[发明专利]数据注入攻击下网络化多区域电力系统的自适应状态估计方法有效

专利信息
申请号: 201810375622.0 申请日: 2018-04-25
公开(公告)号: CN108767844B 公开(公告)日: 2021-06-04
发明(设计)人: 彭晨;张浩;王玉龙;杜大军;杨明锦;孙洪涛 申请(专利权)人: 上海大学
主分类号: H02J3/00 分类号: H02J3/00;H02J3/06
代理公司: 上海上大专利事务所(普通合伙) 31205 代理人: 陆聪明
地址: 200444*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 数据 注入 攻击 网络化 区域 电力系统 自适应 状态 估计 方法
【说明书】:

发明公开了一种数据注入攻击下多区域网络化电力系统的自适应状态估计方法。首先在同时考虑系统状态和攻击信号的情况下对每个区域给出一个新的量测方程,把状态估计转化成带有约束的优化求解问题;然后构造一些虚拟节点连接边界系统,实现相邻区域间的通信约束,并利用变分不等式原理给出了带有约束信息的拉格朗日函数;最后提出了变惩罚参数的状态估计方法,实现数据注入攻击下的状态估计,其中该惩罚参数可以根据估计误差和边界误差进行自适应地要调整其大小,进而提高了估计的精度和速度。本发明是应用于数据注入攻击下大规模多区域电力系统状态估计,能够很好地保证准确性和速度性,以满足未来智能电网的发展需求。

技术领域

本发明涉及一种电力系统的状态估计方法,具体是一种数据注入攻击下网络化多区域电力系统的自适应状态估计方法。

背景技术

电力系统状态估计(PSSE)是能源管理系统(EMS)的核心组成部分。在现在的电力系统中,用户的电力需求越来越高,使得电力系统的规模逐渐变大、结构愈发的复杂化,逐渐呈多区域电力系统的方向发展。对多区域互联电力系统,子系统内以及各区域之间的通信连接方式通常有两种:一种是点对点的专线通信方式,另一种是开放式的电力通信网。相对于传统的点对点专线通信连接方式,采用开放式电力通信网络的方式具有便于布线、易于安装维护、操作简单、成本低廉、灵活性大等优点。然而,由于网络化多区域电力系统的开放式通信,使得其极易遭受恶意的网络攻击,给多区域电力系统造成极强的破坏性。常见的攻击形式有:错误数据注入攻击(FDI)、拒绝服务攻击、重放攻击等。自从2010年伊朗布什尔核电站数据采集与监视系统遭受到StuxNet(“震网”病毒)攻击,造成严重的后果,令世人震惊,暴露出传统的EMS对系统的实时监测和处理方面存在严重问题,而状态估计是EMS的核心,承担着重要的任务,因此急需研究攻击下的状态估计策略。控制系统安全问题逐渐成为了世界各国关注的焦点。国际学术界对安全问题的研究给予了高度重视,如IEEE SystemsJournal(2012)、IEEE Control System Magazine(2015)、IEEE Transaction on Controland Network Systems(2015)等均出版了网络安全方面的研究专刊。

目前,多区域电力系统的状态估计大致可以分为两类:1)基于分解协调的分层次分布式状态估计方法,但是分区侧、协调侧分开迭代求解,一般只求得次优解;2)无需协调侧的分布式方法,无需中央协调侧,但收敛性能弱。因此上述两种方法均存在一定的不足,且仅仅考虑了服从特定分布的噪声,不能适应于存在随机攻击信号的电力系统中,难以满足现代大规模电力系统的发展需求。

在多区域电力系统中,必然存在子系统间的相互通信,存在某些节点共享相同状态信息的情况,因而在状态估计时必须考虑相邻子系统间的通信约束问题。由于网络化电力系统中存在恶意的攻击信号,且其破坏性极大,因此对网络化多区域电力系统在遭受恶意攻击下状态估计算法的研究刻不容缓。如何设计出合理的状态估计算法,尽可能在不改变电力系统控制结构的情况下估计出系统的状态,也是广大研究者必须解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,运用变分不等式的思想,设计一种数据注入攻击下网络化多区域电力系统的自适应状态估计方法。

为达到上述目的,本发明的构思如下:

首先,在同时考虑系统状态和攻击信号的情况下对每一个子系统给出一个新的量测方程,利用该量测方程把状态估计问题转化成对有约束的优化求解问题。然后构造出一些有效的虚拟节点来连接边界系统,以实现不同子系统间的电力系统通信。接着提出了基于惩罚参数的分布式状态估计方法,来实现电力系统在FDI攻击下的状态恢复,其中该惩罚参数可以根据动态的内部误差和边界误差进行自适应的调整,与现有的电力系统状态估计方法相比,该算法在准确性和实时性上得到了提高,同时还可以一并估计出恶意的攻击信号。最后,仿真算例说明了自适应状态估计方法的有效性。

为了实现上述目标,本发明的技术方案为:

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