Ανάλυση κυβερνοεπιθέσεων έγχυσης ψευδών δεδομένων στα συστήματα ρύθμισης φορτίου – συχνότητας και μελέτη ανίχνευσής τους μέσω παρατηρητή Luenberger

Abstract

Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύπλοκα συστήματα, τεράστιας σημασίας για όλον τον πλανήτη, καθώς ο κόσμος βασίζει την καθημερινότητά του στην τροφοδοσία ηλεκτρικής ισχύος. Για την ομαλή και ευσταθή λειτουργία των συστημάτων ισχύος, απαιτούνται αρκετές τεχνικές προστασίας και ελέγχου. Μεταξύ των διαφόρων ελέγχων, η ρύθμιση φορτίου - συχνότητας που απαιτείται για την ευστάθεια της συχνότητας είναι ένας σύνθετος μηχανισμός ελέγχου που περιλαμβάνει συνεργασία μηχανικών μερών με πληροφοριακά και τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Καθώς οι αλγόριθμοι ελέγχου της σταθεροποίησης συχνότητας παρέχουν σήματα ελέγχου σε χρονική κλίμακα δευτερολέπτων, τα συστήματα ρύθμισης φορτίου - συχνότητας (LFC) δεν μπορούν να χειριστούν πολύπλοκους αλγόριθμους ελέγχου. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την πληθώρα καναλιών επικοινωνίας και ψηφιακών συστημάτων που διαθέτουν τα συστήματα αυτά, τα καθιστούν πιο ευάλωτα σε διαταραχές και επιθέσεις στον κυβερνοχώρο. Στο πλαίσιο αυτό, στην παρούσα εργασία μελετάται το σύστημα ρύθμισης φορτίου συχνότητας και πιθανά ευπαθή σημεία του σε επιθέσεις, καθώς και ο αντίκτυπος των επιθέσεων αυτών. Ακόμη μελετάται η ανίχνευση των παραπάνω επιθέσεων μέσω ενός παρατηρητή Luenberger και εξάγονται συμπεράσματα για όλα τα παραπάνω. Πιο συγκεκριμένα αρχικά παρουσιάζεται η δομή των συστημάτων ενέργειας και τα ευπαθή σε κυβερνοεπιθέσεις σημεία τους. Στη συνέχεια γίνεται αναλυτική περιγραφή και μοντελοποίηση του συστήματος ρύθμισης φορτίου - συχνότητας μίας και δύο περιοχών καθώς και των μεθόδων ελέγχου του, παρουσιάζονται η κυβερνοασφάλεια και οι κυβερνοεπιθέσεις σε αυτό και πραγματοποιούνται οι μαθηματικές μοντελοποιήσεις των επιθέσεων έγχυσης ψευδών δεδομένων στα παραπάνω συστήματα. Αμέσως μετά περιγράφονται οι παρατηρητές κατάστασης, παρουσιάζονται μέθοδοι ανίχνευσης κυβερνοεπιθέσεων και μοντελοποιείται η μέθοδος ανίχνευσης κυβερνοεπιθέσεων σε LFC συστήματα μιας και δύο περιοχών μέσω του παρατηρητή Luenberger. Έπειτα γίνονται προσομοιώσεις λειτουργίας του συστήματος ρύθμισης φορτίου – συχνότητας μιας και δύο περιοχών υπό την επίδραση διαταραχών, επιθέσεων έγχυσης ψευδών δεομένων και μελετάται τόσο ο αντίκτυπος των κυβερνοεπιθέσεων όσο και η ικανότητα του παρατηρητή Luenberger να τις ανιχνεύσει και να τις ξεχωρίσει σε σχέση με τις μεταβολές φορτίου. Τέλος εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα της εργασίας και προτείνονται ιδέες για περαιτέρω ερεύνα και ανάλυση.