督算法提取的特征与历史特征集进行融合,在新的特征空间上构建有监督XGBoost分类器进行识别,输出正常或异常的检测结果。在IEEE 30 节点系统上的算例分析表明,与其它FDIA检测的算法相比,本文方法增强了 FDIA 检测模型在有标签样本稀少和不平衡数据下的稳定性,提升了FDIA的识别精度并降低误报率。     

基于边缘计算的电网假数据攻击分布式检测方法

虚假数据注入攻击(FDIA)作为新型的电网攻击手段,严重威胁智能电网的安全运行.爆炸式增长的数据给集中式的FDIA检测方法带来了巨大的挑战.基于此,提出了一种基于边缘计算的分布式检测方法.将系统拆分为多个子系统,且在子系统中设置边缘节点检测器进行数据的收集、检测.结合深度学习的方法,构建了CNN-LSTM模型检测器,提...     

基于混合黑猩猩优化极限学习机的电力信息物理系统虚假数据注入攻击定位检测

针对已有检测方法无法对虚假数据注入攻击(false data injection attack, FDIA)进行精确定位的问题,提出了一种基于混合黑猩猩优化极限学习机(extreme learning machine, ELM)的电力信息物理系统FDIA的定位检测方法。首先,使用ELM作为分类器,用于提取电力数据特征并检测系统各节点的异常状态。然后,采用一种具有全局搜索能力且局部收敛速度更快的混合黑猩猩优化策略,用于寻找ELM最优隐藏层神经元数量。建立基于混合黑猩猩优化ELM的检测方法,实现对FDIA的精准定位,有利于后续防御措施的实施。最后,在IEEE 14和IEEE 57节点系统中进行大量仿真对比实验。结果表明,所提方法具有更佳的准确率、查准率、查全率和F1值,对FDIA能够进行更为精准的定位检测。     

基于DeepWalk算法的电力系统错误数据注入网络攻击分类方法

为了准确、有效地识别错误数据注入攻击（FDIA）对电网造成危害的严重程度,提出了基于DeepWalk算法的FDIA分类新方法。根据FDIA的特点,构建电力系统的响应模型;提出批量随机边删减策略,将响应模型生成的攻击数据构造为攻击场景图;采用DeepWalk算法将攻击场景图中的节点映射为低维向量,并将其作为机器学习算法的输入对FDIA进行分类。以遭受FDIA的IEEE 39节点系统为例进行仿真,结果表明所提方法可以根据FDIA对电网造成危害的严重程度准确、有效地对FDIA进行分类。     

面向交直流混联电网的虚假数据注入攻击策略优化

虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击是对电力系统运行影响较为严重的一种攻击。目前已有对交直流混联电网的FDI攻击方法的研究,但仍缺乏对交直流混联电网攻击策略的优化研究。为此,文中提出了面向交直流混联电网的FDI攻击策略优化方法。首先,建立以FDI攻击损失最大为目标的双层优化模型,上层模型以电力系统经济损失最大为目标对FDI攻击策略进行优化;下层模型以发电机出力调整量和切负荷量最小为目标计算FDI攻击下的最大经济损失,考虑交直流混联电网安全约束和换相失败风险。然后,采用遗传算法对优化模型进行求解,生成最优攻击策略。最后,以改进的IEEE 14节点系统为例验证了模型的有效性。仿真结果表明,优化后的攻击策略能够显著提高安全约束经济调度(security constrained economic dispatch,SCED)的运行成本。     

A new smart charging method for EVs for frequency control of smart grid

Nowadays, due to the shortage of fossil fuels on the one hand and their high prices on the other hand, using electric vehicles (EVs) has been increased. Charging of EVs has imposed new loads on power systems. These new and major loads have faced the frequency control and stability of power systems with new challenges. One way to deal with this new challenge is smart charging of EVs. In this method, grid condition is a key parameter that affects the charging of EV. In other words, in smart charging method, charging is performed with respect to power system parameters such as frequency. In this paper, a smart charging method based on fuzzy controller is proposed, in which charging process is performed with respect to the frequency deviation of grid and state of charge (SOC) of EV battery. To evaluate the performance of the proposed controller in control of grid frequency, IEEE 39-bus system in the presence of renewable energy sources is considered as test system. In order to the frequency analysis, this system is converted into a three-area system and, for each area, several EV categories with different numbers of EVs, battery capacity, start time of charging, and initial SOC are supposed. Moreover performance of proposed method is compared with an optimized PI controller in terms of frequency control. To investigate performance of proposed method in charging of EVs, a two area system is assumed and charging of EVs is verified by applying step loads to both areas. Simulations are carried out in MATLAB/SIMULINK environment. Results of the simulations reveal the good performance of the proposed controller in terms of frequency control of grid and charging of EVs.     

考虑负荷数据虚假注入的电力信息物理系统协同攻击模型

随着电网信息层与物理层的耦合程度越来越高,配合良好的信息物理协同攻击将对电网造成巨大的威胁。为了更好地保障电网的安全稳定运行,在信息物理高度融合的背景下,提出了一种考虑负荷数据虚假注入的双层协同攻击模型。以广泛应用的基于残差分析的不良数据检测原理为基础,制定网络攻击与物理攻击资源分配约束;以考虑权重的负荷削减期望为损失度量指标,给出了上层攻击者最大化损失和下层防御者最小化损失的具体模型及求解方案;基于修改的IEEE 14节点系统进行了定量分析,得到了不同状态下攻击者的最优攻击方案,为电网防御者在信息物理协同攻击威胁下制定新的防御方案提供参考。     

False data attack models,impact analyses and defense strategies in the electricity grid

The injection of false data is a type of cyber-attack that targets the data and measurements in power systems to disrupt their normal operation. This article presents a comprehensive review of such attacks against modern power systems from three perspectives: attack models, their operational impacts and defense strategies. Also discussed are future research directions in this field and existing technical challenges.     

基于双马尔科夫链的新型能源互联网虚假数据注入攻击检测

新型能源互联网中各环节信息的高度融合和开放削弱了其防御外界攻击的能力.针对具有隐蔽性特征的虚假数据注入攻击(FDIA),提出了适用于新型能源互联网的基于双马尔科夫链的FDIA检测方法.考虑到新型能源互联网的FDIA原理、特征以及新型能源互联网包含大量的测量数据和多变的运行状态,将待检测的数据映射到2个不同的状态空间,并生成2个不同的马尔科夫链模型;根据该模型估计所得的能源互联网运行状态的精确度,生成FDIA的检测器.通过实验案例验证所提检测方法的正确性和有效性.实验结果表明:所提FDIA检测方法具有优秀的检测概率和较少的检测计算量,检测概率可达98.60％,虚警概率仅为1.35％,计算量相比于支持向量机方法降低了1个数量级,能满足新型能源互联网的应用要求.     

基于非线性状态估计的虚假数据注入攻击代价分析

随着智能电网的发展,信息通信系统与物理电力系统深度融合,虚假数据注入等网络攻击可能会对电网的安全稳定造成严重影响,目前这方面研究已成热点问题。一次成功的虚假数据注入攻击涉及攻击者所掌握资源、攻击区域选择和攻击向量构建。在有限的资源下,根据实际电网运行特征,以攻击节点为中心,构建了单节点攻击区域和多节点攻击区域,一定程度上可缩小攻击范围。基于非线性状态估计模型,分别针对单节点攻击与多节点攻击情形,提出一种掌握局部电网信息下的攻击代价分析方法。最后以IEEE-14系统和IEEE-1354系统为例,分别进行单节点攻击和多节点攻击分析,其结果验证了所提虚假数据注入攻击代价分析方法的有效性。     

面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法

虚假数据注入攻击是威胁电力系统安全稳定运行的重要因素之一,研究攻击者针对电力系统的网络攻击方法,能为改进系统防御措施提供决策依据。文中基于高压直流换流站运行特性与交直流耦合特性,提出了面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法。首先,分析了交直流混联系统状态估计的基本原理;然后,提出了针对交直流混联系统的攻击策略,构建了攻击模型;最后,以改进的IEEE 30节点系统为例进行仿真验证。算例结果表明针对交直流混联系统的虚假数据注入攻击能够绕过不良数据检测算法,破坏系统的安全稳定运行,验证了所提模型和方法的有效性。     

HBase在智能电网异构数据同步中的应用

未来的智能电网在运行中将会产生海量的多态、异构数据,对这些数据的可靠获取、实时分析、同步及处理会给电网信息系统带来前所未有的压力。因此,把电网大数据迁移到云端—数据中心,来实现异构数据的精准、实时同步则显得尤为必要。以解决未来智能电网大数据处理问题为出发点,通过对电网数据中心相关功能需求进行细致分析,对比传统的关系型数据库建模基础,提出了基于Hbase架构的智能电网数据中心的解决方案。最后通过对比MySQL性能进行模拟测试,得出所提出的设计方案能够很好地适用于未来智能电网数据中心的构建以及异构数据的同步,达到电网大数据的实时共享、监测及准确分析、处理的目的,在未来智能电网信息管理系统中具有广阔的应用前景。     

New development in relay protection for smart grid

This series of papers report on relay protection strategies that satisfy the demands of a strong smart grid. These strategies include ultra-high-speed transient-based fault discrimination, new co-ordination principles of main and back-up protection to suit the diversification of the power network, optimal co-ordination between relay protection and auto-reclosure to enhance robustness of the power network. There are also new development in protection early warning and tripping functions of protection based on wide area information. In this paper the principles, algorithms and techniques of single-ended, transient-based and ultra-high-speed protection for EHV transmission lines, buses, DC transmission lines and faulty line selection for non-solid earthed networks are presented. Tests show that the methods presented can determine fault characteristics with ultrahigh-speed (5 ms) and that the new principles of fault discrimination can satisfy the demand of EHV systems within a smart grid.     

A nonlinear control method for price-based demand response program in smart grid

This paper proposes a price-based demand response program by the nonlinear control method. The demand response program is formulated as a nonlinear power management system with price feedback. We give the conditions of the price parameters for both the global asymptotic stability of the system and the social welfare optimality of the equilibrium point. Furthermore, the system is shown to be input-to-state (ISS) stable when there are additive disturbances on the power measurements and the price, and the discrete-time implementation of the power management system is given. Simulation results demonstrate the balance between supply and demand and the stability of the system with and without disturbances.     

基于数据驱动的直流微电网虚假数据注入攻击快速防御策略

基于分布式控制的直流微电网是一种典型的信息物理系统,攻击者可在信息层利用虚假数据注入攻击(FDIA)的方式使微电网偏离运行目标,从而影响微电网的供电质量.为此,分析了虚假数据的作用途径,对虚假数据的不利影响进行了机理性解释与建模,提出了一种基于数据驱动的FDIA快速防御策略.通过离线学习、在线判断直流微电网的暂态扰动过...     

基于改进自注意力机制生成对抗网络的智能电网GPS欺骗攻击防御方法

为了避免全球定位系统欺骗攻击(GSA)对相量测量装置造成的危害,提出了一种基于改进自注意力机制生成对抗网络(SAGAN)的智能电网GSA防御方法.首先,通过引入深度学习参数,构建了改进网络-物理模型,利用历史数据计算得到当前时刻的量测值.然后,在SAGAN的生成器和判别器网络中分别融入一个时间注意力模块,提出了一种用于实现网络-物理模型的改进SAGAN防御方法.通过训练改进SAGAN,得到一对判别器和生成器,利用判别器检测采集的量测值是否遭受GSA,当检测到攻击时,利用生成器生成的数据替换欺骗数据,从而实现智能电网对GSA的主动防御.最后,基于IEEE 14节点和IEEE 118节点系统进行仿真测试,结果验证了所提方法的可行性和有效性.     

异构数据集成在智能电网中的应用研究

为了进一步提高电网的安全性、可靠性和能源利用效率,建设智能电网已成为各国科研技术人员所关注的课题.现代电力系统越来越复杂,各个电网之间数据模型、访问接口和实现平台严重不统一,从而很难实现异构数据资源之间的数据共享.将XML和本体技术结合起来应用在电力系统中,采用基于B/S的三层体系结构,以中间件的方式来解决电力系统的异构数据集成,从而实现对各个分布式数据源的透明访问和集中管理.     

基于大数据的智能电网数据调度与快速分发方法研究

针对云计算集群环境,智能电网的大规模数据处理面临巨大压力,任务调度和大规模数据分发的快速处理是亟待解决的问题。文章基于云计算和大数据处理技术,提出一种用于电力数据处理任务调度和分发的多队列动态优先级调度算法和节点选择算法,可以及时可靠地处理和分发关键数据。通过仿真将该算法与经典算法进行比较,验证算法的准确性和有效性。结果表明,该方法可以有效地分配节点负载,在任务完成时间和完成率上优势明显。该研究为我国电力大数据信息平台的研究提供参考和借鉴。     

分布式数据存储策略在智能电网中的应用

随着电力系统的不断发展,智能电网已迅速延伸至国民经济的多个领域,成为电力系统未来发展的重要方向。针对大规模智能电网中海量动态感知数据的存储问题进行了深入研究,并充分考虑了智能电网对数据的传输、存储与查询的客观要求,提出了以数据为中心的分布式数据存储方法来处理智能电网运行过程中所产生的海量数据的存储策略。研究结果表明,该方法能够达到负载均衡、降低系统能耗,增加系统存储能力和存储效率的目的。     

Typification of load curves for DSM in Brazil for a smart grid environment

The deployment of a smart grid environment is a worldwide trend and generates of a large volume of data. The load curve for each consumer in real time is an example of this. The challenge is the transformation of these data into useful information that may help to improve efficiency in the management, planning and operation of the power grid. The implementation of demand side management (DSM) requires an analysis of the data generated in a smart grid environment to determine which policies are most appropriate for each type of consumer. Because of the large number of customers, the application of these policies involves the selection of patterns for the load curve.This study discusses the use of DSM in a smart grid environment in Brazil and presents the simulation for creating load curve patterns using the k-means technique from the consumer data of a concessionaire for the Brazilian electric system. The result obtained in this research is the creation of the load curve patterns for selecting the policies of DSM.