[發明專利]兼顧可觀測性和FDIA防御性的配電網PMU配置方法

在審

• 申請號: 202011471685.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112737107A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 王義賀;潘霄;張娜;宋坤;王大宇;楊方圓;程孟增;商文穎;徐婷婷;王詩浩;王安琪;王煥;宋念聰;黃博南
• 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
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;H02J3/00;H04L12/24;H04L29/06
• 代理公司: 遼寧沈陽國興知識產權代理有限公司 21100
• 代理人: 何學軍;李殿中

本發明涉及兼顧可觀測性和FDIA防御性的配電網PMU配置方法，包括根據配電網的網絡拓撲結構構造連接矩陣；由配電網網絡拓撲結構的特點在特定位置上預先配置PMU以達到充分利用PMU的目的；由狀態估計的直流模型獲取迭代雅克比矩陣；據簡化行梯形算法對迭代雅克比矩陣進行矩陣的初等變換獲得配電網的脆弱區域，找到最省力攻擊區域；對網絡攻擊的最省力攻擊模型制定防御對策，在被防御節點處配置PMU以防御虛假數據注入攻擊；綜合考慮配電網的可觀測性和防御性生成最終的PMU配置方案。本發明能兼顧配電網的可觀測性和防御性，且配置PMU節點的數量比只考慮攻擊配置PMU的方案少，提高防御效果，降低成本，具有較好的工程實現性。

技術領域

本發明涉及一種配電系統網絡拓撲算法，特別涉及一種提高系統可觀測性并防御虛假數據注入攻擊的同步相量量測裝置配置方法。

背景技術

隨著智能配電網技術的不斷發展與應用，配電網的運行監控水平得到了很大提升。傳統的狀態估計以數據采集和監控系統(Supervisory Control and DataAcquisition，SCADA)提供的量測數據作為數據來源，但是其精度較低，無法對配電網進行高精度的監控。目前配電網中己開始配置同步相量量測裝置(Phasor Measurement Units，PMU)，同步相量量測裝置能夠采集配電網中節點電壓和支路電流的量測數據，實現了量測量幅值和相角的同步量測，而且與傳統的量測相比，精確性更高。因此，在配電網中配置一定數量的同步相量量測裝置，能夠進一步提高配電網的量測水平，為配電網的運行控制、能量管理等問題的解決提供數據支撐。

此外雖然大多數用于保護配電網的現有技術都是為了確保系統可靠性而設計的，但近年來，配電網中越來越關注防止惡意網絡攻擊。因為配電網的運行和控制取決于計算機，軟件和通信技術的復雜網絡空間，而由于智能設備(例如，智能電表和傳感器)支持的測量組件起著重要作用，因此它可能成為攻擊的目標。由于這些測量設備可能通過開放的網絡接口連接，并且缺少防篡改硬件會增加被對手破壞的可能性。在網絡中存在受感染設備的情況下，對手可以向控制器注入錯誤的測量報告。這將導致控制器估計錯誤的系統狀態，從而對配電系統的運行構成危險威脅。

PMU以GPS提供的信號作為系統的時間標準，可以確保各個節點時鐘的準確同步，由于PMU時鐘的精度高，同步范圍大，不受到外界環境和自然條件的干擾，故我們可以假設從PMU獲得的度量是安全的，并且對手無法操縱。當將PMU放置在給定的節點上時，既可以量測節點電壓角度，又可以量測入射到該節點的分支上的功率流，并且對手很難操縱。

基于以上分析，在配電網的節點上配置PMU既可用來提高系統的可觀測性又可以起到防御網絡攻擊的效果。但是，由于PMU的價格昂貴，在所有節點配置PMU會產生大量成本，因此在配電網的所有節點上配置PMU是不切實際的。現有研究針對提高系統的可觀測性的PMU配置和針對網絡攻擊的PMU配置研究已經比較成熟，考慮提高系統的可觀測性的PMU配置方法以PMU數量最小為原則但尚未考慮到針對網絡攻擊的防御對策，考慮網絡攻擊的PMU配置雖然能起到很好的防御效果，但是使用的PMU數量較多，成本較大。

因此希望有一種同時考慮配電網系統可觀測性和網絡攻擊的PMU配置方法，來兼顧兩種PMU配置方法的優點而規避其具有的缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種在保證配電網完全觀測的前提下，以同步相量量測裝置數量最小為目標的同時，防御來自配電網的FDIA的PMU的配置方法。

本發明所采用的技術方案如下：

兼顧可觀測性和FDIA防御性的配電網PMU配置方法，包括如下步驟：

步驟1、根據配電網的網絡拓撲結構，形成配電網連接矩陣；

步驟2、由配電網網絡拓撲結構的特點，確定必須配置PMU的節點；

步驟3、由狀態估計的直流模型，計算迭代雅克比矩陣；