微电网内基于轻量化PAEKS的优先级能源调度的研究与实现.pdf
中文摘要
基于优先级的能源调度能够确保作为智能电网子网的微电网在能源有限的情况
下,根据用户的优先级合理分配能源,对于确保电网的稳定和可靠运行具有重要意
义。此外,智能电表部署在开放的网络环境中且极易受到数据完整性攻击侵害,保
障能源调度过程的安全性至关重要。当前针对基于优先级的能源调度模型进行了大
量研究工作,然而存在以下不足:1)大多数模型在发挥优先级的效用性时只考虑
高优先级需能用户,而忽视了低优先级用户和供能用户的优先级,导致低优先级用
户公平性和供能用户利益受损;2)现有模型无法在数据转发时兼顾优先级机密性
和效用性,优先级在传输过程中可以通过加密防止完整性攻击但无法发挥数据价
值,同时保障机密性的方案计算复杂。此外,基于优先级的能源调度数据传输过程
包括源节点量测与发送数据、转发节点匹配转发数据以及微电网中央控制器
(MicrogridCentralController,MGCC)接收数据。现有模型仅针对单一或部分环
节部署数据完整性攻击防御模型,存在严重的防范漏洞。因此,本文针对以上问题
进行了研究,具体的研究内容包括:
(1)为了解决现有方案没有考虑所有用户的优先级和公平性、未兼顾机密性和
效用性以及机密性保护方案计算复杂的问题,本文提出一种微电网内基于轻量化
PAEKS的优先级能源调度模型(ALightweight_PAEKS-basedEnergyScheduling
ModelConsideringPriorityinMicrogrids,LPESCP)。首先,在效用性方面,
LPESCP模型将基于优先级的能源调度形式化为最优化模型,旨在最大化全局满意
度,其中满意度同时考虑了优先级和公平性。其次,在轻量化以及兼顾机密性和效
用性方面,本文采用了一种轻量级可搜索加密算法Lightweight_PAEKS和Paillier加
密方案,使得转发路径上的节点可以根据密文状态下的优先级相关信息转发信息;
同时,信息直到到达微电网中央控制器才会被解密,确保机密性。最后,本文通过
仿真实验验证了LPESCP模型的有效性。
(2)为了解决现有微电网内基于优先级的能源调度安全防护中鲜有从数据的
角度出发、全面覆盖能源调度数据传输过程的数据完整性攻击纵深防御模型这一问
题,本文结合研究内容(1)所提出的LPESCP模型和异常数据检测算法(Local
OutlierFactor,LOF)、IPFS存储技术以及身份认证方案,设计并开发了一种微电网
内基于纵深防御策略的能源调度系统,全环节、多层次地对数据完整性攻击进行防
御。首先,本文针对该系统中各实体需求进行分析,确定系统架构以及内部功能模
I
块;其次,通过对系统架构以及功能模块进行分析,设计出完整的系统流程;再
次,本文对系统搭建以及运行环境进行介绍,并对系统开发过程中各模块功能具体
实现进行了阐述;最后,本文通过页面展示,验证了本系统的有效性。
关键词:优先级;可搜索加密;能源调度;纵深防御;微电网
II
ABSTRACT
Priority-basedenergyschedulingensuresthatmicrogrids,assubgridsofsmartgrids,
canreasonablyallocatepoweraccordingtothepriorityofuserswhenpowerresourcesare
limited,whichisofgreatsignificancetoensurethestableandreliableoperationofsmart
grids.Inaddition,smartmetersaredeployedinopennetworkenvironmentsandare
vulnerabletodataintegrityattacks,soitiscrucialtoensu