随着智能电网和能源互联网建设的不断推进,电力系统的自动化程度迅速提高,呈现出传感设备越来越多、网络连接越来越广泛的发展趋势,这极大的提高了电网的态势感知能力、控制实时性与灵活性。然而,电网中物理系统与信息系统的紧密耦合也使电网面临严重的网络攻击威胁。本文以电网状态估计及其应用中的数据注入攻击为研究对象,从攻击特性分析入手,挖掘电网具体应用场景中的特定攻击目标、攻击构造过程中的拓扑信息约束和攻击向量/矩阵的结构稀疏性。利用攻击者的特定攻击目标、拓扑信息约束和攻击的稀疏性,本文从攻击入侵阻止、攻击检测与辨识和攻击响应机制三个层面,设计系统安全防护方法,降低安全防护成本,增强对攻击的检测、辨识能力和电网的抗毁性。首先,针对基于测量集合防护的入侵阻止防护方法中所需保护的传感器个数过多,防护成本过大的问题,提出攻击者“激励消除”的测量节点防护方法,设计低成本的攻击入侵阻止防护方案。基于Stackelberg博弈架构,分析防御者-攻击者-系统三者之间的交互关系,设计测量节点保护的启发式搜索算法,在不降低安全防护性能的前提下,减少所需要保护的传感器个数,降低安全防护成本。其次,由于现有移动目标防御策略缺乏对攻击检测与辨识概率与电网配置参数切换之间关联的分析,导致现有检测方法的攻击检测概率较低。本文构造测量矩阵切换下的隐秘数据注入攻击模型,给出可用于计算的攻击检测和辨识条件。基于最大秩矩阵补充方法,设计传输线电抗切换策略,在不显著增加电网运行成本的前提下,显著提高对原有隐秘数据注入攻击的检测和辨识能力。第三,由于现有系统状态恢复方法依赖于固定位置攻击假设,在切换位置的数据注入攻击中上述方法对系统状态的恢复效果过于保守。本文构造基于结构稀疏性的攻击矩阵稀疏模型,分析系统状态可恢复条件,从理论上证明了切换位置攻击中所设计的系统状态动态恢复方法相对于现有固定位置状态恢复和静态状态恢复方法的优势。设计基于稀疏数据恢复的系统状态动态恢复方法,从被篡改的测量中恢复出系统真实状态,增强电网对切换位置攻击的抵抗力。通过研究电网数据注入攻击中的测量节点防护、攻击检测与辨识以及系统状态动态恢复方法,能够有效降低攻击入侵阻止的防护成本,增强对攻击的检测和辨识能力,并进一步实现对攻击的自动响应,保证攻击下电网的持续稳定运行。