面向电网协同攻击的信息物理安全控制和响应机制

As one of the critical cyber-physical infrastructures, the severity, number and complexity of coordinated attacks on smart grids are rapidly increasing. Additionally, the interaction of computing systems and physical systems, and fast-spreading cyber intrusions in critical cyber-physical infrastructures signify requiring a unified framework for intrusion detection, security control and automated response techniques. This project focus on developing a cyber-physical security protection approach for a class of wide-area monitoring systems of smart grids, resulting in systems that can adaptively react against malicious coordinated attacks and automatically response themselves. Our major objectives include building cyber and physical state information related attack detection framework, designing attack resilient control algorithms, providing attack-induced anomaly response mechanism to guarantee continuous operation of the attacked smart grids. The project shall enable the breakthrough on dynamic state estimation and specification-based intrusion detection, result in integrated security control and attack response technology, which will provide both theoretical and technical supports for the safe operation of smart grids.

智能电网等信息物理融合的关键基础设施面临协同攻击事件日益增多、攻击的复杂性和严重程度不断增加的问题。此外，针对信息物理融合系统中信息与物理的耦合性以及信息攻击传播的快速性，亟需建立统一的框架，实现入侵检测，安全控制与自动响应技术的一体化设计。本项目以智能电网广域监控系统为研究对象，深入研究信息物理安全防护方法，提高系统对协同攻击的自适应性与响应能力。项目的主要研究目标：构建综合利用网络和物理状态信息的攻击检测架构，设计攻击弹性控制算法，提出攻击诱导异常事件响应机制，保证电网在攻击入侵情形下的连续运行。本项目有望在智能电网动态状态估计、基于规范的入侵检测、安全控制与响应机制一体化技术等方面取得新进展，为智能电网的安全运营提供理论和技术保障。

本项目以智能电网广域监控系统为研究对象，围绕协同攻击的随机性和隐蔽性，开展信息物理融合系统安全防护理论研究，主要包含信息物理安全状态监测，攻击弹性安全控制和攻击诱导异常响应机制三个方面，围绕上述研究内容，本项目提出了基于关键节点防护与传输线电抗切换的攻击防护与检测方法，实现了对隐蔽性攻击的防御与检测；提出了基于攻击模型的事件触发自适应安全控制策略，给出了系统承受攻击的能量上界显性表达式及系统渐近稳定的充分条件，实现了对协同攻击的弹性安全控制；针对攻击诱导下的电网电压波动问题及能量供需不匹配问题，提出了分段控制和分层优化调度策略，可以快速且连续地调节电压偏差的同时，保证能量供需平衡，加强了攻击下系统的抗毁性。在仿真验证环节，完成了双微网系统的搭建，可以实现负荷配比的环流控制响应机制及双微网间的能量协同优化调度的仿真验证。综上，本项目实现了对协同攻击的“早发现、早预防与快速响应”，可以为电网的安全可靠运行和快速响应机制提供一定的理论基础和关键技术支撑。