[發明專利]一種抵御電力系統直流狀態估計中數據完整性攻擊的方法

有效

• 申請號: 201610112168.0
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105791280B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 楊清宇;閔瑞;安豆
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;G06F21/64;H02J3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種抵御電力系統直流狀態估計中數據完整性攻擊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)從能量管理系統獲得電力系統的網絡參數；

2)數據采集與監視控制系統接收傳感器量測量，再將傳感器量測量發送至能量管理系統的狀態估計器中，能量管理系統的狀態估計器根據傳感器量測量估計電力系統的實時狀態；

3)建立最小代價數據完整性攻擊模型：

s.t.H^Sc＝0

||c||_∞≥τ

其中，c為偏移量，τ為預設值，S為初始化為空的安全子集，H為系統的量測雅克比矩陣,為雅克比矩陣H中未被保護的電力系統節點相關的變量所組成的子矩陣；

4)根據步驟1)得到的電力系統的網絡參數求解所述最小代價數據完整性攻擊模型，得最小代價攻擊向量a；

5)對系統的雅克比矩陣H進行分塊，根據所有傳感器的量測量將系統雅克比矩陣H按行分為N-1個矩陣塊H^Li，再尋找最小代價攻擊向量a中的非零量測量a_k，其中，Li＝1,...,N-1，N為電力系統的節點數目，k＝1,...,Nu，Nu＝||a||₀；

構造計數向量M(Li),其中，Li＝1,...,N-1，計算最小代價攻擊向量a中的Nu個量測量包含在各個矩陣塊H^Li中的個數，將最大Nu個量測量包含在各個矩陣塊H^Li中的個數記作M(Li^*)，即，Li^*節點為配置PMU的最佳節點，則將PMU配置到Li^*節點上，同時將矩陣塊添加到安全子集S中；

6)重復步驟3)、4)及5)，直至Rank(H^S)＝N-1為止，完成電力系統直流狀態估計中防御數據完整性攻擊；

設傳感器量測量包括支路有功功率和節點注入有功功率z，z＝(P₁,P₂,..P_g..,P_N,P_ij,P_ji,...)^T，其中，P_i,j為第i個節點到第j個節點之間的支路有功功率，P_g為第g個節點注入有功功率；

則電力系統直流狀態估計值為：

其中，R為權重矩陣；

電力系統的狀態變量包括節點電壓相角x，其中，x＝(θ₂,θ₃,..θ_h..,θ_N)^T，θ_h為第h個節點電壓相角，則第i個節點到第j個節點之間的支路有功功率P_i,j和第i個節點注入有功功率P_i分別為：

其中，X_ij為第i個節點到第j個節點之間的支路導納，為與i節點相連的節點集合；

步驟4)的具體操作為：

1a)由步驟1)得到的電力系統的網絡參數得到系統的測量雅克比矩陣H，對系統的測量雅克比矩陣H進行轉置得到行滿秩矩陣H^T；

2a)對行滿秩矩陣H^T進行初等行變換，得行最簡形矩陣；

3a)找到行最簡形矩陣中0元素最多的一行，然后通過列變換將該行的所有零元素交換至該行的最前列；

4a)將步驟3a)得到的矩陣通過初等行變換得新的行最簡形矩陣，然后重復步驟3a)，直至非零元素最少一行的位置不發生變化且非零元素最少一行中0元素個數不變為止，得矩陣(H^T)″；

5a)選取步驟4a)得到的矩陣(H^T)″中非零元素個數最多的一行，然后將該非零元素最多的一行作為最小代價攻擊向量a。

2.根據權利要求1所述的抵御電力系統直流狀態估計中數據完整性攻擊的方法，其特征在于，所述電力系統的網絡參數包括輸電線路的支路號、首節點編號、末節點編號、串聯電阻、串聯電抗、并聯電導及并聯電納。

3.根據權利要求1所述的抵御電力系統直流狀態估計中數據完整性攻擊的方法，其特征在于，傳感器量測量包括支路有功公路及節點注入有功功率。

4.根據權利要求1所述的抵御電力系統直流狀態估計中數據完整性攻擊的方法，其特征在于，當Li^*節點不唯一時，則選擇其中出現度最高的節點作為配置PMU的最佳節點。