Application of electromagnetic topology modeling low-voltage power grid (statistical study conducted disturbances)

Abstract

Privacy and resilience are two main challenges in information security for a critical infrastructure. The susceptibility of equipment to intentional electromagnetic interferences and the potential correlation between the noise generated by information systems and the information they process introduces a risk for the security and the safety of sensitive facilities. During the last decade, the use of electronic systems in critical applications has grown quickly. The low-voltage power network has become a particular case for the safety and the security since it connects all grid-powered devices in the facility. Moreover it provides a significant coupling and propagating area for electromagnetic interferences. The study of such systems requires an accurate knowledge of their characteristic parameters to describe them as realistically as possible so that we can assess their vulnerability. In this context, the electromagnetic topology is used to model the low-voltage distribution network. Using a statistical approach, the analysis aims at estimating the probability density function of compromising electromagnetic signals of high magnitudes which can propagate along the power cables outside the secured area. In electromagnetic compatibility studies, uncertainty and variability of physical quantities are generally modeled thanks to gaussian distributions. This implicitly restricts the analysis to the mean contributions of the observables. Conclusions deduced from such an analysis may be unsuitable for assessing the real risk. The purpose of this study is to show that the specification of protections related to electromagnetic interference, can be improved by modelling precisely the tails of distributions by the extreme value theory.Les thèmes de la confidentialité et de la résilience sont deux enjeux majeurs dans la protection de l'information au sein d'une infrastructure critique. La susceptibilité des équipements vis-à-vis des interférences électromagnétiques intentionnelles ainsi que la corrélation potentielle entre le bruit généré par un système électronique et les informations traitées par celui-ci induisent un risque extrêmement fort pour la sécurité de l'information. Ces dernières années l'utilisation de systèmes électroniques, dans le cadre d'applications critiques, a connu un essor fulgurant. Le réseau énergétique basse-tension est devenu de fait un cas particulier pour la sécurité et la sûreté de fonctionnement puisqu'il connecte l'ensemble des équipements d'une infrastructure et qu'il propose une zone de couplage non négligeable pour ces interférences. L étude de tels systèmes requiert une connaissance précise de leurs paramètres caractéristiques afin de les décrire par un modèle aussi réaliste que possible de façon à pouvoir en évaluer la vulnérabilité. Dans ce contexte, la topologie électromagnétique est appliquée afin de modéliser le réseau électrique basse-tension, l objectif étant d estimer, par une approche statistique, la probabilité que des signaux électromagnétiques compromettants de fortes amplitudes se propagent hors de la zone de sécurité le long du réseau énergétique. Il s agit donc de déterminer les effets de ces paramètres caractéristiques sur une observable, un courant dans une charge distante, par exemple. Souvent seuls la moyenne et l écart-type de l observable sont calculés, ce qui limite l analyse de ces effets à celle de leurs contributions moyennes. L objet de cette étude est de montrer que les spécifications des moyens de protection, relatives aux interférences électromagnétiques, peuvent être rendues optimales en étudiant de façon précise les queues de distributions par la théorie des valeurs extrêmes.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF