配电网CPS信息系统异常检测与半实物仿真研究

随着配电网系统设备类型与物理架构的日益复杂,以及数字化与信息化程度的不断提高,传统的配电网已经转变为电力、信息深度融合的配电网信息物理系统(Cyber Physical System,CPS),并由此产生了诸多里待解决的新问题。其中,由于配电网CPS中信息通信技术与设备的大规模应用,以及需求侧响应功能的广泛开展,信息安全已经成为了决定现代配电网安全稳定运行中不容忽视的重要问题。然而,目前配电网CPS信息安全的研究尚处于起步阶段,缺少相关的研究方法与实验平台。本文针对配电网CPS中信息系统的异常检测与半实物仿真,进行了初步的研究,主要工作如下:(1)分析了现有配电网CPS信息安全的研究内容与存在的问题。首先,从研究背景、国内外研究现状等方面,概述了配电网CPS信息安全的相关研究内容;其次,在介绍我国的电力信息安全架构的基础上,分析了当前配电网CPS信息安全方面所面临的潜在威胁;最后,提出了本文的研究内容与思路。(2)提出了一种基于时间序列提取和维诺图的信息系统异常数据检测方法。首先,利用基于重要点分段的时间序列提取方法,将高维数据进行降维处理,并将其映射到二维平面上,从而降低了数据处理的复杂度;其次,基于维诺图方法,通过构造维诺图分区实现了异常数据点的快速、准确检测;最后,以负荷终端遭受攻击导致负荷大幅波动为例,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。该针对电力数据异常检测的方法,亦作为第四章配电网CPS半实物混合仿真平台中的底层控制器DSP中的内置算法。(3)介绍了专业通信仿真软件——OPNET的基本信息与半实物仿真原理。首先,概述了 OPNET的基本信息、仿真机制与配置方法,并进行了相关的数字仿真分析;其次,介绍了 OPNET的半实物仿真原理与实现方案;最后,实现了相对简单的OPNET半实物仿真算例,从而为设计配电网CPS信息系统半实物仿真奠定了基础。(4)基于OPNET软件,搭建了配电网CPS信息系统的半实物仿真平台。首先,在介绍传统配电自动化系统的基础上,设计了配电网CPS半实物仿真系统的整体架构;其次,基于OPNET软件、DSP控制器和服务器,开发了配电网CPS信息系统半实物仿真平台;最后,对半实物仿真平台进行了相关的调试与实验,并对实验结果进行了分析。(5)对全文工作进行了总结和展望。