[發(fā)明專利]一種在電力系統(tǒng)直流狀態(tài)估計(jì)中防御假數(shù)據(jù)注入攻擊的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110350698.6
• 申請(qǐng)日: 2011-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN102522743A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊清宇;楊潔;安豆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H04L9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種在電力系統(tǒng)直流狀態(tài)估計(jì)中防御假數(shù)據(jù)注入攻擊的方法，屬于電力系統(tǒng)安全和控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)民經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展起著關(guān)鍵作用。隨著電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜化和智能電網(wǎng)的推廣，為了使其安全、穩(wěn)定運(yùn)行，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)不容忽視。控制中心的能量管理系統(tǒng)根據(jù)接收到的傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并利用估計(jì)結(jié)果和控制算法做出實(shí)時(shí)的控制決策。

電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)除了含有正常的測(cè)量噪聲外，也含有隨機(jī)的不良數(shù)據(jù)(測(cè)量誤差大于標(biāo)準(zhǔn)差的3倍以上)。不良數(shù)據(jù)的存在可能導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)結(jié)果受到污染，使其偏離實(shí)際情況。因此，不良數(shù)據(jù)的檢測(cè)、辨識(shí)和修正是電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)研究的重要課題，是狀態(tài)估計(jì)的重要組成部分。

由于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)與控制中心的局域網(wǎng)相連，而數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)自身與傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)亦是非常之混雜，有光纖、衛(wèi)星、微波等。這些因素使得電力系統(tǒng)很容易受到惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊的入侵。假數(shù)據(jù)注入攻擊是指攻擊者在對(duì)電力系統(tǒng)拓?fù)溆幸欢私獾那闆r下，篡改能量管理系統(tǒng)接收到的傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)，按照預(yù)定的目標(biāo)來改變狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果。

目前對(duì)于電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)安全性的研究大多針對(duì)不良數(shù)據(jù)的檢測(cè)和辨識(shí)，并未考慮到電力系統(tǒng)中的惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)狀態(tài)估計(jì)的影響。本發(fā)明中的假數(shù)據(jù)注入攻擊防御方法，從三個(gè)層次保障用于狀態(tài)估計(jì)的量測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性：基本的狀態(tài)估計(jì)方法可以濾除量測(cè)噪聲和隨機(jī)干擾，不良數(shù)據(jù)檢測(cè)過程用以排除不良數(shù)據(jù)的干擾，最后的對(duì)傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密過程從源頭阻斷了假數(shù)據(jù)注入攻擊，從而為電力系統(tǒng)提供了一個(gè)完整的安全防御體系，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提出一種電力系統(tǒng)直流狀態(tài)估計(jì)中假數(shù)據(jù)注入攻擊防御方法，該發(fā)明不僅可以濾除量測(cè)量中的隨機(jī)噪聲和不良數(shù)據(jù)，還提供了一種啟發(fā)式算法用以找到最容易受到攻擊的一組量測(cè)量，系統(tǒng)為這組傳感器量測(cè)量進(jìn)行加密后，可以有效地防御假數(shù)據(jù)注入攻擊。

本發(fā)明提出一種在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中防御假數(shù)據(jù)注入攻擊的方法，包括下列步驟：

(1)從能量管理系統(tǒng)獲得系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括輸電線路的支路號(hào)、首節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗、并聯(lián)電導(dǎo)和并聯(lián)電納；

(2)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)接收來自傳感器的實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)z＝(z₁，z₂，...，z_m)^T，并將其傳送給能量管理系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)器，其中Z_i∈R(i＝1，2，...，m)表示節(jié)點(diǎn)注入有功功率和支路有功功率；

(3)根據(jù)上述量測(cè)值向量z，狀態(tài)估計(jì)器利用加權(quán)最小二乘法得到直流狀態(tài)變量估計(jì)值計(jì)算公式為：

x^=(HTWH)-1HTWz]]>

其中表示節(jié)點(diǎn)電壓相角，H為量測(cè)雅克比矩陣，W為正定加權(quán)矩陣，其元素為測(cè)量誤差方差之導(dǎo)數(shù)；

(4)根據(jù)上述直流狀態(tài)變量估計(jì)值利用最大標(biāo)準(zhǔn)殘差法來檢測(cè)量測(cè)數(shù)據(jù)中是否含有不良數(shù)據(jù)：若量測(cè)估計(jì)誤差則說明量測(cè)向量中不含有不良數(shù)據(jù)，否則將量測(cè)向量中估計(jì)誤差最大的變量濾除，重復(fù)最大標(biāo)準(zhǔn)殘差檢驗(yàn)法，直到滿足||z-Hx^||2<τ;]]>