[發明專利]一種針對負荷頻率控制系統虛假數據攻擊的估計方法

有效

• 申請號: 202110522170.6
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113268731B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 郭雷;葉俊;余翔;劉偲
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創新研究院
• 主分類號: G06F21/55
• 分類號: G06F21/55;G06F17/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明涉及一種針對負荷頻率控制系統虛假數據攻擊的估計方法，首先根據電力系統的動態模型建立負荷頻率控制系統的數學模型；然后，針對電網頻率量測值和聯絡線功率量測值受到虛假數據注入攻擊的情形，分析攻擊信號對系統狀態方程的影響，建立包含虛假數據注入攻擊信號的負荷頻率控制系統數學模型；接著，設計自適應觀測器，對系統狀態和攻擊信號進行估計；最后，利用李亞普諾夫穩定性理論和魯棒H_∞優化指標，基于線性矩陣不等式方法，求解出觀測器增益，保證負荷頻率控制系統攻擊信號估計誤差的收斂性和有界性。本發明提出的方法可對負荷頻率系統的虛假數據注入攻擊信號進行精確估計，同時能夠對外部干擾進行抑制，具有設計簡單、易工程實現的優點，有很強的實用價值。

技術領域

本發明涉及電力系統運行控制領域，特別涉及一種針對負荷頻率控制系統虛假數據攻擊的估計方法。

背景技術

隨著智能電網建設的不斷推進，電力系統中大規模引入移動互聯、人工智能等現代信息技術和先進通信技術，將計算系統、通信網絡和電力系統的物理環境融為一體，形成一個實時感知、動態控制與信息決策融合的復雜系統。智能電網廣泛的網絡連接以及缺乏有效安全防護的遠程接入接口，導致電網極易受到網絡攻擊的威脅。近年來，網絡安全問題已成為威脅電力系統安全運行的重要因素，攻擊者通過網絡空間攻擊電網關鍵基礎設施的趨勢不斷增加。

虛假數據注入攻擊是一種典型的信息物理融合的網絡攻擊方式，此類攻擊是目前發現的電力系統最有威脅的攻擊方式之一。當攻擊者入侵電力系統的通信網絡，將虛假數據注入至電網負荷頻率控制系統中，將影響電網的頻率穩定，嚴重時會引發電網的連鎖故障，造成電網大面積的停電事故。因此，亟需研究攻擊信號的估計方法，以發現攻擊者的攻擊策略并幫助電網運行者做出決策。目前國內外學者對負荷頻率控制系統網絡攻擊的檢測研究做了很多工作，但對于攻擊的估計方法仍缺乏足夠的研究。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提出一種針對負荷頻率控制系統虛假數據攻擊的估計方法。本發明在建立虛假數據注入攻擊下負荷頻率控制系統數學模型的基礎上，提出了基于自適應估計器的設計方法，對系統狀態和攻擊信號進行同時估計，并實現了對外部干擾的抑制，具有很強的實際應用價值。

本發明的技術解決方案為：一種針對負荷頻率控制系統虛假數據攻擊的估計方法，其實現步驟如下：

步驟一、根據電力系統的動態模型，建立電力系統負荷頻率控制系統的數學模型。

系統頻率動態方程為：

其中，i是區域編號,△f_i是頻率偏差，M_i是發電機慣量，△P_Gi是發電機輸出功率偏差，D_i是等效阻尼系數，△P_di是負荷波動，△P_tie-i是聯絡線功率偏差。

渦輪動態方程為：

其中，△P_vi是渦輪調節閥位置偏差，T_tu,i是渦輪機時間常數。

調速器動態方程為：

其中，u_i是控制輸入，T_g,i是調速器時間常數，R_i是轉速下垂系數。

聯絡線潮流動態方程為：

其中，T_i,j是區域i與區域j之間聯絡線同步系數，n是區域總數。

區域控制誤差信號可表示為：