中文引用格式: 周旺. 光伏功率预测的对抗攻击与防御研究[J]. 电子技术应用,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
迄今为止,已有大量的研究提出了基于深度学习的预测方法,这些方法在光伏预测领域有着出色的表现[1]。然而,深度学习通常容易受到对抗攻击的威胁[2-4]。攻击者只需向输入数据添加一些微小的扰动,这些扰动人眼几乎无法察觉,但却可以导致模型产生巨大的预测误差[5]。Chen等人[6]利用快速梯度符号法(Fast Gradient Sign Method, FGSM)[7]生成对抗示例,首次展出了电力系统中深度学习模型的脆弱性。Zhang等人[8]分析了智能电网中的电能质量安全性问题,当遭受对抗攻击时,深度学习模型的分类能力大幅下降。Luo等人[9]和Chen等人[10]探讨了基于深度学习的负荷预测系统遭受攻击时的预测性能,结果显示深度学习模型面对对抗攻击时并不稳健。
为了避免受到对抗攻击时产生巨大的影响,研究者们也做了许多防御研究来增强深度学习模型的鲁棒性[11-14]。在Miller等人[12]和Silya等人[13]回顾了防御算法抵御攻击时各自的优缺点,其中对抗训练应用颇为广泛,能够有效地提升深度学习模型的性能。Tramer等人[15]强调了对对抗攻击进行强有力防御的必要性,结合对抗训练和其他缓解策略可以增强模型的稳健性。
为了加强光伏功率预测的鲁棒性,避免被攻击时造成严重影响,本文针对光伏功率预测进行了对抗攻击和防御研究。在这项工作中,我们设置了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network, LSTM)的光伏功率预测模型,提出了一种改进后的FGSM攻击算法。该算法由原来基于分类的FGSM攻击改进为回归攻击,使用均方误差损失函数,而不是分类交叉熵,使之更适合回归模型。并且设置了一种基于对抗训练的防御算法。针对该预测模型,分别在不同扰动下进行了对抗攻击和防御实验,并作出分析和比较。
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作者信息:
周旺
(贵州大学 电气工程学院,贵州 贵阳 550025)

