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

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911297908.2
• 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）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

一種基于機器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，屬于智能電網(wǎng)信息安全技術(shù)領(lǐng)域。方法包括步驟S01,根據(jù)電網(wǎng)拓補結(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)估計模型，以獲得多個觀測相量；步驟S03，構(gòu)建由帶有安全或受攻擊標簽的觀測相量組成的訓(xùn)練集和測試集；步驟S04，針對訓(xùn)練集進行機器學(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。本發(fā)明檢測速度快，檢測精度高，不容易漏檢和誤檢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)狀態(tài)估計對智能電網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)有著非常重要的作用，更是電網(wǎng)安全評估，預(yù)防控制和運行分析等各種高級應(yīng)用的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計通過大量測量不同總線上的功率和電壓幅值來估計電壓幅值和相角。測量值通過監(jiān)控采集單元（SCADA）的傳感器采集，然后匯聚到遠程終端單元（RTU），進而傳輸?shù)娇刂浦行摹＝诨贕PS的相量測量單元（PMU）因為精度比RTU更高，而且具有同步性好，數(shù)據(jù)傳輸快等優(yōu)點，被越來越多的部署到電網(wǎng)的廣域測量系統(tǒng)中，為電網(wǎng)提供豐富的數(shù)據(jù)源，包括正常運行的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、小擾動下的離線數(shù)據(jù)記錄、大擾動情況下的錄波數(shù)據(jù)記錄等。

智能電網(wǎng)的發(fā)展使更先進的控制方式和通信網(wǎng)絡(luò)進入傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)與信息技術(shù)相融合，發(fā)展成為電力信息物理系統(tǒng)。電力信息物理系統(tǒng)的發(fā)展在促進電力資源高效配置的同時，也帶來了日益嚴重的安全問題。針對智能電網(wǎng)的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊是通過篡改智能電網(wǎng)量測單元的測控數(shù)據(jù)或通信數(shù)據(jù)破壞電網(wǎng)信息的完整性，進而干擾上層系統(tǒng)的控制決策，具有較強的隱蔽性和干擾性，可能造成嚴重后果，是對電力系統(tǒng)可靠運行威脅程度最高的攻擊之一。例如，2015年烏克蘭電網(wǎng)遭受攻擊導(dǎo)致大規(guī)模停電，就是因為攻擊者向控制監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)刪改原有數(shù)據(jù)和注入虛假數(shù)據(jù)，導(dǎo)致操作員和控制設(shè)備無法有效監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，進而導(dǎo)致故障大規(guī)模擴散難以恢復(fù)。入侵通信網(wǎng)絡(luò)和傳感設(shè)備是非法獲取電力信息物理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的第一步，入侵過程通常在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，主要可以通過遠程終端單元（RTU），相量測量單元（PMU）和各類智能電表進行入侵。攻擊者通過傳感器等設(shè)備漏洞實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的竄改。例如，王等人于2015年在IEEE智能電網(wǎng)交易中提出一種針對智能電網(wǎng)中GPS欺騙攻擊PMU的跨層防御機制，利用PMU設(shè)備中GPS的漏洞進行時間同步攻擊，用偽造的GPS信號掩蓋正常信號，進而影響測量值。當PMU受到攻擊失去功能時，電力系統(tǒng)將會失去可靠的運行數(shù)據(jù)來源，一方面會無法實現(xiàn)低頻振蕩捕捉等功能，另一方面會無法進行可靠的穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)節(jié)，無法進行快速的故障診斷。此情況下系統(tǒng)會更容易失去穩(wěn)定，更容易發(fā)生故障，發(fā)生故障后更難快速定位故障，容易造成故障的傳播，可能造成級聯(lián)故障，從而導(dǎo)致故障范圍的擴大，最終導(dǎo)致電網(wǎng)解列。

目前方法的缺點：

1、攻擊者如果獲得了系統(tǒng)的觀測矩陣，可以構(gòu)建不可觀測攻擊繞過狀態(tài)估計算法。

2、基于狀態(tài)估計的檢測方法的檢測閾值的設(shè)定對檢測精度影響較大，易出現(xiàn)漏檢和誤檢；

3、系統(tǒng)的稀疏性降低了狀態(tài)估計算法的性能；

4、基于軌跡預(yù)測的檢測方法計算復(fù)雜度高,檢測速度慢,不適用于復(fù)雜系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，針對智能電網(wǎng)中存在的針對PMU的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊，提出了一種部署在相量測量單元上的基于機器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，實現(xiàn)對入侵的防御。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種基于機器學(xué)習(xí)的PMU防御虛假數(shù)據(jù)注入攻擊方法，包括：