该文基于信息系统物理化的设想提出电力信息物理系统(cyber-physical power system,CPPS)中的信息流建模和计算分析方法。采用连续时间函数来刻画信息流的特征,并定义信息网络运行参数为流量累积函数、信息流速和时延。首先,基于遍历法...该文基于信息系统物理化的设想提出电力信息物理系统(cyber-physical power system,CPPS)中的信息流建模和计算分析方法。采用连续时间函数来刻画信息流的特征,并定义信息网络运行参数为流量累积函数、信息流速和时延。首先,基于遍历法搜索出信息流路径,建立信息流速矩阵的范式;然后利用改进的网络演算(network calculus,NC)特性赋值流速矩阵的元素;进一步采用流量累积函数表征信源数据发送规律,从而显式求解时延上界。最后将提出的信息流建模方法应用于智能变电站自动化系统的时延计算,通过与OPNET的仿真结果相比较,验证所提出模型的有效性,而且该方法可以提供定量分析指标以优化变电站组网方案设计中的信息流分布。展开更多
针对网络攻击严重威胁电力系统安全运行的现状,文中对面向网络攻击的电力信息物理系统风险量化评估问题展开分析。本文从由网络攻击造成的典型停电事故出发,阐述电力信息物理系统的风险来源及传播机理。然后对比传统信息系统及电力系统...针对网络攻击严重威胁电力系统安全运行的现状,文中对面向网络攻击的电力信息物理系统风险量化评估问题展开分析。本文从由网络攻击造成的典型停电事故出发,阐述电力信息物理系统的风险来源及传播机理。然后对比传统信息系统及电力系统,对电力信息物理系统风险量化评估的特点展开讨论,并进一步基于节点风险概率、风险传播概率和物理量损失量三个方面,对电力系统风险量化计算方法进行分析总结。最后,面向网络攻击的发展方向,对未来研究提出建议和展望。In view of the current situation that cyber attacks pose a serious threat to the safe operation of power systems, this paper analyzes the quantitative risk assessment of cyber-physical power systems for cyber attacks. Based on the typical power outages caused by cyber attacks, the sources of risk and the mechanisms of risk propagation within cyber-physical power systems is elucidated. Then, compared with traditional information systems and power systems, the distinctive characteristics of risk quantification assessment for cyber-physical power systems are discussed. Furthermore, based on nodal risk probability, risk propagation probability, and physical quantity loss, the quantitative risk calculation methods for power systems is summarized. Finally, facing the development direction of network attacks, suggestions and prospects for future research are proposed.展开更多
电力网与信息网的深度融合在增强电力系统能控性的同时,也使得系统抵御外界干扰的能力下降。首先,根据提出的节点负载与容量的负载重分配分配概率建立电力信息物理系统级联失效模型,研究不同耦合策略下的电力信息物理系统级联失效过程...电力网与信息网的深度融合在增强电力系统能控性的同时,也使得系统抵御外界干扰的能力下降。首先,根据提出的节点负载与容量的负载重分配分配概率建立电力信息物理系统级联失效模型,研究不同耦合策略下的电力信息物理系统级联失效过程中的鲁棒性与能控性变化。其次,利用幸存负荷百分比的概念来量化电力网抵御级联失效的能力,并分析不同耦合策略和容量参数对电力信息物理系统(cyber-physical power systems,CPPS)的鲁棒性和能控性的影响。基于网络能控性理论提出电力节点重要度的评估方法,并且在IEEE39系统中进行验证。研究结果表明,电力网高介数节点与信息网高介数节点耦合形成的电力信息物理网络抗干扰能力更强,电力网节点容量参数比信息网节点容量参数对系统影响更大。展开更多
随着电力系统的安全可靠运行越来越依赖于通信系统,时间延迟也成为影响电力信息物理系统同步的主要因素之一。针对具有双重时延的电力信息物理系统(cyber physical power system,CPPS)的同步问题,设计控制器解决时延对系统同步的影响。...随着电力系统的安全可靠运行越来越依赖于通信系统,时间延迟也成为影响电力信息物理系统同步的主要因素之一。针对具有双重时延的电力信息物理系统(cyber physical power system,CPPS)的同步问题,设计控制器解决时延对系统同步的影响。首先,搭建具有双重时延的电力信息物理系统模型,然后根据系统模型设计出控制器,并通过构造Lyapunov函数证明控制器的有效性。对于大规模的系统,提出自适应牵制同步控制器,即将控制器添加到按照结构熵筛选出的牵制节点集的节点。结构熵可以解决当节点度相同时牵制节点的选择问题。最后通过两个算例验证了所提方法的可行性。展开更多
文摘该文基于信息系统物理化的设想提出电力信息物理系统(cyber-physical power system,CPPS)中的信息流建模和计算分析方法。采用连续时间函数来刻画信息流的特征,并定义信息网络运行参数为流量累积函数、信息流速和时延。首先,基于遍历法搜索出信息流路径,建立信息流速矩阵的范式;然后利用改进的网络演算(network calculus,NC)特性赋值流速矩阵的元素;进一步采用流量累积函数表征信源数据发送规律,从而显式求解时延上界。最后将提出的信息流建模方法应用于智能变电站自动化系统的时延计算,通过与OPNET的仿真结果相比较,验证所提出模型的有效性,而且该方法可以提供定量分析指标以优化变电站组网方案设计中的信息流分布。
文摘针对网络攻击严重威胁电力系统安全运行的现状,文中对面向网络攻击的电力信息物理系统风险量化评估问题展开分析。本文从由网络攻击造成的典型停电事故出发,阐述电力信息物理系统的风险来源及传播机理。然后对比传统信息系统及电力系统,对电力信息物理系统风险量化评估的特点展开讨论,并进一步基于节点风险概率、风险传播概率和物理量损失量三个方面,对电力系统风险量化计算方法进行分析总结。最后,面向网络攻击的发展方向,对未来研究提出建议和展望。In view of the current situation that cyber attacks pose a serious threat to the safe operation of power systems, this paper analyzes the quantitative risk assessment of cyber-physical power systems for cyber attacks. Based on the typical power outages caused by cyber attacks, the sources of risk and the mechanisms of risk propagation within cyber-physical power systems is elucidated. Then, compared with traditional information systems and power systems, the distinctive characteristics of risk quantification assessment for cyber-physical power systems are discussed. Furthermore, based on nodal risk probability, risk propagation probability, and physical quantity loss, the quantitative risk calculation methods for power systems is summarized. Finally, facing the development direction of network attacks, suggestions and prospects for future research are proposed.
文摘随着电网信息层和物理层的不断融通发展,信息流交互频繁,电力信息物理系统(CPS)面临巨大安全挑战,针对信息层的网络攻击传播至物理层,极易导致整个电力系统的崩溃。基于电力CPS的双层耦合结构,运用传播演化理论建立了一类新型的SIA IB RA RB网络攻击传播模型,描述了网络攻击在电力网络节点中的传播行为。运用动力学分析方法分析网络攻击对电力CPS的攻击力和影响范围,提供预判网络攻击破坏力的具体算法;运用偏秩相关系数法和三维关联偏微分方法对系统参数进行敏感度分析,研究发现电力CPS的网络结构和传播概率对网络安全性至关重要,通过2个仿真模拟验证了上述理论结果的正确性。以南方电网有限公司历次典型设计和典型造价为例,梳理了电力系统网络安全防护体系实际建设费用变化趋势,建议从3个角度对安全防护体系进行精准定位建设,在降低电力CPS造价成本的同时保证系统的安全性。研究结果可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。
文摘电力网与信息网的深度融合在增强电力系统能控性的同时,也使得系统抵御外界干扰的能力下降。首先,根据提出的节点负载与容量的负载重分配分配概率建立电力信息物理系统级联失效模型,研究不同耦合策略下的电力信息物理系统级联失效过程中的鲁棒性与能控性变化。其次,利用幸存负荷百分比的概念来量化电力网抵御级联失效的能力,并分析不同耦合策略和容量参数对电力信息物理系统(cyber-physical power systems,CPPS)的鲁棒性和能控性的影响。基于网络能控性理论提出电力节点重要度的评估方法,并且在IEEE39系统中进行验证。研究结果表明,电力网高介数节点与信息网高介数节点耦合形成的电力信息物理网络抗干扰能力更强,电力网节点容量参数比信息网节点容量参数对系统影响更大。
文摘随着电力系统的安全可靠运行越来越依赖于通信系统,时间延迟也成为影响电力信息物理系统同步的主要因素之一。针对具有双重时延的电力信息物理系统(cyber physical power system,CPPS)的同步问题,设计控制器解决时延对系统同步的影响。首先,搭建具有双重时延的电力信息物理系统模型,然后根据系统模型设计出控制器,并通过构造Lyapunov函数证明控制器的有效性。对于大规模的系统,提出自适应牵制同步控制器,即将控制器添加到按照结构熵筛选出的牵制节点集的节点。结构熵可以解决当节点度相同时牵制节点的选择问题。最后通过两个算例验证了所提方法的可行性。
