电力信息物理系统风险与生存性研究

As information and communication technologies are widely applied in Smart Grid nowadays, power flow, business flow and information flow are tightly converged and form cyber-physical system, which makes a interdependent relationship between virtual cyber space and physical power grid space, and confronts overlaying risk from both cyber space and phyisical space that threaten secure operation of power gird.Firstly, a cyber-physical system model will be established in this project,researches on transmission merchanism from cyber space to physical space are also conducted. Cyberspace security risks that damages "three lines of defense" and its negative effects towards physical power gird are analysed. Secondly, a stability control model of power grid considering cyberspace risks will be proposed. Lastly, survivability of cyber-physical system under extreme conditions such as cyber war are analysed. By this project research, the bidirectional and interactive cyber-physical system model that combines virtual cyberspace and physical power gird is established.Both the transmission merchanism and propagation path, which is caused by important cyber risks, are discriminated. And a stability control model is propoesd for electric cyber-physical system. In this project, the risk assessment of electric power stability, which is fit for cyber attacks, is finished under cyber war.

随着信息通信技术在智能电网中被广泛应用，智能电网将实现电力流、业务流和信息流的高度融合，形成电力物理空间实体网络和信息空间虚拟网络相互依存并高度融合的电力信息物理系统。其将面临来自于信息空间和物理空间的双重风险，威胁电网安全稳定运行。本课题首先建立电力信息物理系统的模型，研究信息空间风险向物理空间的传播机制，重点分析危害电力系统安全"三道防线"的信息空间风险及传播路径，进而研究计及信息空间风险的电力系统稳定控制模型，最后研究网络战环境下电力信息物理系统的生存性。通过本项目的研究可完成全面覆盖信息空间与物理空间的电力信息物理系统建模，识别重大信息安全风险跨空间传播机制与路径，提出电力信息物理系统稳定控制模型，完成网络战环境下网络攻击引发的电力系统稳定性风险评估。

随着信息通信技术在电力系统的应用日趋广泛和深入，未来电力系统将以电力信息物理系统（Electric Cyber Physical Systems，ECPS）形态存在。本项目开展了ECPS中建模及仿真技术、安全风险评估、网络战环境下的生存性策略等研究工作，以期揭示其系统运行机理并阐述信息风险与电力系统故障的耦合关系，保障ECPS安全稳定运行：.1）利用OPNET探讨了ECPS信息空间建模方法，剖析了信息空间与电网物理系统的信息-物理交互机理，辨识了信息空间与电网物理系统拓扑交互的跨空间联动接口，研究了ECPS混合建模方法与数模混合仿真平台架构，探讨了电力系统模型和信息空间模型联合仿真的可行性和必要性。.2）辨识了ECPS中各类安全风险与脆弱性节点，研究了信息攻击与电力一次扰动之间的逻辑关系，阐述了跨空间连锁故障产生机理，借助细胞自动机推演了跨空间连锁故障在ECPS中的传播机制，提出了基于改进攻击图的跨空间连锁故障危害评估方法，推演了基于攻击损益原则的跨空间连锁故障倾向性选择概率模型，构建了考虑信息空间风险因素的电力系统故障模型，在基于CEPRI-36BUS的局部ECPS模型中模拟了典型跨空间连锁故障并量化分析其危害。.3）剖析了网络战对ECPS的攻击方式，研究了网络战场景中ECPS的脆弱性节点，在明确ECPS核心工作集合的基础上制定了ECPS在网络战环境下的生存性策略，提出了基于P2DR的整体防护框架与ECPS威胁态势评估方法。.借助上述研究工作，本项目得到以下主要结论：.1）信息空间与电网物理系统的深度融合体现在拓扑结构演化以及信息流-能量流相互驱动，建立信息空间模型与电网物理系统模型相互融合的ECPS混合模型有助于揭示ECPS运行机理；.2）在信息-物理融合条件下，信息攻击可引发电力系统一次故障形成跨空间连锁故障以破坏ECPS安全稳定运行，从信息-物理融合视角开展研究可有效揭示跨空间连锁故障的产生机理、传播机制、危害后果；.3）网络战环境下ECPS将面临更严峻的安全形势，构建基于P2DR的整体防护框架与ECPS威胁态势评估模型可一定程度提升ECPS抵御恶意攻击的能力。