近年来,传统的电力系统与现代传感技术、控制技术、通信技术的深度融合逐渐形成电力信息物理系统-智能电网。然而,智能电网新的系统特性,如复杂性、智能性和开放性,使其容易遭受各种恶意信息物理攻击。与传统的信息攻击相比,信息物理攻击的特性体现在攻击者可以通过注入虚假数据导致检测残差变化却不超过检验阈值,进而可以规避从信号角度出发的检测方法。基于这一欺骗特性,信息物理攻击给当前基于信号处理的检测方法带来巨大挑战,如物理动态估计的准确性、先验阈值的取值和结构脆弱性下攻击不可检测的问题。因此,设计针对信息物理攻击的检测与分离机制对智能电网安全运行至关重要。基于此,结合控制论方法,本文开展了基于状态观测器的信息物理攻击检测与分离研究。本文主要研究工作如下:(1)针对智能电网中发电机端遭受偏置负载攻击的问题,提出了基于鲁棒自适应观测器的攻击检测与分离算法。首先,为减少攻击检测与分离的复杂度,提出基于拓扑结构的区域划分算法;然后,考虑攻击对发电机角频率的影响,建立物理动态电网模型,进而设计基于鲁棒自适应观测器的攻击检测算法;进一步设计自适应阈值替代传统先验阈值,提高对偏置负载攻击的检测性能;基于攻击区域内传感器的组合,进而设计逻辑判断矩阵解决区域内攻击分离问题;最后,通过仿真研究证明了所提攻击检测与分离算法的有效性。(2)针对智能电网中邻域信息影响下发电机端受偏置负载攻击的问题,提出了基于分布式未知输入观测器的攻击检测与分离算法。考虑邻域之间互联信息对发电机频率的影响,建立了分布式电网模型;进而设计未知输入观测器处理模型不确定性、外部扰动和区域间互联信息对物理动态估计的影响;考虑模型不确定性和外部干扰,进一步给出了分布式自适应阈值的计算;考虑邻域之间互联信息对区域内攻击分离的影响,提出基于攻击特征矩阵的分离算法;最后,通过仿真验证以上攻击检测与分离算法的有效性。(3)针对智能电网中发电机负载总线遭受隐蔽虚假数据注入攻击的问题,提出基于线性奇异区间观测器的攻击检测与分离算法。首先,考虑电网模型中扰动上下界,设计一种线性奇异区间观测器,获得了零值与区间残差之间关系,进而提出了基于区间观测器的攻击检测算法,克服了当前检测方法中残差评价函数和阈值设计对攻击检测性能的限制;然后考虑隐蔽虚假数据注入攻击对区域内传感器的影响,通过构建一种逻辑决策矩阵给出了攻击分离算法。最后,通过仿真结果验证以上攻击检测与分离算法的有效性。(4)针对结构脆弱性下智能电网中发电机转子幅角遭受隐蔽虚假数据注入攻击的问题,提出了基于非线性未知输入区间观测器的攻击检测与分离算法。首先设计了参数可调的未知输入区间观测器,最大化地消除未知扰动对区间状态估计的影响,由此提出了假数据攻击检测准则;进一步考虑攻击区域内可观测传感器攻击组合构建了一种新的逻辑分离矩阵,并给出了基于逻辑分离矩阵的分离算法,实现结构脆弱下隐蔽性虚假数据注入攻击的检测与分离;最后,通过仿真验证所提出的攻击检测与分离算法的有效性。(5)针对智能电网中发电机角频率遭受隐蔽虚假数据注入攻击的问题,提出了基于分布式区间观测器的攻击检测与分离算法。首先考虑区域间互联信息对隐蔽虚假数据注入攻击检测的影响,设计了非线性分布式区间观测,进而提出了基于区间观测器的分布式检测算法;然后考虑邻域攻击对攻击区域内传感器攻击所有可能的影响,通过构造的局部和全局的攻击特征分离矩阵给出攻击分离算法;最后,仿真结果验证以上分布式攻击检测与分离算法的有效性。