考虑针对变电站网络攻击风险的脆弱元件筛选方法

曹一家; 赵一睿; 李勇; 周东; 蔡晔; 施星宇

doi:10.7500/AEPS20221027003

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考虑针对变电站网络攻击风险的脆弱元件筛选方法

信息-物理-社会融合视角下的网络安全与隐私保护 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑针对变电站网络攻击风险的脆弱元件筛选方法
- Vulnerable Component Screening Method Considering Cyber-attack Risk in Substation
- 电力系统自动化 2023年47卷第8期页码：25-33
- 作者机构：
  
  1.湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市 410082
  2.长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市 410114
  3.湖南湘能电力股份有限公司，湖南省长沙市 410004
- 作者简介：
  
  曹一家(1969—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统安全与控制、大电网智能优化调度。E-mail：yjcao@csust.edu.cn
  赵一睿(1993—)，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：电网信息物理系统优化运行、电网网络安全。E-mail：yrzhao_sy@163.com
  李勇(1982—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统优化运行与控制、电能质量分析与控制。E-mail：yongli@hnu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U1966207)
- DOI：10.7500/AEPS20221027003
  中图分类号：
- 收稿：2022-10-27，
  
  修回：2023-03-05，
  
  网络出版：2023-03-23，
  
  纸质出版：2023-04-25
- 稿件说明：
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曹一家,赵一睿,李勇等.考虑针对变电站网络攻击风险的脆弱元件筛选方法[J].电力系统自动化,2023,47(8):25-33.

CAO Yijia,ZHAO Yirui,LI Yong,et al.Vulnerable Component Screening Method Considering Cyber-attack Risk in Substation[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(8):25-33.
曹一家,赵一睿,李勇等.考虑针对变电站网络攻击风险的脆弱元件筛选方法[J].电力系统自动化,2023,47(8):25-33. DOI： 10.7500/AEPS20221027003.

CAO Yijia,ZHAO Yirui,LI Yong,et al.Vulnerable Component Screening Method Considering Cyber-attack Risk in Substation[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(8):25-33. DOI： 10.7500/AEPS20221027003.

摘要

随着通信设备的广泛部署以及信息技术的不断发展，新型电力系统所面临的网络风险不可忽视。考虑攻击者从设备商提供的远程维护配置接口侵入，继而通过智能电子设备(IED)向断路器发送命令导致多条线路跳闸的过程，提出一种考虑网络风险的紧急故障筛选方法。首先，利用广义随机Petri网对变电站受到网络攻击的动态过程进行建模，计算变电站内不同异常状态的稳态概率。然后，给出电力系统所面临IED网络攻击风险的定义，并建立双层混合整数非线性模型来筛选可能被攻击的变电站、IED以及其所控制的线路。最后，基于对偶理论并结合取对数、分段线性化等线性化方法，将该双层模型转化为可由商业求解器Gurobi直接求解的单层混合整数线性优化模型。基于IEEE RTS 24节点和IEEE 118节点系统的算例分析结果验证了该方法的有效性，并证明了经典的

以及概率

双层混合整数优化模型不适用于IED网络攻击场景下的故障筛选。

Abstract

With the wide deployment of communication devices and the continuous development of information technologies

the cyber risk faced by the the new power system cannot be ignored. This paper proposes an emergency fault screening method considering cyber risks whose process is an attacker penetrating through a remote maintenance configuration interface provided by an equipment vendor and then sending commands to circuit breakers through intelligent electronic devices (IEDs) to cause multiple line trips. First

the generalized stochastic Petri net is adopted to model the dynamic process of the substation under cyber attack and calculate the steady-state probability of different abnormal states in the substation. Then

a definition of the risk to power systems from IED cyber attacks is given

and a two-layer mixed-integer nonlinear model is built to screen the substations

IEDs

and their controlled lines that are likely to be attacked. Finally

based on the dual theory and the combination of log-taking

piecewise linearization and other linearization methods

the two-layer model is transformed into a single-layer mixed-integer linear optimization model which can be directly solved by the commercial solver Gurobi. The case analysis results based on IEEE RTS 24-bus system and IEEE 118-bus system validate the effectiveness of the proposed method

and prove that the classical

and probabilistic

two-layer mixed-integer optimization models are not suitable for fault screening in IED cyber-attack scenarios.

关键词

Keywords

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