[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110942109A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧柏鋒;汪楨子;鄧巍;徐文淵;冀曉宇;厲彥杰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);深圳供電局有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F17/18;G06N20/00;G06Q10/00;G06Q50/06
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 汪丹琪

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，包括：

步驟S01,根據(jù)電網(wǎng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和線路參數(shù)，構(gòu)建最小可觀測的PMU分布式測量配置系統(tǒng)；

步驟S02，通過攻擊方式向PMU量測配置中注入惡意數(shù)據(jù)，并構(gòu)建PMU分布式測量配置系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模型，以獲得多個(gè)觀測相量；

步驟S03，構(gòu)建由帶有安全或受攻擊標(biāo)簽的觀測相量組成的訓(xùn)練集和測試集；

步驟S04，針對訓(xùn)練集進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，獲得PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊檢測模型；

步驟S05，輸入測試集數(shù)據(jù)到PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊檢測模型， 用于預(yù)測觀測相量為正常量測或受攻擊量測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，還包括步驟S06，通過計(jì)算觀測相量精度、召回率和準(zhǔn)確率，來驗(yàn)證預(yù)測性能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，所述步驟S06具體為：觀測相量精度，觀測相量召回率，觀測相量準(zhǔn)確率；tp：將正類預(yù)測為正類數(shù)，真實(shí)為1，預(yù)測也為1；fn：將正類預(yù)測為負(fù)類數(shù)，真實(shí)為1，預(yù)測為-1， fp：將負(fù)類預(yù)測為正類數(shù)， 真實(shí)為-1，預(yù)測為1；tn：將負(fù)類預(yù)測為負(fù)類數(shù)，真實(shí)為-1，預(yù)測也為-1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，步驟S01具體包括：

步驟S11，根據(jù)電網(wǎng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和線路參數(shù)，設(shè)定具有M個(gè)PMU測量相量和X個(gè)狀態(tài)相量；

步驟S12，根據(jù)公式Z=HX+e，計(jì)算出在測量矩陣H是滿秩矩陣且測量維數(shù)最少條件下的M的最小值，Z是測量相量的M1的列向量，H是MN的測量矩陣，X是N1的列狀態(tài)向量，e是測量誤差；

步驟S13,根據(jù)M的最小值，構(gòu)建最小可觀測的PMU分布式測量配置系統(tǒng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，步驟S02具體包括：

步驟S21，獲取有限個(gè)PMU量測的控制權(quán)，通過攻擊方式向PMU量測配置中注入惡意數(shù)據(jù)；

步驟S22，將PMU分布式測量配置系統(tǒng)的測量矩陣、觀測相量和攻擊相量，根據(jù)電網(wǎng)拓補(bǔ)屬性分成若干組；

步驟23，構(gòu)建PMU分布式測量配置系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模型為；其中，是第i組的觀測相量，表示第i組的測量雅可比矩陣，是第i組的攻擊相量，，為任意非零列向量， ，為注入第i組的第j個(gè)狀態(tài)變量的值， 是第i組的觀測噪聲，并根據(jù)PMU分布式測量配置系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模型，獲得多個(gè)觀測相量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，步驟S22具體為：根據(jù)電網(wǎng)拓補(bǔ)屬性的簇狀分布特點(diǎn)，將PMU分布式測量配置系統(tǒng)的測量矩陣、觀測相量和攻擊相量按簇為單位分成若干組。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，步驟S03具體包括：

步驟S31，取所有觀測相量中的80%個(gè)觀測相量，構(gòu)建訓(xùn)練集，取所有觀測相量中的20%個(gè)觀測相量，構(gòu)建測試集；

步驟S32，將每個(gè)觀測相量定義為一個(gè)樣本，按照二分類方法分類，表示第i個(gè)樣本的標(biāo)簽，并將觀測相量標(biāo)記安全或受攻擊標(biāo)簽。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，其特征在于，步驟S04具體包括：

步驟S41，針對訓(xùn)練集，構(gòu)建非線性映射，，是選定的地標(biāo)點(diǎn)向量；

步驟S42,應(yīng)用稀疏Logistic回歸方法，求解預(yù)測值和真實(shí)標(biāo)簽相差最小的模型參數(shù)w：

；

；

其中，，為特征矩陣和為標(biāo)簽向量， r是待優(yōu)化變量組成的向量 ，μ(r)= γ|(|r|)|_1是正則化函數(shù)，γ是正則化參數(shù)；

步驟S43，使用交替方向乘子法求解步驟S42的稀疏Logistic回歸問題，以獲得PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊檢測模型。