Vulnerability assessment of power systems to intentional attacks using a specialized genetic algorithm

Abstract

RESUMEN: En este artículo se presenta un algoritmo genético especializado aplicado a la solución del problema de interdicción. Este problema consiste en la interacción de un agente disruptivo que pretende maximizar el daño al sistema de potencia (medido en deslastre de carga), y el operador del sistema que implementa acciones correctivas para minimizar el deslastre de carga. Este problema, también conocido como “el problema del terrorista,” es formulado en una estructura de programación binivel y solucionado mediante un algoritmo genético. La solución identifica los corredores más vulnerables de la red en términos de un ataque terrorista, suministrando señales para futuros refuerzos de la red o vigilancia más estricta de activos críticos. El enfoque propuesto ha sido probado en tres casos de estudio: un sistema didáctico de 5 barras, un prototipo del sistema colombiano y el sistema de pruebas de confiabilidad IEEE. Los resultados muestran la robustez y aplicabilidad de la metodología propuesta.

ABSTARCT: A specialized genetic algorithm applied to the solution of the electric grid interdiction problem is presented in this paper. This problem consists in the interaction of a disruptive agent who aims at maximizing damage of the power system (measured as load shed), and the system operator, who implements corrective actions to minimize system load shed. This problem, also known as “the terrorist threat problem”, is formulated in a bi-level programming structure and solved by means of a genetic algorithm. The solution identifies the most vulnerable links of the network in terms of a terrorist attack, providing signals for future reinforcement of the network or more strict surveillance of critical elements. The proposed approach has been tested on three case studies: a didactic five-bus power system, a prototype of the Colombian power system and the IEEE Reliability Test System. Results show the robustness and applicability of the proposed approach.