基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测

吴英俊; 汝英涛; 刘锦涛; 施展宇; 顾松; 倪明

doi:10.7500/AEPS20210525006

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基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测

面向现代电力系统的数据驱动方法 | 更新时间：2025-06-16

- 基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测
- False Data Injection Attack Detection for Automatic Generation Control System Based on Set-membership Filtering
- 电力系统自动化 2022年46卷第1期页码：33-41
- 作者机构：
  
  1.河海大学能源与电气学院，江苏省南京市 211100
  2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  吴英俊(1985—)，男，通信作者，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：电力信息物理系统、电力系统经济与市场、主动配电网与微电网。E-mail：yingjunwu@hotmail.com
  汝英涛(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力信息物理系统。E-mail：electric_ruyt@126.com
  刘锦涛(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力信息物理系统、综合能源经济调度与电力市场。E-mail：jintao_liu_edu@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U1866209)
- DOI：10.7500/AEPS20210525006
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-05-25，
  
  修回日期：2021-09-18，
  
  网络出版日期：2021-11-19，
  
  纸质出版日期：2022-01-10
- 稿件说明：
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吴英俊,汝英涛,刘锦涛等.基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测[J].电力系统自动化,2022,46(1):33-41.

WU Yingjun,RU Yingtao,LIU Jintao,et al.False Data Injection Attack Detection for Automatic Generation Control System Based on Set-membership Filtering[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):33-41.
吴英俊,汝英涛,刘锦涛等.基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测[J].电力系统自动化,2022,46(1):33-41. DOI： 10.7500/AEPS20210525006.

WU Yingjun,RU Yingtao,LIU Jintao,et al.False Data Injection Attack Detection for Automatic Generation Control System Based on Set-membership Filtering[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):33-41. DOI： 10.7500/AEPS20210525006.

摘要

随着先进通信与信息技术的广泛应用，虚假数据注入攻击已成为威胁自动发电控制系统安全的重要因素之一。网络攻击的检测是防御的首要任务，文中提出了一种基于集员滤波的自动发电控制系统虚假数据注入攻击检测方法。首先，针对自动发电控制系统中虚假数据注入攻击的影响进行了分析，并建立了互联电网自动发电控制系统模型以及虚假数据注入攻击的模型。其次，基于实时自动发电控制系统的控制指令以及测量数据，对自动发电控制系统椭球集进行预测更新和测量更新，通过判断预测更新椭球集与测量更新椭球集之间是否存在交集，检测系统的数据传输中可能存在的虚假数据注入攻击。最后，在IEEE标准双区域互联电网中验证了所提方法的有效性。

Abstract

With the wide application of advanced communication and information technology

the false data injection (FDI) attack has become one of the important factors which threat the security of automatic generation control (AGC) system. The detection of cyber-attacks is a priority for defense. This paper proposes a method of FDI attack detection for AGC system based on the set-membership filtering. Firstly

this paper analyzes the influence of the FDI attacks in AGC systems

and establishes a model of AGC system of interconnected power grids and a model of FDI attacks. Secondly

based on the real-time control commands and measurement data

the prediction update and measurement update of the AGC system ellipsoid set are performed. By determining whether there is an intersection between the prediction update ellipsoid set and the measurement update ellipsoid set

the possible FDI attacks in the data transmission of the system are detected. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified in the IEEE dual-area interconnected grid.

关键词

Keywords

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胡泽春，罗浩成 . 大规模可再生能源接入背景下自动发电控制研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

HU Zechun ， LUO Haocheng . Research status and prospect of automatic generation control with integration of large-scale renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

李泽科，陈泽文，王春艳，等 . 电力监控系统的网络安全威胁溯源技术研究［J］. 电力工程技术， 2020 ， 39 （ 2 ）： 166 - 172 .

LI Zeke ， CHEN Zewen ， WANG Chunyan ， et al . Network security threat tracing technology of power monitoring system ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2020 ， 39 （ 2 ）： 166 - 172 .

徐飞阳，薛安成，常乃超，等 . 电力系统自动发电控制网络攻击与防御研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 3 ）： 3 - 14 .

XU Feiyang ， XUE Ancheng ， CHANG Naichao ， et al . Research status and prospect of cyber attack and defense on automatic generation control in power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 3 - 14 .

ALI S ， LI Y C . Learning multilevel auto-encoders for DDoS attack detection in smart grid network ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 108647 - 108659 .

SARGOLZAEI A ， YEN K K ， ABDELGHANI M N . Preventing time-delay switch attack on load frequency control in distributed power systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 2 ）： 1176 - 1185 .

王琦，邰伟，汤奕，等 . 面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述［J］. 自动化学报， 2019 ， 45 （ 1 ）： 72 - 83 .

WANG Qi ， TAI Wei ， TANG Yi ， et al . A review on false data injection attack toward cyber-physical power system ［J］. Acta Automatica Sinica ， 2019 ， 45 （ 1 ）： 72 - 83 .

LIANG G Q ， WELLER S R ， ZHAO J H ， et al . The 2015 Ukraine blackout： implications for false data injection attacks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 3317 - 3318 .

CHEN C Y ， ZHANG K F ， YUAN K ， et al . Novel detection scheme design considering cyber attacks on load frequency control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2018 ， 14 （ 5 ）： 1932 - 1941 .

BI W J ， ZHANG K F ， LI Y P ， et al . Detection scheme against cyber-physical attacks on load frequency control based on dynamic characteristics analysis ［J］. IEEE Systems Journal ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 2859 - 2868 .

SRIDHAR S ， GOVINDARASU M . Model-based attack detection and mitigation for automatic generation control ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 2 ）： 580 - 591 .

ROY S D ， DEBBARMA S . Detection and mitigation of cyber-attacks on AGC systems of low inertia power grid ［J］. IEEE Systems Journal ， 2020 ， 14 （ 2 ）： 2023 - 2031 .

程立，徐东方，曾凯，等 . 电能质量终端信息安全设计及应用［J］. 电力工程技术， 2020 ， 39 （ 6 ）： 26 - 33 .

CHENG Li ， XU Dongfang ， ZENG Kai ， et al . Design and application of power quality terminal information security ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2020 ， 39 （ 6 ）： 26 - 33 .

范洁，杨世海，武文广，等 . 基于组合赋权的非介入式终端辨识能力灰色TOPSIS评价［J］. 电力工程技术， 2020 ， 39 （ 6 ）： 110 - 116 .

FAN Jie ， YANG Shihai ， WU Wenguang ， et al . Grey TOPSIS evaluation of non intrusive terminal identification ability based on combination weighting ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2020 ， 39 （ 6 ）： 110 - 116 .

AMELI A ， HOOSHYAR A ， YAZDAVAR A H ， et al . Attack detection for load frequency control systems using stochastic unknown input estimators ［J］. IEEE Transactions on Information Forensics and Security ， 2018 ， 13 （ 10 ）： 2575 - 2590 .

AMELI A ， HOOSHYAR A ， EL-SAADANY E F ， et al . Attack detection and identification for automatic generation control systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 4760 - 4774 .

KHALAF M ， YOUSSEF A ， EL-SAADANY E . Joint detection and mitigation of false data injection attacks in AGC systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 5 ）： 4985 - 4995 .

王子赟，徐桂香，刘子幸，等 . 基于正多胞体线性规划的滤波故障诊断方法［J］. 控制与决策， 2020 ， 35 （ 4 ）： 807 - 815 .

WANG Ziyun ， XU Guixiang ， LIU Zixing ， et al . Orthotopic linear programming filtering based fault diagnosis method ［J］. Control and Decision ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 807 - 815 .

HUANG T ， SATCHIDANANDAN B ， KUMAR P R ， et al . An online detection framework for cyber attacks on automatic generation control ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6816 - 6827 .

史雨茹 . 基于集员估计方法的主动故障检测［D］. 北京：北京化工大学， 2020 .

SHI Yuru . Active fault detection based on set-membership approach ［D］. Beijing ： Beijing University of Chemical Technology ， 2020 .

MOUSAVINEJAD E ， YANG F W ， HAN Q L ， et al . A novel cyber attack detection method in networked control systems ［J］. IEEE Transactions on Cybernetics ， 2018 ， 48 （ 11 ）： 3254 - 3264 .

周波，钱堃，马旭东，等 . 一种新的基于保证定界椭球算法的非线性集员滤波器［J］. 自动化学报， 2013 ， 39 （ 2 ）： 150 - 158 .

ZHOU Bo ， QIAN Kun ， MA Xudong ， et al . A new nonlinear set membership filter based on guaranteed bounding ellipsoid algorithm ［J］. Acta Automatica Sinica ， 2013 ， 39 （ 2 ）： 150 - 158 .

CHERNOUSKO F L ， ROKITYANSKII D Y . Ellipsoidal bounds on reachable sets of dynamical systems with matrices subjected to uncertain perturbations ［J］. Journal of Optimization Theory and Applications ， 2000 ， 104 （ 1 ）： 1 - 19 .

TANAKA T ， LANGBORT C . Symmetric formulation of the S-procedure， Kalman-Yakubovich-Popov Lemma and their exact losslessness conditions ［J］. IEEE Transactions on Automatic Control ， 2013 ， 58 （ 6 ）： 1486 - 1496 .

李扬，李智，陈亮，等 . 发电机动态状态估计中的一种虚假数据注入攻击方法［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1476 - 1488 .

LI Yang ， LI Zhi ， CHEN Liang ， et al . A false data injection attack method for generator dynamic state estimation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1476 - 1488 .

SIRITEANU C ， TAKEMURA A ， KURIKI S ， et al . Schur complement based analysis of MIMO zero-forcing for rician fading ［J］. IEEE Transactions on Wireless Communications ， 2015 ， 14 （ 4 ）： 1757 - 1771 .

朱泽安，王承民，马明，等 . 基于拉格朗日函数鞍距分配的广义内点法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 5 ）： 18 - 24 .

ZHU Zean ， WANG Chengmin ， MA Ming ， et al . Generalized interior-point method based on Lagrange function saddle space distribution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 18 - 24 .

阳育德，蓝水岚，覃智君，等 . 电力信息物理融合系统的网络-物理协同攻击［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 2 ）： 97 - 103 .

YANG Yude ， LAN Shuilan ， QIN Zhijun ， et al . Coordinated cyber-physical attacks of cyber-physical power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 97 - 103 .

刘鑫蕊，吴泽群 . 面向智能电网的空间隐蔽型恶性数据注入攻击在线防御研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2546 - 2559 .

LIU Xinrui ， WU Zequn . Online defense research of spatial-hidden malicious data injection attacks in smart grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2546 - 2559 .

李元诚，曾婧 . 基于改进卷积神经网络的电网假数据注入攻击检测方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 20 ）： 97 - 104 .

LI Yuancheng ， ZENG Jing . Detection method of false data injection attack on power grid based on improved convolutional neural network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 97 - 104 .

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