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随着通信和信息技术的广泛应用,电力系统已经逐渐发展为电网信息物理系统。通信和信息技术提升了电网的控制能力,但网络攻击入侵信息侧进而威胁电网安全稳定运行的可能性增大,网络攻击通过恶化甚至瘫痪电力通信业务降低电网的运行的安全性和稳定性,因此,随着电网侧对信息侧的依赖程度不断加深,提升电网信息物理系统应对网络攻击的能力势在必行。
当前,大量针对网络攻击的电网防御策略和方法不断被提出,但是网络攻击成功入侵电网信息物理系统的事件仍时有发生,由此可知,存在实时运行层面无法防御网络攻击、或者防御网络攻击代价大可能性。因此,针对电网信息物理系统的生存性展开研究十分有必要。本文基于电网信息物理系统信息侧和电网侧的交互影响,以及遭受网络攻击时的信息侧特性分析,提出信息侧生存性规划指标,建立信息侧防御资源规划模型和信息侧网络拓扑结构规划模型,提出了应对网络攻击的电网信息物理系统信息侧生存性规划方法。主要工作如下:
首先,阐述了电网信息物理系统信息侧特有的生存性基本概念和规划需求,分析了电网侧和信息侧在遭受网络攻击情况下的相互影响,分析了电网信息物理系统对生存性的需求。在此基础上,研究了网络攻击在电网信息物理系统中的传播方式和影响,针对电网信息物理系统被网络攻击入侵时的状态变化,以电网信息物理系统信息侧的状态数据为基础,提出了网络攻击下电网信息物理系统信息侧生存性评价指标体系,考虑了网络攻击入侵全过程的状态变化,对电网信息物理系统信息侧生存性进行了评估。
然后,结合信息侧的各类防御资源及其作用,提出了一种提高电网信息物理系统信息侧生存性能力的防御资源配置方法。以关键业务的执行情况来表征系统的生存性能力,并将关键业务分解为原子服务,基于此过程将电网信息物理系统生存性指标的计算分解成为对各原子服务的生存性指标计算。通过仿真模拟原子服务上配置的防御资源的防御效果,得到了网络攻击入侵时原子服务的运行状态,结合系统、关键业务和原子服务的关系计算指标评估生存性能力。以生存性能力最优为目标,提出了电网信息物理系统信息侧生存性最优的防御资源配置方案,并考虑了防御资源的成本和数量约束。基于一种改进的遗传算法,提出了电网信息物理系统信息侧生存性防御资源配置模型的求解方法。最后,以基于IEEE-30节点系统建立的电网信息物理系统为例,对电网信息物理系统信息侧生存性防御资源规划方法进行了验证。
最后,针对网络攻击的传播过程,提出一种电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划方法。由于传统的信息侧网络拓扑规划一般不考虑网络攻击因素,规划得到的网络拓扑可能存在防御攻击网络的缺陷的问题,提出了电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划框架,提出了应对网络攻击的电网信息物理系统信息侧网络拓扑规划方法。筛选了针对网络攻击的信息侧网络拓扑的生存性评价指标和兼顾电网侧可靠性运行的信息侧生存性评价指标,提出了以提升电力通信业务可靠性和降低网络攻击可达性为目标的多目标优化模型,提出了基于博弈论方法的模型求解方法。通过算例仿真,验证了提出的电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划方法的有效性和实用性。
当前,大量针对网络攻击的电网防御策略和方法不断被提出,但是网络攻击成功入侵电网信息物理系统的事件仍时有发生,由此可知,存在实时运行层面无法防御网络攻击、或者防御网络攻击代价大可能性。因此,针对电网信息物理系统的生存性展开研究十分有必要。本文基于电网信息物理系统信息侧和电网侧的交互影响,以及遭受网络攻击时的信息侧特性分析,提出信息侧生存性规划指标,建立信息侧防御资源规划模型和信息侧网络拓扑结构规划模型,提出了应对网络攻击的电网信息物理系统信息侧生存性规划方法。主要工作如下:
首先,阐述了电网信息物理系统信息侧特有的生存性基本概念和规划需求,分析了电网侧和信息侧在遭受网络攻击情况下的相互影响,分析了电网信息物理系统对生存性的需求。在此基础上,研究了网络攻击在电网信息物理系统中的传播方式和影响,针对电网信息物理系统被网络攻击入侵时的状态变化,以电网信息物理系统信息侧的状态数据为基础,提出了网络攻击下电网信息物理系统信息侧生存性评价指标体系,考虑了网络攻击入侵全过程的状态变化,对电网信息物理系统信息侧生存性进行了评估。
然后,结合信息侧的各类防御资源及其作用,提出了一种提高电网信息物理系统信息侧生存性能力的防御资源配置方法。以关键业务的执行情况来表征系统的生存性能力,并将关键业务分解为原子服务,基于此过程将电网信息物理系统生存性指标的计算分解成为对各原子服务的生存性指标计算。通过仿真模拟原子服务上配置的防御资源的防御效果,得到了网络攻击入侵时原子服务的运行状态,结合系统、关键业务和原子服务的关系计算指标评估生存性能力。以生存性能力最优为目标,提出了电网信息物理系统信息侧生存性最优的防御资源配置方案,并考虑了防御资源的成本和数量约束。基于一种改进的遗传算法,提出了电网信息物理系统信息侧生存性防御资源配置模型的求解方法。最后,以基于IEEE-30节点系统建立的电网信息物理系统为例,对电网信息物理系统信息侧生存性防御资源规划方法进行了验证。
最后,针对网络攻击的传播过程,提出一种电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划方法。由于传统的信息侧网络拓扑规划一般不考虑网络攻击因素,规划得到的网络拓扑可能存在防御攻击网络的缺陷的问题,提出了电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划框架,提出了应对网络攻击的电网信息物理系统信息侧网络拓扑规划方法。筛选了针对网络攻击的信息侧网络拓扑的生存性评价指标和兼顾电网侧可靠性运行的信息侧生存性评价指标,提出了以提升电力通信业务可靠性和降低网络攻击可达性为目标的多目标优化模型,提出了基于博弈论方法的模型求解方法。通过算例仿真,验证了提出的电网信息物理系统信息侧网络拓扑结构规划方法的有效性和实用性。