智能电网拓扑及隐私安全策略研究

作     者：粘洪睿 

作者单位：福建工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：章静

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：智能电网 高级量测体系 拓扑安全 隐私安全 社团结构 

摘      要：随着国家电网公司对数字新基建的推动与建设,智能电网电力流与信息流的融合将进一步加深。然而,在智能电网不断提升开放性的同时,安全事故和隐私泄漏事件也频频发生,因此,如何保证智能电网既能提供便捷高效服务,又能够安全有效地运行已成为目前亟需解决的社会问题。由于智能电网系统结构的高复杂性,目前模型很难应用于智能电网的研究,因此,研究适用于智能电网特点的拓扑安全和隐私安全策略是解决上述社会问题的两个关键科学问题。本文首先基于复杂网络相关理论研究智能电网拓扑安全策略,其次,针对智能电网用户数据量庞大复杂的特点,基于云雾架构研究了智能电网的数据隐私安全策略。本文的主要工作和贡献可概括为以下几个方面:(1)针对智能电网遍布地区广,连接复杂的特性,存在故障发生时无法及时发现排查的问题,引入复杂网络社团结构的概念,为解决落后的分区方式提供理论支撑,以适应日益复杂的运行状态和快速排查故障为目的,本文提出了一种基于极大团的智能电网社团结构挖掘算法。实验分析结果表明,该方法能实现更合理的电网分区并取得更强的保护性。(2)智能电网经过社团挖掘后,解决了计算成本及拓扑安全的问题,但是分区后电网的数据隐私安全问题仍需要进一步的研究。为了完善电网安全系统,本文针对电网安全模型及隐私保护策略进行了研究:1)设计了基于云雾架构的安全高级量测体系模型(Security model of advanced metering infrastructure based on cloud and fog assistance,AMIBCF)。AMIBCF模型利用云雾辅助结合智能电表,为之后的隐私保护方案提供基础,并提高保护机制的灵活性;2)在AMIBCF模型上,设计了基于安全高级量测模型的隐私保护策略。该策略首先采用模糊综合分析理论,实现对不同用户进行重要性评分,从而对其分级;其次,对有数据缺失的用户,确认丢失数据的时间段与位置,采用模糊矩阵补全数据;最后采用动态门限加密算法,在用户数据聚合的基础上,通过识别用户ID,对不同重要性等级的雾节点分别设置不同的门限策略,进而实现对用户的隐私加密保护。(3)在智能电网的供电端,存在着各种不同等级的角色,这些角色对电网中的设备有不同的访问权限。为了避免不法攻击者伪造身份盗窃数据,本文提出智能电网偏序结构下的等级门限访问保护策略,采用偏序理论对电网供电端角色进行分层排列,并设计多等级的门限访问控制策略,实现对电网供电端的隐私保护。