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一种考虑信息-物理电力系统级联故障的新型攻击路径检测框架
A Novel Attack Path Detection Framework Considering Cascading Failures in an Interdependent Cyber–Physical Power System
| 作者 | Swati Agarwal · Ranjana Sodhi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 攻击路径 CAP检测框架 干扰攻击 级联效应 多因素决策分析 |
语言:
中文摘要
本文提出一种识别关键攻击路径(CAP)的新方法,该路径由攻击者可能依次利用的多个网络和物理组件组成,旨在对系统造成最大程度的破坏。所提出的关键攻击路径检测框架(CAPDF)考虑了干扰攻击,这种攻击会在各个网络层和物理层引发级联故障。该框架包含三个阶段,其中,阶段 1 识别系统中的关键物理线路和网络节点。由于网络组件和物理组件相互依赖,阶段 2 评估关键组件故障的级联效应。最后,阶段 3 根据多因素决策分析对关键故障序列进行排序。此外,利用随机模型和集成机制,使所提出的关键攻击路径检测框架能够有效应对系统条件中普遍存在的随机性。所提出的方案在 IEEE 14 节点系统和新英格兰 39 节点系统上,通过 MATLAB + NS3 联合仿真平台实现。
English Abstract
This article proposes a novel approach to identify the critical attack path (CAP), comprising of multiple cyber and physical components that an attacker may exploit sequentially, so as to cause maximum damage to the system. The proposed CAP detection framework (CAPDF) considers the jamming attack, which causes cascading failures on the individual cyber and physical layers. The framework involves three stages wherein, Stage-1 identifies the critical physical lines and cybernodes in the system. Due to the interdependence of the cyber and physical components, the cascaded effect of a critical component’s outage is evaluated in Stage-2. Finally, Stage-3 ranks the critical contingency sequence based on the multifactor decision analysis. Further, the proposed CAPDF is made robust against the stochastic nature prevailing in the system conditions, using a stochastic model and an ensembling mechanism. The proposed scheme is implemented using a MATLAB+NS3 co-simulation platform on the IEEE 14-bus system and the New England 39-bus system.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对信息物理融合电力系统(CPS)的关键攻击路径检测技术具有重要的战略价值。随着公司光伏逆变器、储能系统等产品日益智能化和网联化,设备通过SCADA系统、云平台进行实时监控和调度,信息层与物理层的深度耦合使系统面临新型网络安全威胁。
该论文提出的CAPDF框架通过三阶段方法识别级联故障路径,对阳光电源构建纵深防御体系具有直接借鉴意义。在大型光伏电站和储能电站场景中,单一设备的网络攻击可能通过通信网络传播,触发物理层连锁反应,导致大规模脱网事故。该技术能够提前识别系统中的脆弱节点组合,这对优化阳光电源iSolarCloud智慧能源管理平台的安全架构、增强逆变器和储能变流器的抗干扰能力具有实践价值。
从技术成熟度看,该研究基于MATLAB+NS3联合仿真平台,在IEEE标准测试系统上验证,属于理论研究向工程应用过渡阶段。阳光电源可考虑将其核心算法集成到产品安全测试流程中,特别是在虚拟电厂、微电网等复杂场景的方案设计阶段进行风险评估。
主要挑战在于:实际新能源系统的拓扑复杂度远超测试系统,计算实时性要求高;需要与公司现有的设备保护逻辑、通信协议深度适配。但这同时也是技术机遇——若能率先将此类预测性安全技术产品化,将显著提升阳光电源在高安全等级项目(如电网侧储能、关键基础设施供电)中的竞争力,并可形成差异化的安全解决方案服务能力。