[發明專利]一種自適應的廣義累計和GPS欺騙攻擊檢測方法

有效

• 申請號: 202110670355.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113534199B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 夏卓群;鄒子威;尹波;文琴
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;G06F17/16;G06F17/18;H03H17/02
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明涉及一種自適應的廣義累計和GPS欺騙攻擊檢測方法，包括以下步驟：初始化；使用自適應滑動窗口來收集相量測量單元PMU量測數據z_m,t；進行改進卡爾曼濾波預測步驟；使用廣義對數似然比求解比值γ_t，更新累計統計量β_t；進行改進卡爾曼濾波測量更新步驟；若累計統計量β_t等于0，則判定系統未遭受GPS欺騙攻擊；若累計統計量β_t大于預設閾值Thr，則判定系統遭受GPS欺騙攻擊。該GSA檢測方法根據不同的情況自動調整最適合的滑動窗口的寬度，能夠更快的檢測到所有受到GPS欺騙攻擊的PMU量測數據，從而對相應受損數據進行修復，并且能有效減少算法的運行時間，確保電力系統的正常運行。該GSA檢測方法還提出了對GSA攻擊類型進行檢測的方法，更有利于系統做出對應的攻擊防御策略。

技術領域

本發明涉及電網檢測技術領域，尤其涉及GPS欺騙攻擊檢測方法。

背景技術

廣域檢測系統(WAMS)對于捕獲電網中的實時性能至關重要，而系統中最關鍵的實時數據就來源于電網中的數據采集裝置：監控與數據采集(SCADA)系統以及相量測量單元(PMU)。與SCADA系統相比，PMU由于其精準的采集頻率和精確的同步時間在智能電網中得到了廣泛的應用，作為智能電網中最重要的數據來源之一，PMU被稱為“電網之眼”。PMU可以測量電力系統中各個節點的電壓和電流，并附上時間戳以提供精確的計時信息，為了確保PMU能精確的進行同步采樣，PMU通常使用全球定位系統(GPS)來提供時間同步。PMU的GPS接收機以射頻(radio frequency,RF)方式接收來自不同衛星的GPS信號。這些信號包含未加密的C/A碼(主要用于民用，例如PMU接收機)，以及加密的P(Y)碼(主要用于軍事目的)。

由于民用GPS與其信號接收設備之間采用的是沒有加密認證機制的明碼進行通信。因此，熟悉GPS報文協議的攻擊者能發送虛假的信號對接收設備進行欺騙。當GPS被欺騙時，其精確的時間同步也變得不可靠。GPS欺騙干擾是指通過產生虛假的GPS信號干擾信號接收機的導航和時間同步過程。欺騙者可以通過低成本或者便攜式的設備發送某些干擾，導致信號接收設備失去對真實信號的追蹤。當信號接收設備搜索信號時，欺騙者將發送偽造的GPS信號，由于偽造的信號和真實的信號之間的特征一致，因此信號接收設備將會被偽造信號欺騙。當信號接收設備被欺騙時，會使得PMU測量值的時間標簽發生改變，從而導致由PMU提供的測量值發生變化。GPS欺騙攻擊(GSA)是無限信息安全面臨的最大風險之一，北美電力可靠性公司(NERC)宣布，對PMU信號接收設備的GPS信號進行欺騙會破壞PMU的正常運行。根據IEEEC37.118標準要求，若時序誤差明顯超過了規定標準則可能誘使發電機發生跳閘事故。并且，由于電網內部是相互連通的，一個區域發生故障很有可能導致其他區域也發生故障。因此，檢測智能電網中的GSA對于保證電力系統正常運行來說至關重要。

全球定位系統(GPS)為電力系統中的PMU測量電壓和電流提供精確和同步的時間參考，電力系統中的PMU會給每個信號都分配一個時間戳，用于同時間采樣。如果攻擊者成功攻擊了PMU的信號接收端時，接收端的時間就會受到攻擊者改變，從t變成了t+t_GSA，其中t_GSA為受到GSA影響而改變的時間，因為時間發生了改變，導致被PMU測量的信號的相角發生了改變：θ_atk＝θ+θ_GSA，θ_GSA＝2πft_GSA，其中θ和θ_atk分別為GSA前后被測信號的相角，t_GSA為GSA引起的時間戳改變，θ_GSA為GSA所引起的相移，f為電力系統中的頻率。GSA包括兩種類型，分別為突變型攻擊和慢速持續型攻擊。如圖1所示，突變型GSA是指當PMU受到突變型攻擊時，信號的相角相移會突然從0增加到某一固定值，在攻擊期間，該值基本上不發生變化直到攻擊結束，信號的相角相移又變回0。如圖2所示，慢速持續型GSA是指當PMU受到慢速持續型攻擊時，信號的相角相移會隨著時間線性得增加或減少直到攻擊結束，信號的相角相移又變回0。