[發明專利]基于非線性量測方程的電網假數據注入攻擊檢測方法

有效

• 申請號: 201710179769.8
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107016236B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 秦艷輝;孫誼媊;李德存;沈中信;劉威麟;依力扎提吐爾汗;高山;閆亞嶺;王偉;祁曉笑;王琛;焦春雷;劉大貴;孫冰;王方楠;羅忠游;王四海;祁偉
• 申請（專利權）人: 新疆電力建設調試所;國網新疆電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯建武

1.一種基于非線性量測方程的電網假數據注入攻擊檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步：獲取電網數據，所述電網數據包括電網拓撲結構、線路參數和歷史狀態估計數據，其中電網拓撲結構包括線路之間的連接狀態,開關開斷情況；線路參數包括線路電導和對地電納，之后進入第二步；

第二步：進行電網系統狀態相關性分析和電網系統量測相關性分析；所述電網系統狀態相關性分析包括含n節點系統的時間相關性建模和含n節點系統的狀態預測；所述電網系統量測相關性分析包括當前時刻的量測值與量測預測值之間的時間相關性，具體如下：

(一)進行電網系統狀態相關性分析，具體如下：

(1)建立線性化的準穩態模型，如下式所示：

x_k+1＝F_kx_k+G_k+w_k (1)

其中，x_k+1和x_k均表示狀態預測值，其中k和k+1分別表示時刻；F_k和G_k表示n維非零對角動態模型參數矩陣；F_k表示狀態轉移矩陣；G_k表示控制向量；w_k表示服從正態分布的隨機白噪聲，即w_k～N(0,Q_k)，Q_k表示模型誤差協方差矩陣；

(2)計算參數F_k和G_k，通過Holt’s兩參數線性指數平滑法及歷史狀態預測值計算參數F_k和G_k，公式如下所示：

F_k(i)＝α(1+β) (2)

G_k(i)＝(1+β)(1-α)x_k|k-1(i)-βa_k-1(i)+(1-β)b_k-1(i) (3)

其中，F_k(i)和G_k(i)分別表示F_k和G_k的第i個對角元素；x_k|k-1(i)表示k-1時刻的狀態預測值；α和β表示兩個恒定參數；a_k(i)和b_k(i)表示兩參數平滑中間變量，a_k(i)＝αx_k(i)+(1-α)x_k|k-1(i)，b_k(i)＝β[a_k(i)-a_k-1(i)]+(1-β)b_k-1(i)；a_k-1(i)和b_k-1(i)也表示兩參數平滑中間變量，其中k和k-1分別表示時刻；

(3)結合F_k和G_k通過傳統的期望理論，得出一個含n節點系統的狀態預測值x_k+1|k和其協方差矩陣M_k+1，如下式所示：

其中，表示上一時刻的狀態估計值；P_k表示上一時刻的協方差矩陣；F_k表示狀態轉移矩陣；Q_k表示模型誤差協方差矩陣；表示F_k的轉置；

(二)進行電網系統量測相關性分析，得出預測的量測結果，預測的量測即量測預測值如下式所示：

z_k+1|k＝h(x_k+1|k) (6)

其中，h(·)表示非線性量測方程；z_k+1|k表示量測預測值；之后進入第三步；

第三步：計算新息向量，所述新息向量為當前時刻的量測值與量測預測值的差值，計算公式如下式所示：

ζ_k+1＝z_k+1-z_k+1|k (7)

其中，ζ_k+1表示新息向量；z_k+1表示當前時刻的量測值；z_k+1|k表示當前時刻的量測預測值；

其對應的協方差矩陣Σ_k+1如下式所示：

其中，表示量測雅克比矩陣；表示H_k+1的轉置；R_k+1表示量測誤差協方差矩陣；之后進入第四步；

第四步：假數據檢測與定位，具體如下：

(一)建立用于檢測量測時間相關性的檢測器D₁，檢測器D₁如下式所示：

其中，λ₁為檢測門限，λ₁＝3；||·||_∞為無窮范數算子；z_k+1(i)和z_k+1|k(i)分別為z_k+1和z_k+1|k的第i個元素，z_k+1表示當前時刻的量測值；z_k+1|k表示當前時刻的量測預測值；

(二)假數據的檢測定位，具體如下：

(1)若第i個新息向量對應的量測值超過了檢測門限，則判定存在假數據注入攻擊并且此新息向量對應的量測是被攻擊的，同時將判定存在假數據注入攻擊的新息向量對應的量測標記為被攻擊的量測，之后進入第五步；

(2)若沒有新息向量超過檢測門限，則不存在假數據注入攻擊，之后進入第六步；

第五步：假數據的更新，在判斷出所有被攻擊的量測后，用量測預測值代替更新被攻擊的量測，之后進入第六步；

第六步：狀態估計，在沒有假數據注入攻擊或所有被攻擊量測都被代替更新以后，采用控制中心已有的估計器得到系統各個節點電壓和幅值，完成狀態估計。