RT22 | Simulation MG CHIL via FPGA : le protocole GOOSE de la norme CEI 61850 est vulnérable aux cyberattaques

Ce travail porte sur le développement d’une simulation « Simulation HIL » (HIL) contre les cyberattaques. Le banc d’essai utilisé dans l’exemple de cyberattaque Opal-EXata (article) repose sur le MGC « test SIL » (CSIL) ; toutefois, la mise en œuvre des tests HIL Simulation HIL est laissée à la charge du développeur. Nous concevons donc un dispositif électronique intelligent (IED) léger qui assure la fonction MGC ; des interfaces sont développées sur la base du protocole GOOSE de la norme CEI 61850, entre la simulation en temps réel et le MGC. Elles sont mises en œuvre sur deux plateformes matérielles : un FPGA et un BeagleBoneBlack. Le choix de ces cartes s’explique par leur faible coût, leur flexibilité, leur prise en charge de diverses interfaces et protocoles, leurs broches d’E/S et leur facilité de configuration. Des tests CSIL et CHIL sont utilisés pour évaluer le comportement du MG face à différentes cyberattaques. Nous évaluons également la fonction de contrôle conçue par le MGC conformément au protocole GOOSE de la norme CEI 61850. Deux scénarios ont été mis en œuvre : dans le premier scénario, le MG est isolé pendant une seconde ; dans ce cas, le MGC vérifie l’équilibre de puissance et met en œuvre la procédure d’urgence relative à l’équilibre de puissance (la différence ne dépassant pas 3 MW). Si la condition d’urgence est vérifiée, le MGC tente de déconnecter immédiatement la charge déconnectable n° 4 afin de maintenir la stabilité du MG. Cependant, si une attaque par délai est introduite dans les paquets de commande de déclenchement GOOSE envoyés par le MGC à la charge n° 4, la fonction de délestage peut ne pas se déclencher dans le délai requis. Dans ce cas, cela provoquera un grave déséquilibre entre la production et la charge, ainsi que des oscillations des paramètres nominaux de fonctionnement du MG, tels que la fréquence, les tensions, etc. Grâce à la fonction de délai disponible en code C dans le code initial du MGC, une attaque par délai d’une seconde est appliquée à la commande de message GOOSE du MGC. Dans le cadre de son fonctionnement normal, le MGC reçoit les mesures envoyées par chaque assistant du MG via GOOSE. Or, une attaque de type « homme du milieu » est introduite au niveau des données de mesure de charge. Avant que les données de mesure de charge ne soient reçues par le MGC, celles-ci sont manipulées en cours de transmission vers le MGC. Dans ce cas, le MGC peut prendre des mesures incorrectes sur la base de ces mesures non critiques reçues. Selon le scénario de test n° 2, la mesure de puissance active provenant de la charge 2 est dupliquée en appliquant une attaque par manipulation de paquets au message GOOSE. Dans ce cas, le MGC prendra une mesure incorrecte (déclenchement intempestif) car il perçoit que la condition d’urgence de l’opération de contrôle est réelle (la charge totale sera supérieure de plus de 3 MW à la production totale). En conséquence, une commande de déclenchement est envoyée pour déconnecter la charge 3. Cela provoque également des oscillations des paramètres de fonctionnement nominaux du réseau maillé, tels que la fréquence, les tensions, etc. Une comparaison entre les résultats des tests SIL et HIL sera effectuée dans la suite de ce travail. Les résultats sont les suivants : le développement et les performances d’un MGC face à des schémas de cyberattaques ont été mis en œuvre dans cet article. Ceux-ci ont été conçus et déployés sur un dispositif intelligent léger (IED). La solution de contrôle du MGC et son système de communication associé ont été conçus conformément à la norme CEI 61850 et mis en œuvre sur deux plateformes matérielles : un FPGA et un BeagleBoneBlack. Des tests CSIL et CHIL sont utilisés pour évaluer le comportement du MG face à différents scénarios de cyberattaques. De plus, nous avons également évalué la mise en œuvre du protocole GOOSE de la norme CEI 61850, son traitement et, enfin, les performances des actions de contrôle. Les résultats obtenus démontrent que l’approche MGC allégée et la modélisation des données de divers LN d’objets de données prédéfinis selon la norme CEI 61850 sont adaptées à la conception de la fonction de contrôle/protection de l’équilibre de puissance face aux cyberattaques. De plus, ils démontrent la réussite de la mise en œuvre de la fonction de contrôle/protection conçue et des LN MGC modélisés dans diverses études de cas de cyberattaques, en matière de détection fiable des situations d’urgence. Des travaux supplémentaires sont nécessaires concernant l’analyse des données reçues par le MGC, la mise en œuvre de différentes cyberattaques et les algorithmes de détection de l’équilibre de puissance.