《中国电力》2024年第9期详览

专稿

摘要：针对目前已有的电力信息物理系统虚假数据注入攻击检测方法由于特征表达能力有限，而导致无法精确获取受攻击位置的问题，提出一种基于反向学习鲸鱼优化多隐层极限学习机的虚假数据注入攻击定位检测方法。所提方法不仅将极限学习机拓展为多隐层神经网络，解决其特征表达能力有限的问题，而且引入鲸鱼优化算法对多隐层极限学习机的各隐层神经元个数进行寻优并采用反向学习策略提高其收敛速度和检测精度，以防止随机确定各隐层神经元个数对检测方法的泛化性能和定位检测结果造成影响。通过在不同场景下对IEEE-14和57节点测试系统进行大量实验，验证了所提方法能够通过历史数据自动识别受攻击的系统状态量所对应的精确位置。与其他多种方法相比，所提方法具有更优的精度、召回率和F1值。

摘要：大规模电力电子设备的接入为系统引入了数量庞大的强非线性量测/控制节点，使得传统电力系统逐渐转变为电力信息物理系统（cyber-physical system，CPS），许多原本应用模型驱动方法解决的系统问题不得不因维度灾难等局限转而采取数据驱动算法进行分析。然而，数据驱动算法自身的缺陷为系统的安全稳定运行引入了新的风险，攻击者可以对其加以利用，发起可能引发系统停电甚至失稳的对抗攻击。针对电力CPS中数据驱动算法可能遭受的对抗攻击，从异常数据剔除与恢复、算法漏洞挖掘与优化、算法自身可解释性提升3个方面，提出了对应的防御方法：异常数据过滤器、基于生成式对抗网络（generative adversarial network，GAN）的漏洞挖掘与优化方法、数据-知识融合模型及其训练方法，并经算例分析验证了所提方法的有效性。

摘要：负荷重分配攻击考虑电力系统实际设备配置及实际运行情况，通过篡改负荷量测对电力系统安全稳定运行造成威胁。提出一种基于拓扑变换的移动目标防御方法，通过变换系统拓扑结构破坏攻击者对电力系统信息的掌握程度，实现对负荷重分配攻击的防御，为电力系统安全可靠运行提供保障。首先，建立负荷重分配双层优化模型，对攻击策略进行分析；然后，分析拓扑结构的优化重构方式，建立拓扑结构变换的优化模型；最后，将拓扑结构优化算法与状态估计相结合实现移动目标防御，完成对负荷重分配攻击的检测。在IEEE 14节点系统中对所提方法进行了测试与分析，算例证明基于拓扑变换的移动目标防御方法能够对负荷重分配攻击进行有效防御，增强电力系统的抗攻击能力。

摘要：分布式电源（distributed resources，DR）中智能边缘设备数据传输的安全问题为电力系统带来了安全隐患。Modbus TCP（transmission control protocol）协议作为边缘设备采用的通信手段之一，其协议安全性的不足使得系统易遭到网络空间的攻击。为保障电力设备数据传输安全，对现有安全手段进行整理，分析现有安全手段在DR应用场景下的不足，提出一种非侵入式Modbus TCP协议安全增强方法。该方法采用云边协同的架构，利用电力控制中心云平台管理访问控制原则，将实际访问控制决策模块部署在边缘设备，并通过细粒度的访问控制组合限制恶意行为。依据Modbus协议参考指南，搭建DR应用场景进行渗透测试，验证该方法能有效防御重放攻击和中间人攻击，可将安全开销控制在百微秒以内，显著优于其他安全手段，满足DR对实时性的需求。

摘要：相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）是智能电网的重要组成部分，能精准同步采集电力数据。由于PMU使用全球定位系统（global positioning system，GPS）提供时间同步参考，容易遭受GPS欺骗攻击（GPS spoofing attack，GSA），影响正常的数据采集。现有GSA防御方法的修复精度较低且需要额外的硬件成本。为了解决上述问题，提出一种基于双向长短期记忆网络与自注意力机制生成对抗网络的GSA防护方法。首先，提出一种改进的带梯度惩罚的Wasserstein生成对抗网络（Wasserstein generative adversarial network with gradient penalty，WGAN-GP）模型，重新设计原有生成器和判别器的网络架构，并在生成器和判别器中分别引入双向长短期记忆网络以及自注意力机制，提升模型的生成性能和鉴别能力。其次，基于所提出的WGAN-GP模型，构建了一种GSA防御模型，其包含攻击检测网络和数据修复网络2个模块，分别用于检测智能电网GSA和修复受损的PMU测量数据。最后，在IEEE-39总线系统中模拟GSA攻击，并在相应的数据集验证方法的有效性。结果表明，与现有方法对比，所提方法在大部分性能指标上取得了领先的性能。

摘要：随着智能电网和跨区稳定控制技术的发展，信息通信与电力系统的耦合更加紧密，网络攻击带来的安全风险也越来越高。稳控系统E1通道作为重要的测控通道，其安全性对稳控系统起到重要的作用，因此，开展面向稳控系统E1通道的半实物仿真和攻防演练，对发现E1通道的安全漏洞有重要意义。首先，基于半实物仿真技术设计了面向稳控系统E1通道的网络靶场实验台，介绍基于该实验台的攻防演练方案；然后，通过该实验台对一个典型的在运稳控系统E1通道开展仿真和攻击模拟实验，测试了稳控系统的安全隐患，并验证了实验台的有效性；最后，提出几种提升E1通道安全性的方法，并展望了实验台的应用前景。

摘要：现阶段对海上风电经济性评估研究较少，而海上风电亟需经济性评估作为其大面积应用的基础。立足海上风电项目的经济性，首先，梳理了海上风电场的组成及发展，分析目前海上风电的3类6种发展模式；接着，将海上风电项目全生命周期分为初始投资、运营维护及退役回收3个阶段，分析各阶段的成本并搭建其数学模型；然后，引入净现值等6个经济指标评价了一个海上风电案例；最后，归纳海上风电当前发展及研究的不足，指明未来的研究方向，为海上风电更经济化的发展提供支撑和参考。

摘要：深远海风电具有资源丰富、利用小时数高、不占用陆上土地等优势，对于推动实现碳达峰碳中和具有重要意义。以深远海风电为核心的海上能源岛，通过“海上风电+”的融合发展模式，能够提高海域综合利用率，提升整体效益，降低开发成本。建设以深远海风电为核心的能源岛，涉及漂浮式海上风电等能源开发技术、电制氢（氨）等能源综合利用技术、柔性直流输电和管道输氢等能源外送技术。介绍以深远海风电为核心的能源岛总体构成，比较分析适用于深远海风电为核心的能源岛大规模能源外送的输电技术，分别测算了汇集1000 MW漂浮式海上风电的能源岛通过柔性直流送电的成本、电制氢后通过管道输氢的成本，并将输电成本与输氢成本进行了比较。通过比较分析，以深远海风电为核心的海上能源岛适宜选择柔性直流输电技术或者管道输氢作为能源外送方案。测算结果表明，在2023年、2030年和2050年，输送距离为100~200 km时柔性直流输电方案的经济性均要优于输氢方案；输电方案与输氢方案的选择需综合考虑成本和登陆地区的消纳能力；预计在2050年，离岸100~200 km不同比例的电氢混合外送综合成本在0.18~0.27元/(kW·h)之间，与西部北部风光新能源基地、西南水风光基地外送东部的成本相比具有竞争力。

摘要：“双碳”目标背景下，海上风电等可再生能源发展的重要性逐渐提高，但风力发电的波动性会给系统运行带来安全性问题。结合多种储能技术提出计及气固两相储氢的海上风电-多元储能系统，通过配置储能容量满足海上风电系统安全运行要求。首先，构建海上风电-多元储能系统模型并对系统结构以及能流情况进行阐述。其次，介绍包含气态和固态两相储氢的储氢系统并解释固态储氢相关原理。再次，构建海上风电-多元储能系统配置优化模型。最后，结合典型周运行数据进行仿真分析。结果表明所提系统能提高海上风电系统的安全性和经济性。

摘要：为辅助海上风电的加氢制氢港口选址决策问题，提出利用经验挖掘算法和混合语言型术语的多属性决策方法。首先，利用爬虫算法、TextRank算法、Word2Vec算法和Louvain算法对历史经验性文件进行挖掘、排序、构建词对和聚类，从而获取基于经验挖掘的属性集；其次，引入对偶自信语言，云模型和实数等语言术语兼顾定量和定性数据的表达，解决数据集转换失真问题；最后，引入标准化公式处理指标数据，获取综合排序结果，以海上风电的加氢制氢港口选址为案例，验证了方法的科学性和有效性。结果表明，考虑定性及定量评估，基于集中式制氢+液氢+购买/租赁船舶技术方案的选址方案A5综合最优，敏感性分析表明气氢储运技术搭配船舶运输是技术成熟度和经济性方面表现较好的技术方案。

摘要：电热氢系统作为一种高效的综合能源供用系统受到广泛关注。然而，氢气的燃爆特性导致了其面临着安全性挑战。为此，提出了考虑安全性风险的电热氢系统优化配置方法。首先，分析电热氢系统的安全性，对电解槽和燃料电池的工作范围和工作温度进行约束；然后，基于氢气的非理想气体压强公式对储氢罐压强进行更为准确地约束，并基于TNT当量法量化了储氢罐的安全性风险；最后，通过安全风险系数，将储氢罐的安全风险折算进目标函数中，建立了以系统投资成本、运行成本和安全性风险为优化目标的电热氢系统优化配置模型，并利用禁忌混沌量子粒子群算法进行求解。算例结果表明，在考虑安全性风险的情况下，通过合理的容量设计，可以在提高系统经济性的同时有效降低系统安全风险，进而验证了该优化设计方法的有效性。