[發明專利]一種負荷重分配攻擊下電網的防護方法

在審

• 申請號: 202011466030.3
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112541679A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 梁毅;張明理;宋卓然;孫秋野;韓震燾;劉鑫蕊;李華;李上來;張娜;武志鍇;尹婧嬌;孫巖;馬強;李美君
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院;國家電網有限公司;東北大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06Q10/04;G06F16/2458;G06T11/20
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種負荷重分配攻擊下電網的防護方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：基于電力大數據描述性分析方法和預測性分析方法，通過對電網歷史數據的分析，描述電網各個時段的歷史負荷曲線，并且對未來電網各個時段的負載用電情況和負載的用電行為進行預測，得到電網負荷預測曲線；

步驟2：根據電網歷史負荷曲線及負荷預測曲線確定智能電表測量負荷波動閾值的范圍，然后通過蒙特卡洛模擬對未來負荷波動閾值進行確定，以模擬結果的均值為負荷波動閾值的最可能值，即預測的負荷波動閾值；

步驟3：判斷電網用戶側的智能電表是否遭到負荷重分配攻擊；

判斷電網用戶側的智能電表實時測量出的負荷波動的閾值是否大于預測的負荷波動閾值，如果超過預測的負荷波動閾值，則判定該智能電表遭到負荷重分配攻擊，并執行步驟4，如果沒有超過預測的負荷波動閾值，則判定該智能電表沒有遭到負荷重分配攻擊；

步驟4：對負荷重分配攻擊下的電網負荷進行調度；計算智能電表遭受負荷重分配攻擊風險概率，設定攻擊前后負荷的權重系數引導電網調度人員進行合理的負荷分配。

2.根據權利要求1所述的一種負荷重分配攻擊下電網的防護方法，其特征在于：所述步驟1的具體方法為：

從電網歷史數據集中以一周為單位，對所有m個用戶的負載數據進行下列步驟來提取所有用戶在當月的用電行為特征：

1)將每一天分為24個時間段，計算各個時段內電網負載的用電量總和；

2)計算每個用戶在一周內每天各時段的平均用電量；

基于統計分析、大數據分析技術，形成電網歷史負荷曲線，并基于歷史負荷曲線，對電網負荷進行預測，形成負荷預測曲線。

3.根據權利要求1所述的一種負荷重分配攻擊下電網的防護方法，其特征在于：所述步驟4的具體方法為：

步驟4.1：設定電網防御者選擇保護一些智能電表的測量信息，攻擊者選擇攻擊一些智能電表的測量信息；用A_a表示攻擊者可選擇的攻擊策略，是從電網全體m個智能電表中選擇N_a個攻擊目標的所有可能組合，其可選擇的策略數目為同樣，用A_d表示防御者可選擇的防御策略，是從電網全體m個智能電表中選擇N_d個做為防御目標的所有可能組合，其可選擇的策略數目為

步驟4.2：將負荷重分配攻擊造成的電網經濟損失表示為電網運行成本的增加量，如下公式所示：

其中，M為電網運行成本的增加量，c_g為電網當前運行成本，為電網當前的用電量，是電網中第i個節點的負荷切換量，B_G是電網負荷節點的集合，B_D為被攻擊的智能電表所對應節點的集合，cs是負荷切換的成本，CS_normal為電網系統正常運行時的運行成本；

步驟4.3：確定防御方的目標函數；

對于m個攻擊目標，令DC_m為降低攻擊這些目標成功率的最低攻擊投資，當防御這些目標資源滿足D_m≥DC_m時，攻擊成功概率q_m(D_m)如下公式所示：

其中，對于第m物理目標，D_m為分配到這些物理目標的防御資源，α_m＝-ln(q_m0)/DC_m，q_m0為最低防御投資時的攻擊成功率；

當D_m＜DC_m時，攻擊成功的概率p_m(A_m)＝1，A_m為攻擊方所選的m個智能電表的集合；

實際電網規劃中，防御資源有限，令電網防御資源總量為D_total，則有：

ΣD_m≤D_total

電網遭受攻擊后綜合損失為則防御方削減負荷量的目標函數為：

min max{q_mP_C}

其中，q_m為該防御策略下的攻擊成功概率，P_C為該防御策略下攻擊者選擇最優攻擊方案且防御者在遭受攻擊后采取最優應對措施下的負荷削減總量；

電網遭受攻擊以后，采取負荷分配措施，以防止電網產生連鎖故障，保證電網穩定運行；通過合理的負荷分配，使攻擊造成的損失最小，得到防御方關于電網運行成本增加量的目標函數為：

min M

步驟4.4：電網中被攻擊節點采用就近局部負荷重分配策略分配負荷；

如果節點i被攻擊出現故障，則節點i的負荷按照下式完全被其鄰居節點分擔，它的一個鄰居節點j接收的負荷的比例為：

其中，λ_j表示節點j接收負荷的比例，C_j為節點j的容量，Γ_i表示節點i的鄰居節點的集合；

則節點i被攻擊出現故障后分配給節點j的負荷ΔL_ij為：

其中，L_i表示節點i失效時所承擔的負荷；

步驟4.5：再基于原始負荷數據與現負荷數據加權配合的方法進行負荷的轉移和分配，如下公式所示：

其中，S_ij為調度人員實際由節點i分配到鄰居節點j的負荷量，為基于大數據及統計分析得到節點i原始負荷的均值，α，β為加權系數；

如果被攻擊節點負荷量的波動大于步驟2所確定負荷波動閾值，則降低α值，升高β值。