[发明专利]基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法

说明书

本发明涉及一种电网数据安全技术领域，是一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，包括以下步骤：第一步：获取电网数据；第二步：对系统状态和量测进行相关性分析；第三步：计算新息向量；第四步：假数据检测与定位；第五步：假数据的更新；第六步：状态估计；本发明通过分析电力系统状态和量测之间的相关性，有效的检测出传统基于量测残差方法所不能检测的假数据注入攻击，提高了检测准确度；区别于传统方法的多次迭代检测，能一次性的检测出所有被攻击的量测，有效节约了计算时间，适用于电网的在线应用；能定位具体的恶意注入数据且利用量测预测值更新含假数据注入的量测，确保了状态估计能够再次运行得到系统准确的运行状态。

技术领域

本发明涉及一种电网数据安全技术领域，是一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法。

背景技术

智能电网广泛采用先进的量测传感设备,例如(Phasor Measurement Unit)PMU和智能电表,在大大提高系统的态势感知和在线监测能力的同时却又面临着日益严重的潜在网络安全问题。传统电力系统状态估计主要是对数据采集与监控系统(SCADA)以及PMU提供的实时信息进行滤波,以提高数据精度，排除错误信息的干扰,从而得到电力系统实时状态数据库,为能量管理中心进行各种重要的控制提供数据支持。到目前为止，电力系统中已经建立了比较完善的不良数据检测与辨识理论体系,能够比较好的处理单个或者多个不良数据。但是如果攻击者对目标电网的网络拓扑、断路器开关状态等了解的情况下,构建了一类可以通过攻击通信系统中的传感器量测数据来达到改变状态估计结果的电网假数据注入攻击时，已有的检测器并不能有效地辨识出此类攻击，从而导致控制中心得到错误的状态估计结果，严重影响电力系统的安全和稳定运行。目前的电网假数据注入攻击检测方法主要针对基于线性量测方程的状态估计器，而对于基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测鲜有报道与研究。

发明内容

本发明提供了一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有假数据注入攻击检测方法不能对非线性量测方程的假数据注入攻击进行检测的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于非线性量测方程的电网假数据注入攻击检测方法，包括以下步骤：

第一步：获取电网数据，所述电网数据包括电网拓扑结构、线路参数和历史状态估计数据，其中电网拓扑结构包括线路之间的连接状态,开关开断情况；线路参数包括线路电导和对地电纳，之后进入第二步；

第二步：进行电网系统状态相关性分析和电网系统量测相关性分析；所述电网系统状态相关性分析包括含n节点系统的时间相关性建模和含n节点系统的状态预测；所述电网系统量测相关性分析包括当前时刻的量测值与量测预测值之间的时间相关性，具体如下：

(一)进行电网系统状态相关性分析，具体如下：

(1)建立线性化的准稳态模型，如下式所示：

x_k+1＝F_kx_k+G_k+w_k (1)

其中，x_k+1和x_k均表示状态预测值，其中k和k+1分别表示时刻；F_k和G_k表示n维非零对角动态模型参数矩阵；F_k表示状态转移矩阵；G_k表示控制向量；w_k表示服从正态分布的随机白噪声，即w_k～N(0,Q_k)，Q_k表示模型误差协方差矩阵；

(2)计算参数F_k和G_k，通过Holt’s两参数线性指数平滑法及历史状态预测值计算参数F_k和G_k，公式如下所示：