In recent years, researchers proposed a variety of deep learning models for wind power forecasting. These models predict the wind power generation of wind farms or entire regions more accurately than traditional machine learning algorithms or physical models. However, latest research has shown that deep learning models can often be manipulated by adversarial attacks. Since wind power forecasts are essential for the stability of modern power systems, it is important to protect them from this threat. In this work, we investigate the vulnerability of two different forecasting models to targeted, semitargeted, and untargeted adversarial attacks. We consider a Long Short-Term Memory (LSTM) network for predicting the power generation of a wind farm and a Convolutional Neural Network (CNN) for forecasting the wind power generation throughout Germany. Moreover, we propose the Total Adversarial Robustness Score (TARS), an evaluation metric for quantifying the robustness of regression models to targeted and semi-targeted adversarial attacks. It assesses the impact of attacks on the model's performance, as well as the extent to which the attacker's goal was achieved, by assigning a score between 0 (very vulnerable) and 1 (very robust). In our experiments, the LSTM forecasting model was fairly robust and achieved a TARS value of over 0.81 for all adversarial attacks investigated. The CNN forecasting model only achieved TARS values below 0.06 when trained ordinarily, and was thus very vulnerable. Yet, its robustness could be significantly improved by adversarial training, which always resulted in a TARS above 0.46.


翻译:近年来,研究人员提出了多种用于风力发电预测的深度学习模型,这些模型比传统的机器学习算法或物理模型更准确地预测风电场或整个地区的风电发电量。然而,最新研究表明,深度学习模型往往会受到对抗性攻击的影响。由于风力预测对于现代电力系统的稳定性至关重要,因此保护它们免受这种威胁至关重要。在这项工作中,我们调查了两种不同预测模型对有针对性、半有针对性和无针对性敌对攻击的脆弱性。我们考虑了用于预测风电场发电量的长短期记忆(LSTM)网络和用于预测整个德国风电发电量的卷积神经网络(CNN)。此外,我们提出了“总对抗鲁棒分数”(TARS),这是一种用于量化回归模型对有针对性和半有针对性敌对攻击的鲁棒性的评估度量。它评估攻击对模型性能的影响,以及攻击者的目标实现程度,通过为0(非常脆弱)到1(非常强健)之间的得分来分配。在我们的实验中,LSTM预测模型相当鲁棒,并且在所有调查的敌对攻击中都实现了TARS值超过0.81。CNN预测模型在普通训练时仅实现了低于0.06的TARS值,因此非常脆弱。然而,通过对抗性训练可以显着提高其鲁棒性,始终可以实现TARS高于0.46。

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