电力信息物理融合系统抗毁性及动态攻防博弈研究

论文摘要

信息技术的快速发展,电力系统逐渐发展成为一次物理系统和二次信息系统高度融合的电力信息物理融合系统（cyber physical system,CPS）。信息技术使得电力系统变得更加高效和智能的同时,也带来了一定风险,增加了系统的脆弱性。传统的电力系统研究仅以一次系统为对象,无法融合异质的信息系统,而目前,关于电力CPS的研究才刚刚起步,许多问题尚待解决。为进一步接近实际电力系统特性,本文首先建立了基于地理位置的空间电力CPS模型;然后采用物理攻击方式研究了不同攻击下电力CPS的级联失效过程;最后,考虑实际的动态攻防过程,基于攻防博弈研究了不同攻击和防护策略对电力CPS级联失效的影响。主要内容如下:（1）建立考虑地理位置的空间电力CPS模型。通过对空间网络和实际电力系统结构的分析,分别从电力网结构、信息网结构、电力-信息耦合关系等三个方面进行研究,构建了考虑地理位置的空间电力CPS静态模型;考虑信息网的分层连通性判断以及电力系统的直流潮流级联失效过程,构建了空间电力CPS的动态模型。（2）研究物理攻击对空间电力CPS抗毁性的影响。通过对电力CPS特点的分析,建立了其遭受攻击后稳定时的抗毁性评价指标,研究了电力网攻击、信息网攻击和区域攻击等三个方面对电力CPS抗毁性的影响,并改变物理攻击方式,比较与分析了随机攻击与蓄意攻击时电力CPS抗毁性的差异,指出系统相应的薄弱环节和保护措施。（3）动态攻防博弈下的电力CPS抗毁性研究。通过分析电力CPS遇到的攻击和防御过程,研究了攻防双方可采用的策略集合,建立了防-攻-防三层规划的攻防博弈模型,制定了详细的攻防博弈实验流程。通过对线路的资源分配,研究了电力网和信息网分别遭受攻击时电力CPS的脆弱性变化,以及区域物理攻击下的攻防博弈过程。本文建立了基于地理位置的空间电力CPS模型,并通过物理攻击和攻防博弈等方法研究了电力系统的级联失效过程,获得系统的薄弱环节和防御方法。相关研究和结果能帮助更好地理解电力CPS的耦合机制,为新一代智能电力系统的安全保护提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 论文选题的背景与意义
•   1.2 国内外研究现状与发展趋势
•     1.2.1 复杂网络抗毁性
•     1.2.2 相互依存网络和电力CPS
•     1.2.3 攻防博弈及其在电力系统的应用
•   1.3 论文结构安排
•     1.3.1 研究现状分析与创新点
•     1.3.2 研究内容与章节安排
• 第2章 电力CPS建模
•   2.1 电力CPS概述
•   2.2 电力CPS静态模型
•     2.2.1 电力网络结构
•     2.2.2 信息网络结构
•     2.2.3 基于位置信息的信息网社团划分
•     2.2.4 电力信息耦合关系
•   2.3 电力CPS动态模型
•     2.3.1 基于直流潮流的电力级联失效过程
•     2.3.2 基于分层结构的信息网连通判断
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于物理攻击的电力CPS抗毁性研究
•   3.1 攻击方式与评价指标
•     3.1.1 物理攻击方式
•     3.1.2 抗毁性评价指标
•   3.2 电力网攻击对电力CPS抗毁性的影响
•     3.2.1 电力边攻击
•     3.2.2 电力节点攻击
•     3.2.3 信息网调度对电力CPS抗毁性的影响
•   3.3 信息网攻击对电力CPS抗毁性的影响
•     3.3.1 信息边攻击
•     3.3.2 信息节点攻击
•   3.4 区域物理攻击对电力CPS抗毁性的影响
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于攻防博弈的电力CPS抗毁性研究
•   4.1 电力CPS的动态攻防博弈
•     4.1.1 博弈论基础
•     4.1.2 电力CPS攻防博弈模型
•     4.1.3 多阶段攻防博弈流程
•   4.2 算例分析
•     4.2.1 基于电力边攻击的攻防博弈研究
•     4.2.2 基于信息节点攻击的攻防博弈研究
•     4.2.3 基于区域攻击的攻防博弈研究
•   4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨琛

导师: 方彦军

关键词: 空间电力,抗毁性,动态攻防博弈,区域攻击

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,电力工业

单位: 武汉大学

分类号: TM73;O225

总页数: 66

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