这个标题描述的是一项关于智能电网安全的研究： **中文翻译：** CoRPA：部分系统状态可观察条件下针对智能电网的隐蔽协调式实时定价攻击 **技术解读：** - **CoRPA** 是一种攻击方法的名称，代表"协调式实时定价攻击" - **Stealthy（隐蔽性）** 表示攻击设计得难以被检测 - **Coordinated（协调性）** 意味着多个攻击者协同行动 - **Real-Time Pricing（实时定价）** 是智能电网中根据供需动态调整电价的市场机制 - **Partial System-State Observability（部分系统状态可观察性）** 指攻击者在不完全掌握系统全局信息的情况下实施攻击 **研究背景：** 智能电网通过实时定价机制优化电力资源分配，但也因此面临新的安全威胁。这项研究探讨的攻击方式利用了系统状态信息的不对称性，在攻击者只能观察到部分系统信息的情况下，仍能协同实施隐蔽的定价攻击，可能导致电力市场操纵或系统不稳定。 这类研究对于智能电网的安全防护和攻击检测系统开发具有重要意义

《Expert Systems with Applications》：CoRPA: A Stealthy Coordinated Real-Time Pricing Attack Against Smart Grids Under Partial System-State Observability

　　

• 针对智能电网的分阶段隐蔽协调实时电价攻击。• 用于优化攻击策略的细粒度门控双向协调网络。• 一种在达到预期效果前能够规避检测方法的隐蔽攻击。

引言

实时电价可以通过传递实时批发价格，促进终端消费者负荷对智能电网（SG）动态条件的响应。它是降低峰值电力消耗的有效解决方案。随着间歇性清洁能源在智能电网中渗透率的不断提高，它也将成为充分利用清洁能源、提高系统效率的重要工具。

实时电价是攻击者破坏电网的诱人目标。消费端自动需求响应（DR）技术的日益普及为针对实时电价的对抗性攻击铺平了道路。因此，从智能电网安全稳定运行的角度来看，实时电价面临的潜在攻击不容忽视。

在针对实时电价的攻击中，实时电价数据完整性攻击（简称定价攻击）一直被视为对智能电网的重大威胁。攻击者可以在实时价格的传输过程中或在消费端对其进行篡改，旨在引发供需失衡，从而通过频率波动或线路过载来破坏电网。定价攻击将价格直接修改为特定值，从而能够对攻击效果进行更确定的控制。随着智能电网趋向于发电、电网、负荷和储能之间的双向互动，定价攻击对智能电网安全稳定运行的威胁比以往任何时候都更加严重。

因此，为了制定保障智能电网安全稳定运行的对策，探索可能威胁电网的新型潜在定价攻击至关重要。

目前有一些关于定价攻击的研究工作，但它们缺乏对规避现有定价攻击检测方法和智能电网异常检测措施的考虑。大多数定价攻击采用分阶段策略，即价格急剧升高到一个高值，然后急剧下降。这种价格的急剧上涨会导致负荷和频率严重偏离正常状态，使得这些攻击很可能在价格下降之前就被识别出来。其他定价攻击直接降低价格，但可能在达到预期效果之前就被检测到，因为较小的价格降幅会导致频率下降速度更慢、幅度更小。

近期的研究工作使用强化学习（RL）来优化攻击策略，但在有限观测条件下，对于多位置定价攻击可能效果不佳。近期有研究使用单智能体强化学习来优化定价攻击策略，但它们可能对复杂的多位置攻击无效。此外，多智能体强化学习被广泛应用于优化基于全局系统状态信息的多位置攻击策略。然而，它们在执行过程中缺乏智能体间通信，导致对系统状态和其他智能体存在不确定性。在系统状态部分可观测的条件下，这一问题可能更加严重。因此，在有限观测条件下，它们可能生成效果较差的多位置定价攻击策略。

带通信的多智能体强化学习（Comm-MARL）在其他领域常被用于优化有限观测下的多位置协调任务，但它们对不同攻击阶段的适应性有限。如前所述，大多数定价攻击是分阶段的。一个智能体的观测通常包含多个特征，其重要性在不同攻击阶段可能会有所变化。然而，现有的Comm-MARL在决定是否将观测共享给其他智能体时，将观测作为整体处理，无法区分单个特征在不同阶段的特定价值。这可能会损害它们对不同攻击阶段的适应性和有限观测的利用效率，从而在优化分阶段多位置攻击策略时缺乏灵活性和有效性。

为了揭示突破上述局限性的可能性，我们研究了在部分系统状态可观测条件下针对智能电网的隐蔽协调实时电价攻击（CoRPA）。本工作的贡献如下：

1）我们提出了一种分阶段策略的CoRPA方法，该方法在智能电网主要检测方法的策略约束下，首先缓慢增加电网中多个位置的实时价格，然后急剧降低价格，使攻击能够在代表性检测方法未察觉的情况下引发显著的频率偏差。所提出的隐蔽CoRPA可以在达到预期效果之前绕过代表性的定价攻击检测方法和基于区域控制误差（ACE）的异常检测系统。

2）我们提出了一种细粒度门控双向协调网络（fiGated-BiCNet），用于在部分系统状态可观测条件下优化多位置攻击的分阶段策略。它能够从智能体的观测中自适应地选择具有阶段信息的特征，并将它们与其他智能体共享。这促进了它对不同攻击阶段的适应和对观测特征的高效利用，从而为CoRPA输出有效策略。它还可以扩展到优化攻击检测策略和其他分阶段多位置攻击策略。

3）我们在标准IEEE 39节点电力系统上验证了所提出的CoRPA。仿真结果表明：（i）我们的CoRPA能够在发生前保持未被检测到的情况下引发发电机欠频，而选定的现有定价攻击无法同时实现影响和检测规避；（ii）我们的fiGated-BiCNet可以共享更多具有阶段信息的观测特征，能够提高每个攻击阶段策略的有效性，并且与选定的现有Comm-MARL相比，在降低通信成本的情况下具有更好的策略优化性能。

本文其余部分组织如下。第2节回顾相关工作。第3节和第4节分别介绍系统模型和CoRPA模型。第5节介绍用于攻击策略优化的fiGated-BiCNet算法。第6节进行对比仿真。第7节进行讨论。最后，第8节总结全文。

章节摘要

定价攻击

现有的定价攻击研究可以分为单位置定价攻击和多位置协调定价攻击。单位置定价攻击试图操纵电网中一个位置的价格，而多位置定价攻击试图操纵多个位置的价格。与单位置相比——

系统模型

我们考虑一个具有有向连通图(??,?)的电力系统，其中??:={1,2,...,????}是节点集合，?:={1,2,...,????}是连接所有节点的边集合。每个节点代表一个母线，每条边是一条输电线路。电力系统被划分为??个区域，其中每个区域x∈X有pX个母线和qX条线路。

攻击场景

图1展示了针对智能电网发起CoRPA的一个场景。终端消费者应基于独立系统运营商（ISO）通过智能电表（SM）定期发布的实时节点边际电价（LMP）调整其用电量。然而，攻击者控制了多个母线上的智能电表，篡改这些智能电表接收到的LMP，旨在增加负荷波动，从而导致目标发电机出现较大的频率偏差。

我们考虑一个更现实的假设，即攻击由……发起

结构

分阶段多位置攻击策略优化问题可以建模为分布式部分可观测马尔可夫决策过程（Dec-POMDP）：

其中，??={??}????=1是智能体集合，智能体i是在母线n内执行定价攻击的攻击者i；??是系统状态集合；??是联合动作集合，是智能体i的动作；??:??×??→[0,1]是状态间的条件转移概率；?:??×??→?是联合奖励函数；??是一个集合

实验设置

我们以IEEE 39节点系统作为案例研究来测试所提出的CoRPA，如Amini等人（2018）所述。在此，ISO每10分钟确定每个母线的LMP，消费者根据接收到的LMP调整其电力需求。消费者的基准需求bn(t)来自纽约ISO的历史数据。

我们假设攻击者在若干母线上执行攻击，每个母线被攻陷??????????%的智能电表。

图3-10中报告的结果和

复杂度分析

fiGated-BiCNet的时间和空间复杂度列于表6。主要计算开销来自actor-critic更新和门控网络更新。由于actor梯度估计涉及所有智能体对之间的交互，actor-critic更新的复杂度为??(????2(????+????))，其中M是mini-batch大小，N是智能体数量，Pa和Pc分别是actor网络和critic网络中的参数数量。门控网络更新的复杂度为??(??????????……

结论

本工作提出了在部分系统状态可观测条件下针对智能电网的隐蔽协调实时电价攻击CoRPA，揭示了具有实时电价的智能电网可能面临现有研究未揭示的隐蔽定价攻击。它遵循分阶段多位置策略，能够在规避检测的情况下引发显著的频率偏差，即电网中多个位置的实时价格首先缓慢增加，然后急剧降低。

CRediT作者贡献声明

Qiuyu Lu：方法论、概念构思、撰写-初稿、撰写-审阅与编辑、验证、形式分析、调查研究、可视化、获取资金。Zhao Peng：软件、验证、调查研究、数据整理。Jun'e Li：概念构思、指导监督、获取资金。Jin Wang：项目管理。Chang Liu：资源。

利益冲突声明

我没有任何需要声明的事项。在提交本手稿时不存在利益冲突。

Qiuyu Lu|Zhao Peng|Jun'e Li|Jin Wang|Chang Liu