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考虑攻击损益的电网CPS场站级跨空间连锁故障早期预警方法

汇报人：

2024-01-15

目录

contents

引言

电网CPS场站级跨空间连锁故障概述

考虑攻击损益的电网CPS场站级跨空间连锁故障模型

早期预警方法设计

实验验证与结果分析

总结与展望

01

引言

目前，国内外学者在电网CPS跨空间连锁故障预警方面已经取得了一定的研究成果，包括基于数据挖掘、复杂网络理论、深度学习等方法的研究。

随着人工智能、大数据等技术的不断发展，未来电网CPS跨空间连锁故障预警将更加智能化、精准化和实时化。

发展趋势

国内外研究现状

研究目标

本文旨在提出一种考虑攻击损益的电网CPS场站级跨空间连锁故障早期预警方法，以提高电网CPS的安全性和稳定性。

研究内容

首先，分析电网CPS跨空间连锁故障的传播机制和影响因素；其次，构建考虑攻击损益的电网CPS场站级跨空间连锁故障预警模型；最后，通过仿真实验验证所提方法的有效性和优越性。

研究意义

本文的研究结果将为电网CPS的安全稳定运行提供有力支持，同时对于推动相关领域的研究和发展具有重要意义。

02

电网CPS场站级跨空间连锁故障概述

指电网信息物理系统（CPS）中，由于物理空间和信息空间之间的交互作用，导致故障在两个空间中传播和扩散的现象。

跨空间连锁故障

特指在电网CPS中，涉及到场站级别的设备或系统发生的故障。这些故障可能对场站的正常运行和电网的稳定性产生严重影响。

场站级故障

由于信息系统中网络攻击、软件漏洞或硬件故障，导致物理系统的控制失效或误操作，进而引发连锁故障。

信息物理交互故障

物理系统中的设备故障或自然灾害等事件，通过信息系统的监测和控制，影响到其他场站或整个电网的稳定运行。

物理系统故障扩散

同时涉及信息系统和物理系统的故障，两者相互作用，导致故障的迅速扩散和放大。

复合型连锁故障

经济损失

连锁故障造成的停电和设备损坏，将给电力企业和社会带来巨大的经济损失。

电网稳定性下降

连锁故障可能导致电网的频率、电压等关键参数波动，严重时甚至引发大范围的停电事故。

社会影响

大规模的停电事故不仅影响人们的日常生活，还可能对交通、通信、医疗等关键基础设施造成严重影响，进而引发社会不稳定因素。

03

考虑攻击损益的电网CPS场站级跨空间连锁故障模型

包括攻击所需的技术、人力、物力等资源投入，以及可能面临的法律风险和惩罚。

攻击成本

指攻击成功后可能获得的利益，如窃取敏感信息、破坏关键设施等。

攻击收益

分析攻击成本和收益之间的关系，确定攻击的经济可行性。

损益平衡

03

连锁故障模拟

建立电网CPS场站级跨空间连锁故障模型，模拟故障的传播和影响过程。

01

故障传播机制

研究电网CPS场站级故障在物理空间和信息空间之间的传播路径和机制。

02

故障影响评估

分析故障对电网CPS系统的影响，包括电力供应中断、设备损坏、信息安全等方面。

数学建模

将电网CPS场站级跨空间连锁故障问题转化为数学问题，建立相应的数学模型。

优化算法

设计高效的优化算法，求解数学模型，得到最优的防御策略。

仿真实验

通过仿真实验验证模型的准确性和算法的有效性，为实际应用提供理论支持。

04

早期预警方法设计

电网状态指标

包括电压、频率、功率等电网实时运行数据，用于反映电网当前运行状态。

对收集到的电网状态、设备状态、攻击行为等数据进行清洗、去重、归一化等预处理操作。

数据预处理

特征提取

模型训练

模型评估

利用特征工程方法，从预处理后的数据中提取出与电网跨空间连锁故障相关的特征。

选择合适的机器学习算法，如随机森林、支持向量机等，利用提取的特征训练预警模型。

采用交叉验证、准确率、召回率等指标对训练好的预警模型进行评估和优化。

根据历史数据和专家经验，设定合理的预警阈值，以便在电网状态出现异常时及时触发预警。

预警阈值确定

设计完整的预警流程，包括数据收集、特征提取、模型预测、阈值判断、预警发布等环节，确保预警系统能够实时、准确地监测电网状态并发出预警信号。同时，建立完善的预警响应机制，对触发预警的情况进行及时处理和应对。

预警流程设计

05

实验验证与结果分析

采用公开的电网CPS数据集，包含电网拓扑结构、设备参数、历史运行数据等。

数据集来源

对数据进行清洗、去重、归一化等处理，提取与连锁故障相关的特征。

数据预处理

1

2

3

本文所提方法在不同攻击场景下均具有较高的预警准确率，相比传统方法有显著提升。

预警准确率

本文所提方法能够及时发现并预警潜在的连锁故障，为电网安全稳定运行提供有力保障。

预警时效性

在面对不同攻击强度和复杂度的攻击时，本文所提方法表现出较强的鲁棒性和适应性。

鲁棒性分析

06

总结与展望

研究背景和意义

阐述了电网CPS场站级跨空间连锁故障的研究背景和意义，指出当前电网面临的