false data injection attack
در نشریات گروه برق-
طرح های نوین کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع امروزی به تجهیزات کارآمد و نیز کانال های ارتباطی مناسب بین این تجهیزات، حسگرها و مراکز کنترل نیاز دارند که منتهی به شبکه های توزیع هوشمندی با ماهیت سایبری-فیزیکی پیچیده ای شده است. یکی از تجهیزات کارآمد کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع مدرن، جبرانساز DSTATCOM می باشد که استفاده از ساختار مبدل های چندسطحی در معماری آن، مزایای زیادی نظیر امکان اتصال مستقیم به شبکه را ایجاد خواهد نمود. یک DSTATCOM با ساختار چندسطحی به دلیل وجود اجزای کنترل پذیر زیاد، نیاز به شبکه سایبری-فیزیکی بین کنترل کننده و اجزای خود دارد که در اتصال با شبکه های توزیع هوشمند امروزی، آن را مستعد حملات سایبری می نماید. در مقاله حاضر، یک کنترل کننده غیرخطی براساس خطی سازی بازخورد برای DSTATCOM چندسطحی آبشاری توسعه داده شده و برای تشخیص و جبران حملات سایبری از نوع تزریق داده نادرست به حسگرهای ولتاژ مبدل چندسطحی، روشی مبتنی بر الگوریتم فیلتر کالمن گسسته پیشنهاد می گردد. قابلیت های کنترل کننده غیرخطی پیشنهادی برای کنترل DSTATCOM چندسطحی و نیز عملکرد قابل اعتماد در مقابله با حملات تزریق داده نادرست، از طریق شبیه سازی یک سیستم قدرت نمونه در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink نشان داده خواهد شد.
کلید واژگان: جبرانساز DSTATCOM، مبدل چندسطحی آبشاری، حمله تزریق داده نادرست، فیلتر کالمن، کنترل کننده غیرخطی برمبنای خطی سازی بازخورد، شبکه توزیع هوشمندJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:21 Issue: 4, 2024, PP 77 -88Modern voltage control strategies in the present distribution networks require efficient equipment as well as appropriate communication channels between these equipment, sensors and control centers, which has led to smart distribution networks with a complex cyber-physical nature. One of the efficient equipment for voltage control in modern distribution networks is the DSTATCOM, which uses using multilevel converters in its structure, provides many advantages, such as direct connection to the grid. A DSTATCOM with the multilevel converter requires a cyber-physical network between the controller and its components due to the presence of many controllable components, which makes it vulnerable to cyber-attacks, when connected to the present smart distribution networks. In this paper, a feedback linearization-based controller is developed for the cascaded multilevel DSTATCOM, and a discrete Kalman filter-based method is proposed to detect and compensate false data injection cyber-attacks on voltage sensors of the multilevel converter. The abilities of the proposed nonlinear controller to control the multilevel DSTATCOM as well as the reliable operation against false data injection attacks are verified through the simulation of a test power network in the MATLAB/Simulink environment.
Keywords: DSTATCOM, Cascaded Multilevel Converter, False Data Injection Attack, Kalman Filter, Feedback Linearization-Based Controller, Smart Grid -
دستیابی به مدیریت و برنامه ریزی بهینه و امن انرژی با درنظر گرفتن کاهش هزینه های تولید، انتقال و توزیع برق و همچنین کاهش انتشار آلاینده های زیست محیطی، در بسیاری از شرکت های برق کشورهای در حال توسعه اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است. با استفاده بهینه از منابع انرژی تجدیدپذیر و بکارگیری یک پلتفرم امن ازجمله تکنولوژی بلاکچن می توان به اهداف ذکر شده دست یافت. بمنظور حل مسئله بهینه سازی، پس از مدل سازی ریزشبکه هیبرید AC-DC و باتوجه به پیچیدگی بالای فرمول پیشنهادی، الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری جهت حل مسئله پیشنهاد شده است. جهت بررسی کارایی سیستم تحت حملات سایبری, سیستم مورد نظر تحت حملات تزریق داده غلط در نقاط مختلف سیستم اعمال می شود و سپس بهره برداری در شرایط عادی و حملات سایبری صورت می گیرد. در این مقاله، بسته نرم افرازی متلب جهت حل مسئله بهینه سازی و مدل سازی حملات سایبری استفاده شده است. نتایج بهره برداری در سناریوهای مختلف بررسی شده است و با مقایسه با حالت نرمال اثرات منفی اینگونه حملات نشان داده می شود. سپس جهت تقویت امنیت سیستم و جلوگیری از بروز حملات, تکنولوژی بلاکچن جهت افزایش امنیت داده های مبادله شده در شبکه ارائه شده است.
کلید واژگان: ریز شبکه های هیبرید، الگوریتم گرگ خاکستری، حمله تزریق داده غلط، تکنولوژی بلاکچنAchieving optimal and safe energy management and planning, taking into account the reduction of electricity production, transmission and distribution costs, as well as the reduction of environmental pollutants, has become increasingly important in many power companies in developing countries. With the optimal use of renewable energy sources and the use of a secure platform, including blockchain technology, the aforementioned goals can be achieved. To solve optimization problem, after modeling the hybrid AC-DC microgrid and considering the high complexity of the proposed formulation, the grey wolf optimization algorithm is proposed to solve the problem. In order to check the efficiency of the system under cyber-attacks, the system is subjected to false data injection attacks in different parts of the system, and then the operation is done under normal conditions and cyber-attacks. In this paper, MATLAB software package is used to solve the optimization problem and modeling the cyber-attacks. The operation results have been examined in different scenarios and the negative effects of such attacks are shown by comparing with the normal state. Then, to enhance the security of the system and prevent attacks, blockchain technology is presented to increase the security of the data exchanged in the system.
Keywords: Hybrid Microgrids, Grey Wolf Algorithm, False Data Injection Attack, Blockchain Technology -
نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، سال بیست و یکم شماره 2 (پیاپی 78، تابستان 1402)، صص 92 -102
حمله تزریق داده غلط (FDIA) یک تهدید سایبری مخرب برای عملکرد اقتصادی بازار های انرژی الکتریکی در شبکه های هوشمند است. یک مهاجم سایبری می تواند با پیاده سازی یک FDIA و با نفوذ در معاملات مجازیبازارهای انرژی الکتریکی، از طریق دستکاری قیمت برق به سود مالی گزافی دست پیدا کند. در این مقاله، روش جدیدی در مساله برنامه ریزی یک FDIA به صورت کاملا مخفی و با هدف دستیابی به بیشترین سود مالی از دیدگاه یک مهاجم سایبری مشارکت کننده در معاملات مجازی در دو بازار روز پیش (DA) و زمان حقیقی (RT) ارایه شده است. یک فرضیه رایج که در مطالعات موجود روی FDIAs در مقابل بازارهای برق صورت گرفته، این است که مهاجم، اطلاعات کاملی از شبکه هوشمند در اختیار دارد. اما واقعیت این است که مهاجم، منابع محدودی دارد و به سختی می تواند به همه اطلاعات شبکه دسترسی پیدا کند. این مقاله روش مقاومی را در طراحی استراتژی حمله با شرایط اطلاعات شبکه ناقص پیشنهاد می کند. به طور خاص فرض گردیده که مهاجم نسبت به ماتریس های مدل کننده شبکه دارای عدم قطعیت است. اعتبار روش پیشنهادی بر اساس سیستم معیار 14- باس IEEE و با استفاده از ابزار Matpower سنجیده شده است. نتایج عددی، موفقیت نسبی حمله پیشنهادی را در حالت های از درجه مختلف اطلاعات ناقص تایید می کنند.
کلید واژگان: بازار انرژی الکتریکی، حمله سایبری، حمله تزریق داده غلط، شبکه هوشمند، عدم قطعیتFalse data injection attack (FDIA) is a destructive cyber threat to the economic performance of electricity markets in smart grids. A cyber attacker can make a huge financial profit by implementing an FDIA through penetrating the virtual transactions of the electricity markets and manipulating electricity prices. In this paper, a new approach to planning an absolutely stealthily FDIA is presented with the aim of achieving maximum financial profit from the perspective of a cyber attacker participating in virtual transactions from two markets of day-ahead (DA) and real-time (RT). A common hypothesis in studies of FDIAs against electricity markets is that the attacker has complete information about the smart grid. But the fact is that the attacker has limited resources and can hardly access all the network information. This paper proposes a robust approach in designing an attack strategy under incomplete network information conditions. In particular, it is assumed that the attacker has uncertainties about the network modeling matrices. The validity of the proposed method is evaluated based on the IEEE 14-bus standard system using the Matpower tool. Numerical results confirm the relative success of the proposed attack in cases of varying degrees of incomplete information.
Keywords: Electricity market, cyber attack, false data injection attack, smart grid, uncertainty -
پیشرفت های اخیر در سیستم های نظارت و کنترل شبکه های قدرت، نیازمند زیرساخت مخابراتی برای ارسال و دریافت داده های اندازه گیری و فرامین کنترلی است. این تعاملات سایبری-فیزیکی، علی رغم افزایش کارایی و قابلیت اطمینان، شبکه های قدرت را در معرض حملات سایبری قرار داده است. سیستم کنترل خودکار تولید (AGC)، یکی از مهم ترین حلقه های کنترلی شبکه قدرت است که نیازمند زیرساخت مخابراتی بوده و بسیار مورد توجه حمله کنندگان سایبری قرار گرفته است؛ زیرا یک حمله موفق به سیستم AGC، نه تنها تاثیر مستقیمی بر فرکانس سیستم دارد، بلکه می تواند پایداری و عملکرد اقتصادی شبکه برق را نیز تحت تاثیر قرار دهد. لذا، آشنایی با تاثیر حملات سایبری به AGC و تبیین راهکارهایی به منظور دفاع در برابر آن ها دارای ضرورت و اهمیت تحقیقاتی است. در غالب تحقیقات صورت گرفته در حوزه حمله-دفاع سیستم AGC، از محدودیت های سیستم AGC نظیر باند راکد گاورنر و تاخیر انتقال شبکه مخابراتی در مدل سازی چشم پوشی شده است. از طرفی، تاکنون درنظرگرفتن هم زمان دو حمله سایبری مختلف به سیستم AGC و ارایه روشی به منظور دفاع در برابر آن ها مورد بررسی واقع نشده است. در این مقاله، با توجه به کمبودهای پژوهش های پیشین، ضمن استفاده از مدل بهبوده یافته AGC شامل باند راکد گاورنر و تاخیر انتقال شبکه مخابراتی، به بررسی تاثیر دو حمله تزریق داده های اشتباه (FDI) و تاخیر که از مهم ترین حملات سایبری به سیستم AGC هستند و همچنین، تاثیر هم زمان این دو حمله تحت عنوان حمله سایبری ترکیبی، پرداخته شده است. روش دفاع سه مرحله ای مبتنی بر فیلتر کالمن به منظور تشخیص، تخمین و حذف تاثیر حمله پیشنهاد شده و کارآیی آن بر روی سیستم AGC دوناحیه ای مورد آزمایش قرار گرفته است.
کلید واژگان: حمله تاخیر، حمله تزریق داده های اشتباه، حمله سایبری ترکیبی، دفاع سایبری، فیلتر کالمن، کنترل خودکار تولیدRecent advances in power system monitoring and control require communication infrastructure to send and receive measurement data and control commands. These cyber-physical interactions, despite increasing efficiency and reliability, have exposed power systems to cyber attacks. The Automatic Generation Control (AGC) is one of the most important control systems in the power system, which requires communication infrastructure and has been highly regarded by cyber attackers. Since a successful attack on the AGC, not only has a direct impact on the system frequency, but can also affect the stability and economic performance of the power system. Therefore, understanding the impact of cyber attacks on AGC and developing strategies to defend against them have necessity and research importance. In most of the research in the field of attack-defense of AGC, the limitations of AGC in modeling such as governor dead band and communication network transmission delay have been ignored. On the other hand, considering two cyber attacks on the AGC and proposing a way to defend against them simultaneously, have not been considered. In this paper, while using the improved AGC model including governor dead band and communication network transmission delay, the effect of two attacks - data injection attack (FDI) and delay attack which are the most important cyber attacks on AGC - has been investigated. Also, the simultaneous effect of these two attacks is discussed as a combined cyber attack. The Kalman filter-based three-step defense method has been proposed to detect, estimate and mitigate the impact of the attacks and its effectiveness has been tested on the two-area AGC system.
Keywords: Automatic generation control, combined cyber attack, cyber defense, delay attack, false data injection attack, Kalman Filter
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.