在微电网中测试网络物理韧性

公司

VEBIC（瓦萨能源商业创新中心）是芬兰瓦萨大学的一个跨学科研究平台。它作为科研界与商界之间知识交流的枢纽，致力于满足全球能源需求。VEBIC旗下的FREESI实验室（未来、可靠、电力与能源系统集成）专注于基于逆变器的分布式能源（DER）并网及电力系统保护研究，该实验室隶属于Technobothnia联合实验室。

挑战

• 网络安全漏洞增加：微电网为管理分布式能源资源（DER）而日益增强的互联性，使其面临频繁的网络攻击，2020年至2022年间，全球此类攻击数量翻了一番。
• 严重的运营风险：诸如虚假数据注入、拒绝服务（DoS）和恶意命令等威胁可能会导致停电、设备损坏以及频率/电压不稳定。
• 复杂的多厂商环境：要根据IEC 61850标准验证来自不同厂商（ABB、西门子、施耐德等）的设备是否具备互操作性和安全性，需要一个高度灵活的测试环境。
• 安全验证需求：在实际运行的电力系统上测试网络防御措施风险过高；研究人员需要一种经济高效的方法，在不影响实际电网的情况下评估“假设”情景。

OPAL-RT 解决方案

VEBIC 建立了一个开创性的安全实验室——这是北欧首个此类实验室——采用了一种 co-仿真 方法：

• 电力系统仿真 ：OPAL-RT的 HYPERSIM 平台能够对实体电力系统及其动态行为进行高保真、实时的仿真 。
• 网络物理仿真： EXata CPS（来自是德科技）已集成到仿真 中，用于模拟通信网络层，其中包含一个网络攻击与防御库。
• HIL 与 SIL 测试：该实验室 同时采用系统内环（软件在环 ，SIL）和硬件在环（Hardware-in-the-Loop，HIL）技术，用于开发和验证微电网控制器的人工智能算法。
• IEC 61850 多厂商配置：一个 独特的测试环境，汇集了多家行业领军企业的保护、自动化和通信（PAC）设备，用于测试设备的无缝集成与安全性。

成果

借助集成的仿真 平台，VEBIC成功分析了网络攻击对微电网稳定性的影响：

• 场景验证：成功模拟了孤岛运行期间的“一秒延迟”攻击以及“中间人”数据包篡改攻击，并识别出了电力质量的具体下降及电压振荡现象。
• 鲁棒控制器开发：实现了在物理部署之前对微电网中央控制器（MGCC）的检测和缓解策略进行测试。
• 跨境合作：该实验室支持“极光”（Aurora）计划，这是与吕勒理工大学合作开展的一个项目，旨在提升整个能源领域的CPS安全性。
• 教育中心：作为培养能源系统网络物理系统（仿真 ，CPS）领域下一代工程师的宝贵资源。

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