[發(fā)明專利]數(shù)據(jù)注入攻擊下網(wǎng)絡(luò)化多區(qū)域電力系統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)估計方法

有效

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• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108767844B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭晨;張浩;王玉龍;杜大軍;楊明錦;孫洪濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/06
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)注入攻擊下多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化電力系統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)估計方法。首先在同時考慮系統(tǒng)狀態(tài)和攻擊信號的情況下對每個區(qū)域給出一個新的量測方程，把狀態(tài)估計轉(zhuǎn)化成帶有約束的優(yōu)化求解問題；然后構(gòu)造一些虛擬節(jié)點(diǎn)連接邊界系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)域間的通信約束，并利用變分不等式原理給出了帶有約束信息的拉格朗日函數(shù)；最后提出了變懲罰參數(shù)的狀態(tài)估計方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)注入攻擊下的狀態(tài)估計，其中該懲罰參數(shù)可以根據(jù)估計誤差和邊界誤差進(jìn)行自適應(yīng)地要調(diào)整其大小，進(jìn)而提高了估計的精度和速度。本發(fā)明是應(yīng)用于數(shù)據(jù)注入攻擊下大規(guī)模多區(qū)域電力系統(tǒng)狀態(tài)估計，能夠很好地保證準(zhǔn)確性和速度性，以滿足未來智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計方法，具體是一種數(shù)據(jù)注入攻擊下網(wǎng)絡(luò)化多區(qū)域電力系統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)估計方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(PSSE)是能源管理系統(tǒng)(EMS)的核心組成部分。在現(xiàn)在的電力系統(tǒng)中，用戶的電力需求越來越高，使得電力系統(tǒng)的規(guī)模逐漸變大、結(jié)構(gòu)愈發(fā)的復(fù)雜化，逐漸呈多區(qū)域電力系統(tǒng)的方向發(fā)展。對多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)，子系統(tǒng)內(nèi)以及各區(qū)域之間的通信連接方式通常有兩種：一種是點(diǎn)對點(diǎn)的專線通信方式，另一種是開放式的電力通信網(wǎng)。相對于傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)專線通信連接方式，采用開放式電力通信網(wǎng)絡(luò)的方式具有便于布線、易于安裝維護(hù)、操作簡單、成本低廉、靈活性大等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于網(wǎng)絡(luò)化多區(qū)域電力系統(tǒng)的開放式通信，使得其極易遭受惡意的網(wǎng)絡(luò)攻擊，給多區(qū)域電力系統(tǒng)造成極強(qiáng)的破壞性。常見的攻擊形式有：錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊(FDI)、拒絕服務(wù)攻擊、重放攻擊等。自從2010年伊朗布什爾核電站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)遭受到StuxNet(“震網(wǎng)”病毒)攻擊，造成嚴(yán)重的后果，令世人震驚，暴露出傳統(tǒng)的EMS對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測和處理方面存在嚴(yán)重問題，而狀態(tài)估計是EMS的核心，承擔(dān)著重要的任務(wù)，因此急需研究攻擊下的狀態(tài)估計策略。控制系統(tǒng)安全問題逐漸成為了世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。國際學(xué)術(shù)界對安全問題的研究給予了高度重視，如IEEE SystemsJournal(2012)、IEEE Control System Magazine(2015)、IEEE Transaction on Controland Network Systems(2015)等均出版了網(wǎng)絡(luò)安全方面的研究專刊。

目前，多區(qū)域電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計大致可以分為兩類：1)基于分解協(xié)調(diào)的分層次分布式狀態(tài)估計方法，但是分區(qū)側(cè)、協(xié)調(diào)側(cè)分開迭代求解，一般只求得次優(yōu)解；2)無需協(xié)調(diào)側(cè)的分布式方法，無需中央?yún)f(xié)調(diào)側(cè)，但收斂性能弱。因此上述兩種方法均存在一定的不足，且僅僅考慮了服從特定分布的噪聲，不能適應(yīng)于存在隨機(jī)攻擊信號的電力系統(tǒng)中，難以滿足現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。

在多區(qū)域電力系統(tǒng)中，必然存在子系統(tǒng)間的相互通信，存在某些節(jié)點(diǎn)共享相同狀態(tài)信息的情況，因而在狀態(tài)估計時必須考慮相鄰子系統(tǒng)間的通信約束問題。由于網(wǎng)絡(luò)化電力系統(tǒng)中存在惡意的攻擊信號，且其破壞性極大，因此對網(wǎng)絡(luò)化多區(qū)域電力系統(tǒng)在遭受惡意攻擊下狀態(tài)估計算法的研究刻不容緩。如何設(shè)計出合理的狀態(tài)估計算法，盡可能在不改變電力系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的情況下估計出系統(tǒng)的狀態(tài)，也是廣大研究者必須解決的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，運(yùn)用變分不等式的思想，設(shè)計一種數(shù)據(jù)注入攻擊下網(wǎng)絡(luò)化多區(qū)域電力系統(tǒng)的自適應(yīng)狀態(tài)估計方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下：

首先，在同時考慮系統(tǒng)狀態(tài)和攻擊信號的情況下對每一個子系統(tǒng)給出一個新的量測方程，利用該量測方程把狀態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化成對有約束的優(yōu)化求解問題。然后構(gòu)造出一些有效的虛擬節(jié)點(diǎn)來連接邊界系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)間的電力系統(tǒng)通信。接著提出了基于懲罰參數(shù)的分布式狀態(tài)估計方法，來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)在FDI攻擊下的狀態(tài)恢復(fù)，其中該懲罰參數(shù)可以根據(jù)動態(tài)的內(nèi)部誤差和邊界誤差進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整，與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法相比，該算法在準(zhǔn)確性和實(shí)時性上得到了提高，同時還可以一并估計出惡意的攻擊信號。最后，仿真算例說明了自適應(yīng)狀態(tài)估計方法的有效性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案為：