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使用谱图神经网络增强智能电网中虚假数据注入攻击的检测
Enhancing Detection of False Data Injection Attacks in Smart Grid Using Spectral Graph Neural Network
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 工商业光伏 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 智能电网 虚假数据注入攻击 频谱图神经网络 频谱滤波器 性能提升 |
语言:
中文摘要
智能电网(SG)是电力行业中工业信息物理系统应用的典范。确保信息安全是智能电网的首要关切。然而,虚假数据注入攻击(FDIA)在操纵数据和损害智能电网功能方面构成了重大风险。现有的利用频谱关系检测虚假数据注入攻击的方法主要针对突变情况,无法应用于梳状信号变化。因此,为解决这一问题,本文引入了一种基于谱图神经网络的方法,利用伯恩斯坦多项式来近似谱图滤波器,以检测虚假数据注入攻击。通过神经网络训练得到的滤波器系数,能够创建适用于不同信号变化的梳状和高通谱滤波器。为评估我们模型的有效性,我们将其与其他最新方法进行对比,并在IEEE 14、30和118节点系统上进行了实验。结果表明,相对于最新模型,我们的模型平均性能提升了9.22%。
English Abstract
The smart grid (SG) exemplifies the utilization of industrial cyber physical systems within the electric power industry. Ensuring information security is an paramount concern in SG. However, false data injection attack (FDIA) poses considerable risk in manipulating data and compromising SG functions. The existing methods that utilize spectral relationships to detect FDIA primarily target sudden changes and cannot be applied to comb-shaped signal variations. So, addressing this issue, this article introduces a spectral graph neural network-based approach utilizing Bernstein polynomials to approximate spectral graph filters for detecting FDIA. The filter coefficients, obtained through neural network training, enabling to create comb-shaped and high-pass spectral filters applied to the different signal variations. To assess the efficacy of our model, we contrast it with other latest methods and conduct experiments on IEEE 14, 30, and 118 bus systems. The results show an average performance improvement 9.22% of our model relative to the latest models.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于谱图神经网络的虚假数据注入攻击检测技术具有重要的战略价值。随着公司光伏逆变器、储能系统在全球范围内大规模部署,设备接入智能电网后面临的网络安全威胁日益严峻。虚假数据注入攻击可能导致电网状态估计失准,进而影响我司设备的调度指令准确性,甚至引发系统性安全风险。
该技术的核心创新在于利用伯恩斯坦多项式逼近谱图滤波器,能够有效检测梳状信号变化形态的攻击,这突破了传统方法仅能识别突变型攻击的局限。对于阳光电源而言,这意味着可以在储能系统的能量管理系统(EMS)和光伏电站的监控平台中集成更智能的安全防护层,实时监测来自电网调度中心的数据完整性,保护设备免受恶意操控。
从技术成熟度评估,该方法在IEEE标准测试系统上表现出9.22%的性能提升,显示出良好的算法有效性,但距离工程化应用仍需验证大规模实时计算能力和误报率控制。技术挑战主要体现在:一是神经网络模型需要适配不同电网拓扑结构,我司产品覆盖从户用到地面电站的多种应用场景;二是边缘计算资源受限环境下的模型轻量化部署。
机遇方面,该技术可与公司正在推进的智慧能源管理平台深度融合,形成"设备层-通信层-应用层"的纵深防御体系,提升解决方案的安全附加值,特别是在对网络安全要求严格的欧美市场具有显著竞争优势。建议跟踪该技术发展,评估在下一代逆变器和储能系统中预集成安全检测模块的可行性。