أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق بحثي من جامعة إشبيلية (Universidad de Sevilla) في إسبانيا إطارًا جديدًا لكشف وتحديد هجمات حقن البيانات الزائفة (FDIA) في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
تُنفَّذ هجمات FDIA عادةً من قبل مجرمي الإنترنت، أو موظفين ضارين من الداخل، أو مهاجمين مدعومين من دول، أو قراصنة محترفين، بهدف تعطيل شبكات الاتصالات أو أجهزة الاستشعار أو أنظمة التحكم. في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات النطاق التجاري، يمكن لهذه الهجمات التلاعب ببيانات القياس مثل كمية الكهرباء المولدة أو الجهد الكهربائي أو شدة الإشعاع الشمسي، مما يؤدي إلى قرارات تحكم خاطئة، وانخفاض في إنتاج الكهرباء، وزيادة الضغط على المعدات، وعدم استقرار الشبكة الكهربائية، فضلاً عن مخاطر محتملة على السلامة.
تمت دراسة هجمات FDIA على نطاق واسع في شبكات النقل والتوزيع الكهربائية، لكن تطبيقاتها في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية التجارية لا تزال محدودة، وهو ما تسعى هذه الدراسة إلى سدّ هذه الفجوة. وأوضحت المؤلفة المسؤولة عن المراسلات، كاتالينا غوميز كيليس، أن الإطار لا يقتصر على تحديد أخطاء القياس العشوائية، بل يمكنه أيضًا كشف المهاجمين المتقدمين القادرين على التلاعب بعدة قياسات مع الحفاظ على الاتساق الفيزيائي مع الشبكة، وهو نوع من الهجمات يصعب اكتشافه بالتقنيات التقليدية.
يعتمد الإطار الجديد على أداة تحديد على مرحلتين، تدمج مُقدِّرين اثنين: EC-WLSE وEC-SHGME. يقوم EC-WLSE أولاً بتقدير حالة النظام عبر تحليل البواقي واختبار البواقي المعيارية الكبيرة (LNR)، وتحديد القياسات المشبوهة، واستبعاد القياسات التي تتجاوز العتبات المحددة مسبقًا، ثم إعادة التقدير. أما EC-SHGME فيعزز عملية الكشف من خلال تعديل أوزان القياسات بشكل متكرر، وتحديد الهجمات الدقيقة التي قد تتجاوز مرحلة الكشف الأولى، وتصنيف القياسات التي تستمر أوزانها في الانخفاض على أنها حقن بيانات زائفة محتملة (FDI).
اختبر الباحثون هذه الأداة باستخدام نموذج مرجعي لمحطة طاقة شمسية كهروضوئية تجارية وسيناريوهات مختلفة للهجمات السيبرانية. يتكون نظام الاختبار من مغذيين متوسطي الجهد، كل منهما متصل بثلاثة محولات شمسية كهروضوئية بقدرة 3.8 ميجا فولت أمبير، ويتم ربطهما بشبكة جهد 132 كيلو فولت عبر محولات متوسطة/منخفضة الجهد وعالية/متوسطة الجهد. تشمل سيناريوهات الهجوم نوعين: هجمات وهمية تعتمد على التلاعب العشوائي بقيم القياس، وهجمات معقدة تستخدم معرفة بنموذج المحطة الكهروضوئية. تقوم الهجمات الوهمية بتعديل قياسات الجهد والتيار والطاقة ضمن نطاقات واقعية لمحاكاة اضطرابات خفية؛ بينما تولد الهجمات المعقدة بيانات زائفة متسقة فيزيائيًا، في محاولة لخداع وحدة التحكم في المحطة (PPC) وتجنب اكتشافها.
أظهرت نتائج المحاكاة أن قدرة EC-WLSE على الكشف محدودة، حيث لا يمكنه سوى تحديد الانحرافات الكبيرة في القدرة الفعالة، ولا يستطيع كشف الهجمات التي تستهدف الجهد والقدرة غير الفعالة؛ وفي حالة الهجمات المتعددة، لا يحقق أداءً مقبولاً في الكشف إلا عندما يتم اختراق جزء كبير من القياسات. في المقابل، أظهر EC-SHGME متانة أكبر تجاه الهجمات المتزامنة على القدرة الفعالة وغير الفعالة، حيث تجاوزت نسبة الكشف 95% في معظم السيناريوهات. ومع ذلك، لا يزال التحديد الدقيق لجميع القياسات المخترقة أمرًا صعبًا، خاصة في سيناريوهات الهجمات المتعددة منخفضة السعة. أظهرت سيناريوهات الهجمات المعقدة أنه مع زيادة عدد القياسات التي يتم التلاعب بها، يتحسن أداء الكشف، لكن تحديد موقع الهجوم بدقة يصبح أكثر صعوبة.
حققت الطريقة المقترحة دقة عالية في الكشف، حيث تجاوزت درجة F1 85% في ظل ظروف تشغيل قاسية، واقتربت من 100% في العديد من السيناريوهات العملية، مع كونها خفيفة بما يكفي من حيث الحساب ليمكن النظر في استخدامها في التطبيقات الزمنية الحقيقية. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا الإطار قادر على إعادة بناء حالة موثوقة للنظام، حتى في حالة اختراق القياسات، مما يسمح لوحدة التحكم في المحطة (PPC) بمواصلة العمل باستخدام معلومات موثوقة، مما يعزز مرونة المحطة في مواجهة الأحداث السيبرانية.
نُشرت هذه الدراسة في دورية "Electric Power System Research" تحت عنوان "إطار سيبراني مرن لكشف وتحديد هجمات حقن البيانات الزائفة في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية". وخلصت غوميز كيليس إلى أن المساهمة الرئيسية لهذا العمل تكمن في إثبات أنه، عند ضبطها بعناية وفقًا للخصائص المحددة للمحطات الكهروضوئية، يمكن لتقنيات تقدير الحالة المتينة أن توفر طبقة أمان سيبراني فعالة وعملية للبنية التحتية المستقبلية للطاقة المتجددة البنية التحتية، دون الحاجة إلى أجهزة استشعار إضافية أو إجراء تغييرات جوهرية على البنية الحالية للمحطات.
