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风电变流技术
★ 5.0
一种防御风力发电系统零动态攻击的方法
A Defense Method Against Zero-Dynamics Attack on Wind Power System
| 作者 | Heng Zhang · Qiang Cheng · Xin Wang · Chensheng Liu · Endong Liu · Jian Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风力发电系统 零动态攻击 不稳定零点 防御方法 电子可调无源元件 |
语言:
中文摘要
随着风力发电系统规模不断扩大、复杂度日益增加,网络安全措施的必要性愈发凸显,尤其是考虑到零动态攻击所带来的威胁不断升级。遗憾的是,当连续时间系统的相对阶大于 2 且采样周期较小时,采样数据系统不可避免地会引入不稳定零点,使其易受攻击者的攻击。同时,传统的基于输出的系统监测方法难以检测到此类攻击。目前主流的方法是采用广义保持器或广义采样器来实现零点迁移,但实施起来颇具挑战性。在本文中,我们提出了一种基于电可调无源元件的防御方法来应对这一挑战。该方法通过引入增益调度,并结合电可调无源元件的实时参数调整功能来移动系统的不稳定零点,从而有效抵御零动态攻击。仿真结果表明,这种防御方法能够提高风力发电系统抵御零动态攻击的能力。
English Abstract
As wind power systems expand in size and complexity, the imperative for cyber security measures becomes increasingly critical, especially in light of the escalating threat posed by the zero-dynamics attack. Unfortunately, when the relative degree of a continuous-time system is greater than two and the sampling period is small, the sampled-data system will inevitably introduce unstable zeros, making it vulnerable to attackers. Meanwhile, it is difficult for traditional output-based system monitoring methods to detect such attacks. The current mainstream approach employs the generalized hold or generalized sampler to achieve zero shifting, but the implementation is challenging. In this article, we propose a defense method based on electronically tunable passive components to address this challenge. The method effectively defends against the zero-dynamics attack by introducing a gain-scheduling combined with the real-time parameter adjustment function of the electronically tunable passive components to move the unstable zeros of the system. Simulation results show that this defense method can improve the ability of the wind power system to resist zero-dynamics attack.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对风电系统零动态攻击的防御技术具有重要的跨领域应用价值。虽然研究聚焦风电领域,但其核心思想——通过电子可调无源元件防御采样数据系统不稳定零点漏洞——与我司光伏逆变器、储能变流器等产品面临的网络安全挑战高度相关。
当前我司大型地面电站、工商业储能系统普遍采用数字控制架构,在高采样频率下同样存在相对阶数大于二导致的不稳定零点问题,这为零动态攻击创造了理论可能。传统基于输出监测的异常检测方法难以识别此类隐蔽攻击,而论文提出的增益调度结合实时参数调整方案提供了新思路。相比广义保持器或采样器的复杂实现,电子可调无源元件(如数字电位器、可变电容)具有更好的工程可行性。
该技术对我司产品线具有三方面价值:一是可增强1500V大功率逆变器的网络韧性,满足欧美市场日益严格的网络安全认证要求;二是为储能系统PCS控制器提供硬件级防护层,这在电网侧储能参与调频调峰等关键应用中尤为重要;三是可融入我司iSolarCloud等能源管理平台的边缘安全架构。
技术挑战主要在于:电子可调元件的响应速度能否匹配实时零点迁移需求,增益调度算法在多工况下的鲁棒性验证,以及额外硬件成本的商业可接受性。建议我司中央研究院跟踪该技术发展,优先在高安全等级的电网侧储能产品中开展预研验证,结合IEC 62443等标准构建差异化竞争优势。随着新能源设备网络攻击事件增多,此类主动防御技术的市场需求将快速增长。