基于博弈论的电力广域控制系统信息安全建模和分析方法研究

Currently, advanced communication and remote control technologies are widely applied in the power sytems, which are evolving into complicate cyber-physical systems. These advanced remote controls endow the ability of close-loop self-optimization to power systems. However, the malicious cyber attacks to industry remote control systems continus threatening the security and stability of the power system. Therefore,based on the game theory, this project will develop new methods to asscess the cyber-security vulnerability of remote control systems in power system as well as to enhance their defense to various cyber attacks. The main contributions of this project include cyber attack and defence models based on the game theory, an effiecient algorithm for seeking the game equilibriums, and methods of cyber-security risk assessment and optimal defense strategies. The research results from this project will certainly support the construction of the advanced and proactive cyer-security defence system of the furture power system.

近年来，基于先进的通信和控制技术，电力广域控制系统得到了长足发展，提升了电力系统自趋优调控能力。针对电力广域控制系统的信息网络攻击不仅削弱了电力系统自趋优调控能力，更可引发大规模停电事故。为了抵御信息攻击，确保电力系统安全、优质、经济运行，亟需发展电力广域控制系统信息安全的分析和改善方法。本项目将应用博弈论研究电力系统中广域控制系统的信息安全攻防策略，从模型研究、算法研究、算法应用三个方面展开研究工作，建立广域控制系统信息安全攻防博弈模型，设计攻防博弈均衡点的高效求解算法，提出电力广域控制系统的信息安全评估和提升方法，为智能电网的信息安全的预警机制、风险评估以及主动防御提供有力的决策依据。

近年来，基于先进的通信和控制技术，电力系统广域控制系统得到了长足发展，提升了电力系统自趋优调控能力。针对电力广域控制系统的信息网络攻击不仅削弱了电力系统自趋优调控能力，更可引发大规模停电事故。为了抵御信息攻击，确保电力系统安全、优质、经济运行，亟需发展电力广域控制系统信息安全的分析和改善方法。本项目的研究内容包括：1）分析信息攻击下电力广域控制系统失效机理，建立电力广域控制系统信息安全攻防博弈模型；2）设计信息安全博弈均衡策略高效求解算法，合理预测信息攻击目标和方式；3）提出有效的广域控制系统信息安全评估和提升方法，为强化信息-物理电力系统安全提供基础理论和实用工具。经过四年的研究，项目组顺利地完成了既定的研究工作，实现了期望的研究目标，提出了电力广域控制系统信息安全攻防博弈模型和求解方法，并在此基础上探索了不同的攻击和防御策略。最后提出了基于图上博弈的电网脆弱性指标，为从整体上理解电力广域控制系统的安全攻防博弈以及提高电力系统信息安全提供了关键技术手段。.项目的科学意义体现在两个方面。首先，项目丰富了电力系统信息安全研究的内涵和外延，创造性地将人工智能技术引入了电力信息安全攻防决策中，提出了基于强化学习的信息攻击方法和基于数据驱动的信息攻击检测方法，削弱了信息攻防双方对知识和信息的依赖，使得攻防举措更加贴近实际，更具功效；其次，项目揭示了信息安全两阶段攻防博弈的基本规律，尤其是提出了入侵和防御的博弈模型，通过动态博弈和图上博弈模型，刻画了长期威胁的演化发展机理，为电力系统信息安全评估和提升奠定了理论基础。