一种在电力系统直流状态估计中防御假数据注入攻击的方法

摘要

本发明公开了一种在电力系统直流状态估计中防御假数据注入攻击的方法，它属于电力系统安全和控制技术领域，包括以下步骤：用加权最小二乘法对直流系统的实时状态进行估计，滤除量测噪声和随机干扰；用最大标准残差检验法对状态估计结果进行处理，检测和辨识量测量中的不良数据；用启发式算法计算假数据注入攻击最容易破坏的传感器量测量组合，对这组传感器进行加密保护，从源头阻断假数据注入攻击的发生。本发明能够准确、快速地对电力系统状态估计中的假数据注入攻击进行防御，提高了电力系统状态估计的准确性、安全性。

主权项

1.一种在电力系统直流状态估计中防御假数据注入攻击的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)从能量管理系统获得系统的网络参数，包括输电线路的支路号、首节点和末节点编号、串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；(2)数据采集与监视控制系统接收来自传感器的实时量测数据z=(z₁,z₂,...,z_m)^T，并将其传送给能量管理系统中的状态估计器，其中z_i∈R(i=1,2,...,m)表示节点注入有功功率和支路有功功率；其中，z_i(i=1,...,n)表示节点注入有功功率，z_i(i=n+1,...,m)表示支路有功功率；(3)根据上述量测值向量z，状态估计器利用加权最小二乘法得到直流状态变量估计值计算公式为：其中表示节点电压相角，H为量测雅克比矩阵，W为正定加权矩阵，其元素为测量误差方差之导数；(4)根据上述直流状态变量估计值利用最大标准残差法来检测量测数据中是否含有不良数据：若量测估计误差为阈值，则说明量测向量中不含有不良数据，否则将量测向量中估计误差最大的变量滤除，重复最大标准残差检验法，直到满足(5)在滤除量测向量中所有的不良数据后，找出最容易被假数据注入攻击入侵的传感器量测量，即对状态变量影响最大的一组量测量；当攻击者破坏这样的一组量测量时，改变最大数目的状态变量值；对于一个给定的电力系统，改变k(k<n)个固定的状态变量值x_i1,x_i2,...,x_ik，需要破坏的传感器量测量集合为Φ，数目为g_k，g_k计算公式为：$g_k=k+\underset{i=i1}{\overset{\mathrm{ik}}{\Sigma }}{p}_i+3\underset{i=i1}{\overset{\mathrm{ik}}{\Sigma }}{q}_i;$其中ψ={i₁,i₂,...,i_k}表示选定的k个节点，p_i表示集合ψ里与节点i相连的节点总数，q_i表示集合ψ外与节点i相连的节点总数；(5.1)对于小于30个节点的小型电力系统，根据上述公式计算改变任意k个状态变量值需要破坏的传感器量测量数目，并利用穷尽搜索的方法从个状态变量集合的组合中找出需要破坏传感器量测量数目最少的节点集合ψ^*，以及该情况下需要破坏的传感器量测量集合Φ^*及其数目(5.2)对于大型电力系统，将整个系统分为N个区域，根据（5.1）所述方法找到每个区域中改变k个状态变量需要破坏的最少传感器量测数目，及其对应的节点和传感器组合；从这N个次优解中找到整个系统中改变k个状态变量需要破坏的最少传感器量测数目及其对应的节点和传感器组合ψ^*、Φ^*；(6)根据步骤（5）中找到的攻击者最易破坏的传感器量测量集合，由能量管理系统发出控制信号，对这组传感器进行加密保护。