The reliable operation of power grid is supported by energy management systems (EMS) that provide monitoring and control functionalities. Contingency analysis is a critical application of EMS to evaluate the impacts of outages and prepare for system failures. However, false data injection attacks (FDIAs) have demonstrated the possibility of compromising sensor measurements and falsifying the estimated power system states. As a result, FDIAs may mislead system operations and other EMS applications including contingency analysis and optimal power flow. In this paper, we assess the effect of FDIAs and demonstrate that such attacks can affect the resulted number of contingencies. In order to mitigate the FDIA impact, we propose CHIMERA, a hybrid attack-resilient state estimation approach that integrates model-based and data-driven methods. CHIMERA combines the physical grid information with a Long Short Term Memory (LSTM)-based deep learning model by considering a static loss of weighted least square errors and a dynamic loss of the difference between the temporal variations of the actual and the estimated active power. Our simulation experiments based on the load data from New York state demonstrate that CHIMERA can effectively mitigate 91.74% of the cases in which FDIAs can maliciously modify the contingencies.


翻译:提供监测和控制功能的能源管理系统支持电网的可靠运作。应急分析是EMS的一项关键应用,用于评价断流的影响和为系统故障作准备。不过,虚假数据注入攻击表明有可能损害传感器测量,并伪造估计电系统状态的准确性。结果,FDIA可能会误导系统操作和其他EMS应用,包括应急分析和最佳电流。在本文中,我们评估FDIA的影响,并证明这种攻击可能影响意外事件的数量。为了减轻FDIA的影响,我们建议采用CHIMERA,即混合的耐攻击性状态估计方法,结合基于模型和数据驱动的方法。CHIMERA将实际电网信息与基于长期短期内存(LSTM)的深层学习模型结合起来,方法是考虑静态地丢失加权最小误差和动态电流之间的差别。我们根据纽约州载量数据进行的模拟实验表明,CHIMERA能够有效地减轻984%的外国直接投资风险。

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