中文引用格式: 周旺. 光伏功率預測的對抗攻擊與防御研究[J]. 電子技術應用,2025,51(12):115-119.
英文引用格式: Zhou Wang. Research on adversarial attack and defense of photovoltaic power prediction[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(12):115-119.
引言
迄今為止,已有大量的研究提出了基于深度學習的預測方法,這些方法在光伏預測領域有著出色的表現[1]。然而,深度學習通常容易受到對抗攻擊的威脅[2-4]。攻擊者只需向輸入數據添加一些微小的擾動,這些擾動人眼幾乎無法察覺,但卻可以導致模型產生巨大的預測誤差[5]。Chen等人[6]利用快速梯度符號法(Fast Gradient Sign Method, FGSM)[7]生成對抗示例,首次展出了電力系統中深度學習模型的脆弱性。Zhang等人[8]分析了智能電網中的電能質量安全性問題,當遭受對抗攻擊時,深度學習模型的分類能力大幅下降。Luo等人[9]和Chen等人[10]探討了基于深度學習的負荷預測系統遭受攻擊時的預測性能,結果顯示深度學習模型面對對抗攻擊時并不穩健。
為了避免受到對抗攻擊時產生巨大的影響,研究者們也做了許多防御研究來增強深度學習模型的魯棒性[11-14]。在Miller等人[12]和Silya等人[13]回顧了防御算法抵御攻擊時各自的優缺點,其中對抗訓練應用頗為廣泛,能夠有效地提升深度學習模型的性能。Tramer等人[15]強調了對對抗攻擊進行強有力防御的必要性,結合對抗訓練和其他緩解策略可以增強模型的穩健性。
為了加強光伏功率預測的魯棒性,避免被攻擊時造成嚴重影響,本文針對光伏功率預測進行了對抗攻擊和防御研究。在這項工作中,我們設置了基于長短期記憶網絡(Long Short Term Memory Network, LSTM)的光伏功率預測模型,提出了一種改進后的FGSM攻擊算法。該算法由原來基于分類的FGSM攻擊改進為回歸攻擊,使用均方誤差損失函數,而不是分類交叉熵,使之更適合回歸模型。并且設置了一種基于對抗訓練的防御算法。針對該預測模型,分別在不同擾動下進行了對抗攻擊和防御實驗,并作出分析和比較。
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作者信息:
周旺
(貴州大學 電氣工程學院,貴州 貴陽 550025)

