新型电力系统信息物理综合安全

“双碳”目标驱动下，新型电力系统呈现清洁低碳、开放互动、柔性灵活、智慧融合等新特征。为适配这些特性，智能传感、高速通信与协同控制等技术广泛引入，促使信息域与物理域深度耦合。然而，信息物理深度融合下，信息域攻击与物理域故障相互耦合，对传统信息物理分离式防护体系构成威胁，引发跨域连锁故障与系统性安全事故。针对上述问题，团队聚焦快速状态感知、信息物理综合安全威胁机理、信息物理协同安全防护三大方向，支撑新型电力系统安全、可靠、韧性运行。

在快速状态感知方面，团队面向新能源高渗透下运行状态快速变化与海量场景评估的需求，研究状态估计与可信潮流计算方法。面向新能源高渗透下配电网拓扑频繁变化及实时监控的需求，提出拓扑自适应的配电网状态估计方法，利用物理信息自编码器将配电网运行物理约束嵌入特征提取与量测重构过程，在保证估计结果物理一致性的同时显著提升状态估计的计算效率与拓扑适应性[1]；面向运行状态快速变化下海量场景风险评估需求，提出基于KKT条件约束的神经网络潮流计算方法，将基尔霍夫定律等物理约束嵌入神经网络结构，为实时状态感知、攻击后果验证和连锁故障分析提供可信计算支撑。相关成果获电网物理仿真机器学习国际挑战赛全球第二名。

在信息物理综合安全威胁机理方面，团队研究信息域网络安全与物理域工程安全相互耦合形成的综合安全风险[2]，从系统级和设备级两个层面建模分析。系统层面，针对新能源不确定性导致的连锁故障路径多变问题，提出基于马尔可夫树的连锁故障风险评估模型，有效辨识高风险故障传播路径[3]；针对异步攻击引发的连锁故障，提出基于强化学习的脆弱序列识别方法，定位可能导致大范围停电的关键线路序列[4]。设备层面，提出发电装备信息物理综合安全威胁范式，揭示网络攻击、能量流异常与设备应力损伤之间的耦合机理，为发电装备综合安全防护提供理论基础[5-6]。

在信息物理协同安全防护方面，团队针对新型电力系统状态估计与量测数据易受虚假数据注入攻击的问题，研究检测、防御与状态恢复方法。在检测与主动防御方面，提出多阶段隐蔽移动目标防御方法，在保持系统潮流不变以确保隐蔽性的前提下，通过多方案联合最大化对恶意攻击的检测能力，兼顾防御隐蔽性与有效性[7]。在攻击后状态恢复方面，提出动态电抗扰动与静态测量保护相结合的组合防御方法，在较低防护成本下实现攻击识别与真实电网状态的准确恢复[8]。

该系列成果共同构成覆盖“感知-分析-防护”全链条的系统级安全体系，可服务于新型电力系统威胁预警与故障恢复等场景，提升高比例新能源接入条件下系统运行状态分析的实时性、物理一致性和安全可信性，增强对信息域攻击、物理域故障的协同感知与综合防护能力，为构建安全、可靠、韧性的新型电力系统提供技术支撑。

代表性论文：

[1] Jianglin Feng, Zijun Wang, Yang Liu, Jue Tian, Nanpeng Yu, Yafei Yang. TAPINE: Topology-Adaptive Physics-Informed Neural Estimator for Fast DSSE. IEEE Transactions on Smart Grid, 2026.

[2] Sizhe He, Yadong Zhou, Yujie Yang, Ting Liu, Yuxun Zhou, Jie Li, Tong Wu, Xiaohong Guan. Cascading Failure in Cyber–Physical Systems: A Review on Failure Modeling and Vulnerability Analysis. IEEE Transactions on Cybernetics, 2024, 54(12): 7936–7954.

[3] Yujie Yang, Yadong Zhou, Sizhe He, Bowen Hu, Yu Qu, Ting Liu, Xiaohong Guan. A Markov Tree Model for Cascading Failure Risk Assessment in Power Grid With Uncertain Renewable Energy Generation. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 2026, 73(2): 1460–1473.

[4] Sizhe He, Yadong Zhou, Yujie Yang, Xinlu Li, Yang Liu, Ting Liu. Vulnerable Sequence Identification for Sequential Cascading Failure Analysis in Power Grid. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2025, 21(6): 4830–4840.

[5] 周罕琦, 刘烃, 李明佳, 刘杨, 杨雨洁, 尚锦奥, 王文奇, 贾紫越, 管晓宏. 发电装备信息物理综合安全威胁机理与防御方法. 中国科学: 信息科学, 2026.

[6] Hanqi Zhou, Yaling He, Ting Liu, Yang Liu, Jinao Shang, Xiangming Wang. NEST: Network-Energy-Stress Threat Against Thermal Energy Equipment. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2025, 22: 9622–9635.

[7] Jiazhou Wang, Jue Tian, Gaoxi Xiao, Yang Liu, Hao Huang, Yadong Zhou, Ting Liu. On Stealthiness and Effectiveness of Moving Target Defense in Smart Grids. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2025, 21(4): 2987–2996.

[8] Jiazhou Wang, Jue Tian, Nanpeng Yu, Yang Liu, Haichuan Zhang, Yadong Zhou, Ting Liu. A Dynamic and Static Combined State Recovery Method Against FDI Attacks in Power Grids. IEEE Transactions on Smart Grid, 2024, 15(6): 6018–6030.