[發明專利]數據篡改攻擊下電力信息物理系統電壓控制策略

在審

• 申請號: 202010531879.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111817290A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 朱勇;陶用偉;李澤群;王常沛;蔣宏榮;楊鍵;黃瓊;王寅;鄭華;張韻;徐坤;高衛華;肖浩宇;譚震;李明宏
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司凱里供電局
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/12;G06F21/57;G06Q10/06;G06F17/18;G06N3/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明提出的是一種數據篡改攻擊下電力信息物理系統電壓控制策略，包括如下步驟：1）判斷系統狀態：收集各節點電壓數據，檢測系統是否遭到攻擊，利用事件觸發閾值進行判斷；2）設備關鍵值評估：進行節點電壓測量與漏洞風險指標評估，通過風險指標閾值判斷系統中各節點電壓超過閾值，對關鍵區域的電壓進行調節；3）調壓器變比計算：根據目標函數計算調壓器變比，通過有載調壓器調節出現問題的節點電壓。本發明根據調壓模型提出基于OLTC以及事件觸發機制的電壓調節策略，在更寬的電壓調節范圍以及能夠更及時觸發的條件下，針對網絡攻擊造成的電力系統電壓越限問題，給出更合理的方案，并進行算例仿真來證明所提方法的有效性。

技術領域

本發明涉及的是一種數據篡改攻擊下電力信息物理系統電壓控制策略，屬于電網調壓控制技術領域。

背景技術

隨著現代電力系統的智能化，電力系統安全問題已經不僅局限于電網基礎設施的安全問題，更加涉及網絡信息安全問題。在電力信息物理系統中，電網的調度、控制、管理都高度依賴著信息與通信系統，信息系統出現問題或者網絡攻擊都會威脅到電力系統的安全穩定運行。由于日益頻繁的網絡攻擊，信息安全問題已經成為了影響電力系統正常運作的關鍵問題所在。目前常見的信息安全問題主要包括對物理儀表的攻擊、對主機及其所控傀儡機的惡意攻擊、對網絡通信協議的修改、對通信信號的干擾等等，這些攻擊會導致保密文檔被竊取、正常通信被中斷，影響正常系統的工作；在電力系統中，這些攻擊不僅會損害信息網絡，還會造成電網設備無法正常工作，尤其是虛假數據注入和篡改攻擊，會嚴重威脅電網的平穩運行，導致電力系統無法為用戶提供電力服務，甚至會導致嚴重的經濟損失。

電力信息物理系統的信息安全問題嚴重威脅著關鍵基礎設施以及系統的運行狀態，在網絡攻擊的影響下，電網結構會發生很大的變化，從而引起系統的不穩定。現有技術中對于電力系統和信息系統無論是方法還是理論都是將兩者割裂開來的，無法將信息系統對電力系統的影響展現出來，不能夠對兩者之間的關聯進行系統、深入的分析。對于電力工程領域的技術人員而言，對智能電網進行研究的關鍵，在于思考如何能夠將先進的傳感、通信、計算技術與電力系統相互融合，以此建立統一的控制模型并提出攻擊應對方案。

發明內容

本發明的目的在于克服現有電網控制技術在抵御信息系統攻擊時缺乏有效手段的缺陷，提出一種針對電力信息物理系統遭受網絡攻擊的控制策略，尤其是針對篡改攻擊造成的電壓不穩定問題的電壓控制策略，該策略有效結合現有的信息系統和電力系統理論，構建電力信息物理系統模型，并建立電力信息物理系統的信息傳輸模型表示物理電網與電力信息系統之間的耦合關系，并基于此模型提出新的電壓調節策略。

本發明的技術解決方案：數據篡改攻擊下電力信息物理系統電壓控制策略，具體包括如下步驟：

1)判斷系統狀態：通過電力信息物理系統中的數據采集與監視控制系統，利用電源管理單元PMU收集各節點電壓數據，檢測系統是否遭到攻擊，定義觸發時間序列和事件生成器功能，利用事件觸發閾值進行判斷；

2)設備關鍵值評估：進行節點電壓測量，采用通用漏洞評分系統CVSS來評估漏洞是否能夠被成功利用，根據漏洞被利用成功概率來計算數據篡改惡意攻擊成功的概率，遍歷所有線路，計算被攻擊后會對系統有影響的各PMU受到惡意攻擊成功的概率以及重要度，利用計算得到的各區域風險指標的平均值得到風險指標閾值，通過風險指標閾值判斷系統中各節點電壓與該節點參考電壓的差值是否超過設定的死區電壓，若超過則對關鍵區域電壓進行調節；

3)調壓器變比計算：采用粒子群算法根據所給目標函數計算調壓器變比，定義控制器接收的電壓信息和電壓的更改量，經過潮流計算得到滿足系統正常運行且造成的損失最小的分接頭值，通過求解整個配電系統的目標函數來確定每個裝置的操作量，并通過有載調壓器調節出現問題的節點電壓。

與現有技術相比，本發明的優點在于：