As power grid environments are moving towards the smart grid vision of the future, the traditional schemes for power grid protection and control are making way for new applications. The advancements in this field have made the requirements for power grid’s time synchronization accuracy and precision considerably more demanding. So far, the signals provided by Global Navigation Satellite Systems have generally addressed the need for highly accurate and stable reference time in power grid applications. These signals however are highly susceptible to tampering as they are being transmitted. Since electrical power transmission and distribution are critical functions for any modern society, the risks and impacts affiliated with satellite-based time synchronization in power grids ought to be examined.
This thesis aims to address the matter. The objective is to examine how Global Navigation Satellite Systems are utilized in the power grids, how different attacks would potentially be carried out by employing interference and disturbance to GNSS signals and receivers and how the potential threats can be mitigated. A major part of the research is done through literature review, and the core concepts and different implementations of Global Navigation Satellite Systems are firstly introduced. The literature review also involves the introduction of different power grid components and subsystems, that utilize Global Positioning System for time synchronization. Threat modeling techniques traditionally practiced in software development are applied to power grid components and subsystems to gain insight about the possible threats and their impacts. The threats recognized through this process are evaluated and potential techniques for mitigating the most notable threats are presented.Sähköverkot ovat siirtymässä kohti tulevaisuuden älykkäitä sähköverkkoja ja perinteiset sähköverkon suojaus- ja ohjausmenetelmät tekevät tilaa uusille sovelluksille. Alan kehitys on tehnyt aikasynkronoinnin tarkkuusvaatimuksista huomattavasti aikaisempaa vaativampia. Tarkka aikareferenssi sähköverkoissa on tähän saakka saavutettu satelliittinavigointijärjestelmien tarjoamien signaalien avulla. Nämä signaalit ovat kuitenkin erittäin alttiita erilaisille hyökkäyksille. Sähkönjakelujärjestelmät ovat kriittinen osa nykyaikaista yhteiskuntaa ja riskejä sekä seuraamuksia, jotka liittyvät satelliittipohjaisten aikasynkronointimenetelmien hyödyntämiseen sähköverkoissa, tulisi tarkastella.
Tämä tutkielma pyrkii vastaamaan tähän tarpeeseen. Päämääränä on selvittää, miten satelliittinavigointijärjestelmiä hyödynnetään sähköverkoissa, kuinka erilaisia hyökkäyksiä voidaan toteuttaa satelliittisignaaleja häiritsemällä ja satelliittisignaalivastaanottimia harhauttamalla ja kuinka näiden muodostamia uhkia voidaan lieventää. Valtaosa tästä tutkimuksesta on toteutettu kirjallisuuskatselmoinnin pohjalta. Työ kattaa satelliittinavigointijärjestelmien perusteet ja esittelee erilaisia tapoja, kuinka satelliittisignaaleja hyödynnetään sähköverkoissa erityisesti aikasynkronoinnin näkökulmasta. Työssä hyödynnettiin perinteisesti ohjelmistokehityksessä käytettyjä uhkamallinnusmenetelmiä mahdollisten uhkien ja seurausten analysointiin. Lopputuloksena esitellään riskiarviot uhkamallinnuksen pohjalta tunnistetuista uhkista, sekä esitellään erilaisia menettelytapoja uhkien lieventämiseksi
